CN1940109A - 平面各向同性优良的电池壳用钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池钢壳用钢及其制造方法。主要解决现有电池壳用钢存在的平面各项异性较大、抗二次加工脆化性较差、生产成本较高等缺陷。本发明平面各向同性优良的电池壳用钢，其化学元素组成成分的重量百分比为：C：≤0.01～0.05％、Si：≤0.03％、Mn：0.10～0.50％、P：≤0.02％、S：≤0.015％、Al：0.01～0.10％、N：0.002～0.007％、Ti：0.005～0.02％，其余为铁和不可避免的夹杂。制造方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、炉后精炼、热轧、酸洗、冷轧轧制、罩式退火、平整、精整成成品卷，其特征是：加热温度：≤1270℃，终轧温度：860～930℃，卷取温度：≤640℃；冷轧变形量控制在75％～90％，罩式炉退火温度：650～800℃；其它按常规工艺进行。产品用于电镀镍后冲压或直接冲压成电池壳。

Description

平面各向同性优良的电池壳用钢及其制造方法

技术领域：本发明涉及一种电池壳用钢及其制造方法，特别涉及一种用于制作充电式电池和干式电池壳的平面各向同性优良的电池壳用钢及其制造方法。

背景技术：

电池壳用冷轧钢带主要用于冲制干式电池和充电式电池的钢壳。电池壳用钢带用冲床冲制成电池壳，通过减薄或不减薄冲制成电池壳产品不得有裂纹、沙眼、雪花点等缺陷，且要求平面各向同性优良(制耳小)和抗内压变形。为此对钢带材质要求具有高纯净度、高延展性、高表面质量、低Δr值，能够进行减薄等深拉延而不产生开裂、雪花点状缺陷。在本发明之前，有CN1401807A的“电池壳用极薄钢带及其制造方法”，该专利申请采用超低碳Nb-Ti-IF钢生产电池壳钢材，但此类钢种与中低碳铝镇静钢相比，由于需要脱碳处理、合金加入较多，因此生产成本较高，而且抗二次加工脆化性较差，平面各向异性(Δr值)较大。又有某些电池壳厂家采用一般铝镇静钢冲制电池壳，由于没有经过成分、组织的特殊控制，材料晶粒及渗碳体容易变粗，表面易产生“雪花点”缺陷和冲压加工开裂，影响电池壳的外观质量和使用，且平面各向异性较大，不仅冲制的电池壳会出现耳子，而且冲制的电池壳内应力大，减薄率低。

发明内容：本发明的目的是提供一种具有优良的平面各向同性、深冲性、抗二次加工脆化以及高表面质量的电池壳用钢，其化学元素组成成分的重量百分比为：

C：≤0.00~0.05％

Si：≤0.03％

Mn：0.10~0.50％

P：≤0.02％

S：≤0.015％

Al：0.01~0.10％

N：0.002~0.007％

Ti：0.005~0.02％

其余为铁和不可避免的杂质。

电池壳用钢制造方法，按上述配比材料经铁水预处理、转炉冶炼、炉后精练、热轧、酸洗、冷轧轧制、罩式炉退火、精整成成品卷。其中热轧控制：加热温度：≤1270℃，终轧温度：860～930℃，卷取温度：≤640℃；冷轧变形量控制在75％～90％，罩式炉退火温度：650～800℃；其它按常规工艺进行。得到产品的性能为：屈服强度：≥220Mpa，硬度：HR30T：45~55，平面各向异性：|Δr|≤0.3。

本发明成分设计和生产工艺控制原理为：由于电池壳用用于充电式电池和一次性干式电池，电池内压力较大，对材料要求深冲性能优良、耐压性(屈服强度较高)、制耳小、表面无‘雪花点’、夹杂、二次加工脆化温度低等特点，根据电池壳用钢的特性和要求，重点设计一套化学成分、热轧、冷轧、退火的工艺以达到一定材料冲压加工性能以及优良的表面质量，因此本发明钢种成分控制原理如下：

C：由于C在材料中以间隙原子和渗碳体的形态存在，在钢中具有很强的强化作用，由于电池内装溶液有一定的压力，强度低容易导致电池壳变形，因此需要在材料中保留一定量的碳来提高强度，同时碳太低晶界强度弱易产生二次脆化，而且使Ar3温度提高，易在二相区轧制产生混晶组织，但碳太高塑性变差，会产生大量的渗碳体在晶界析出，诱发开裂，使深冲性能下降。因此C控制应在0.01％~0.05％的范围内。

Si：硅使材料强度提高的元素，但Si容易在热轧时产生低融点的SiO₂.FeO共晶系的氧化铁皮，在热轧用高压水难以清除，从而残留在热轧钢板上呈红色氧化铁皮，这种氧化铁皮深深的咬合在热轧钢板上难以酸洗洗掉，因而产生冷轧表面质量不良，影响电池壳的外观，甚至导致冲压开裂，所以Si尽量控制在0.03％以下。

Mn：Mn和C一样是材料的强化元素，适当在材料中加入少量Mn有利于强度的提高，同时加入少量Mn可以和S结合生成MnS，减少表面热脆，避免表面质量问题；但加入过多对冲压加工不利，所以Mn应控制在0.10~0.50％。

P、S：P、S越低加工性越好，P可以提高材料的强度，但P会导致材料的脆性，S对材料是有害元素，会产生夹杂物，影响材料的韧性，特别是对电池壳在后道工序的翻边之类二次加工性、耐蚀性不利。所以P、S的含量要尽量的低。一般P控制在0.020％以下；S控制在0.015％以下。

Al：Al作为脱氧剂在炼钢时添加，小于0.01％时钢水中夹杂物增多，特别是SiO₂的夹杂物增加，导致加工性能变差，大于0.1％的添加量效果基本饱和。

Ti：Ti在微Ti钢料中主要以TiN等的形式析出，在奥氏体和铁素体中沉淀，阻碍晶粒长大，可以避免粗晶和混晶，使电池壳外观无雪花点状缺陷，同时使渗碳体析出物细小化，可以减少由于渗碳体产生裂纹的可能，Ti过高对材料的加工性不利。本发明是采用微Ti处理，由于Ti对晶粒成长及再结晶阻碍作用，能够得到很低的Δr值，所以本发明Ti控制在0.005~0.02％范围内。

N：氮和钛化合形成TiN的析出物起到强化材料作用，和N结合后的有效Ti对材料强度有明显影响，在加入微Ti的情况下，Ti一定，N高有效Ti低，材料强度上升。所以N控制在20~70ppm，即0.002~0.007％。

本发明的钢种经连铸制成板坯，接着进行热轧.热轧工艺控制原理如下：

1)、热轧终轧温度：热轧终轧温度采用高于Ar₃的温度进行轧制，终轧温度过高容易产生氧化铁皮，过低进入二相区轧制轧制，材料组织会产生混晶，从而在冲制电池壳会产生雪花点状缺陷，影响电池壳的外观质量，同时对材料的各向同性不利，所以终轧温度一般控制在860℃~930℃比较好。

2)、卷取温度：卷取温度如果大于640℃时，析出物容易粗大，导致屈服强度低下，同时卷取温度过高，容易产生氧化铁皮和避免粗晶，在冲压加工过程造成表面缺陷，所以卷取温度控制在≤640℃。

冷轧工艺控制原理如下：

1)、变形量：在较大的变形量下随着变形量的增加可以降低Δr，但变形量的增加会增加轧制难度，同时Δr偏向负值，对冲压不利，所以轧制变形量控制在75～90％左右。

2)退火温度：退火温度对冲压加工性能影响较大，退火温度太低屈服强度过高、延伸率偏低，冲压加工性变差。但退火温度过高强度偏低，Δr增大，影响电池壳的使用性，所以退火温度控制范围在650~800℃。

本发明的有益效果是：本发明的钢种具有优良的各向同性、深冲性、高表面质量等特点。本发明无需脱碳处理、加入合金较少、采用罩式炉生产，生产成本较低、质量优良、生产稳定，适合各类厂家工业化生产。

附图说明：

图1为本发明加钛铁素体组织金相图

图2为本发明加钛渗碳体组织金相图

图3为本发明加钛对Δr的影响图

图4为本发明冷轧变形量对Δr的影响图

具体实施方式：本发明的三个实施例和一个比较例见下表1：

项目	C	Si	Mn	P	S	Al	Ti	N	Nb	HR30T	延伸率	屈服强度	Δr
														％	％	％	％	％	％	％	％	％		％	Mpa
	本发明	0.01～0.05	≤0.03	0.1～0.5	≤0.02	≤0.015	0.01～0.10	0.0050.02	0.002～0.007
实施例A														0.05	0.013	0.4	0.008	0.006	0.046	0.005	0.0046	/	55	39	270	0.19
	实施例B	0.04	0.022	0.2	0.011	0.004	0.071	0.011	0.0033	/	51	42	251														0.07
实施例C														0.02	0.015	0.3	0.010	0.004	0.063	0.017	0.0025	/	49	43	243	-0.03
	比较钢	0.002	0.02	0.2	0.009	0.007	0.067	0.023	0.0019	0.02	49	42	223														0.47

实施例A的工艺控制为：热轧控制：加热温度≤1270℃，终轧温度为870℃，卷取温度为640℃；冷轧变形量为76％，罩式退火温度650℃。从图1、图2可见加Ti后的材料组织晶粒细小，渗碳体也细小。细小的晶粒不仅可以美观电池壳的外观，而且可以提高象翻边之类的二次加工性。图1为铁素体组织(ASTM标准：11级)，图2为渗碳体组织。如图3所示，在低碳铝镇静钢情况下随着Ti的增加Δr值下降，但加入过多的Ti，Δr值下降过多而变负值也不利于冲压加工。见图4，在较大的变形量下随着变形量的增加可以降低Δr。

实施例B的工艺控制为：热轧控制：加热温度：≤1270℃，终轧温度：920℃，卷取温度：540℃；冷轧变形量为82％，罩式退火温度670℃。

实施例C的工艺控制为：热轧控制：加热温度：≤1270℃，终轧温度：890℃，卷取温度：600℃；冷轧变形量为87％，罩式退火温度730℃。

表1中的硬度和拉伸性能采用通用国标标准测试。

Claims (3)

1、一种平面各向同性优良的电池壳用钢，其化学元素组成成分的重量百分比为：

C：≤0.01~0.05％

Si：≤0.03％

Mn：0.10~0.50％

P：≤0.02％

S：≤0.015％

Al：0.01~0.10％

N：0.002~0.007％

Ti：0.005~0.02％

其余为铁和不可避免的夹杂。

2、根据权利要求1所述的平面各向同性优良的电池壳用钢，其特征是：所述的电池壳用钢屈服强度：≥220Mpa，硬度：HR30T：45~55，平面各向异性：|Δr|≤0.3。

3、权利要求1所述的电池壳用钢的制造方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、炉后精炼、热轧、酸洗、冷轧轧制、罩式炉退火、平整、精整成成品卷，其特征是：热轧加热温度≤1270℃，终轧温度控制在860～930℃，卷取温度≤640℃；冷轧变形量控制在75％～90％，罩式炉退火温度控制在650～800℃。

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