KR20140116820A - 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 프레스 가공의 성형성이 우수하고, 연속 발진식 레이저 용접성이 우수하며, 또한 고강도의 대형 각통 전지 케이스를 제조할 수 있는 Al-Mn계 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, Mn: 0.5∼1.5질량%, Cu: 0.4∼1.2질량%, Mg: 0.2질량% 미만, Si: 0.6질량% 미만, Fe: 0.8질량% 미만을 함유하고, Si/Fe 질량비가 3.0 미만이며, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어진다. O재, H재 모두 상기 과제를 달성할 수 있다. 불가피 불순물로서 또는 첨가 원소로서 포함되는 Ti, B, Zr, Cr, Zn은, 각각 Ti: 0.02질량% 미만, B: 20질량ppm 미만, Zr: 0.15질량% 이하, Cr: 0.40질량% 이하, Zn: 0.3질량% 이하로 제한된다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, Mn: 0.5∼1.5질량%, Cu: 0.4∼1.2질량%, Mg: 0.2질량% 미만, Si: 0.6질량% 미만, Fe: 0.8질량% 미만을 함유하고, Si/Fe 질량비가 3.0 미만이며, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어진다. O재, H재 모두 상기 과제를 달성할 수 있다. 불가피 불순물로서 또는 첨가 원소로서 포함되는 Ti, B, Zr, Cr, Zn은, 각각 Ti: 0.02질량% 미만, B: 20질량ppm 미만, Zr: 0.15질량% 이하, Cr: 0.40질량% 이하, Zn: 0.3질량% 이하로 제한된다.
Description
본 발명은 리튬 이온 이차 전지 케이스 등에 이용되는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판에 관한 것이다.
휴대 전화나 노트북 컴퓨터 등의 전원으로서 리튬 이온 이차 전지가 널리 사용되고 있지만, 그의 우수한 특성으로 인해, 최근 전기 자동차나 하이브리드 차의 전원으로서도 채용되기 시작하고 있다. 이 이차 전지의 외장인 케이스(이하, 전지 케이스)의 재료에는, 종래, 전지의 소형화 및 경량화, 그리고 전지 케이스(주로 전지 케이스 본체)로 성형하기 위한 성형성 등을 만족시키기 위해, 알루미늄 합금판이 이용되고 있다.
전지 케이스는 알루미늄 합금판에 프레스 가공(딥 드로잉(deep drawing)-아이어닝(ironing) 가공)을 가하여 제조되고, 전극제(전극 및 전해액)를 넣은 후, 캡 부재와 레이저 용접된다. 이 때문에, 전지 케이스용 알루미늄 합금판에는 우수한 성형성이 필요시 된다. 또한, 휴대 전화나 노트북 컴퓨터용의 리튬 이온 이차 전지의 경우, 전지 케이스에는 전지의 부풀음에 대항하는 강도가 필요하고, 차재용의 리튬 이온 이차 전지의 경우, 자동차의 충돌 등의 외부 충격으로부터 전극제를 보호하는 강도가 필요하다. 이 때문에, 전지 케이스용 알루미늄 합금판에는, 재료로서의 높은 강도와 우수한 레이저 용접성이 필요시 된다.
이와 같은 성형성, 재료 강도, 레이저 용접성을 구비하는 알루미늄 합금판으로서, JIS3003을 베이스로 한 Al-Mn계 알루미늄 합금판이 많이 개발되어 있다(특허문헌 1∼9 참조).
차재용 전지 케이스는 휴대 전화나 노트북 컴퓨터용 전지 케이스에 비하여 대형이고, 예컨대 특허문헌 9에 기재되어 있는 바와 같이, 저면의 단폭 10mm 이상, 장폭 70mm 이상, 높이 60mm 이상인 유저 각통(有底 角筒)이 이용된다. 이와 같은 전지 케이스는 대형의 순차 이송 프레스기를 이용하여, 소재가 되는 알루미늄 합금판에 순차 이송 프레스 가공(다단 드로잉-아이어닝 가공)을 가하여 성형되지만, 엄격한 딥 드로잉 가공에 의해 균열이나 소부(燒付)가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
또한, 차재용 전지 케이스는 외형이 대형임과 동시에 재료의 두께가 커서, 소정의 용접 강도를 얻기 위해, 레이저 용접에 있어서의 용입 깊이를 깊게 할 필요가 있다. 휴대 전화나 노트북 컴퓨터용 전지 케이스에서는 용입 깊이가 0.2∼0.3mm이지만, 차재용 전지 케이스에서는 0.5∼1.0mm 정도가 요망되고 있다. 차재용 전지 케이스의 레이저 용접에는, 깊은 용입 깊이를 얻을 필요가 있기 때문에, 주로 연속 발진식 레이저 용접이 이용된다. 그러나, 용입 깊이를 깊게 할수록 용접 균열, 불규칙적인 비드(irregular bead), 언더컷, 용접 스패터의 부착 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다는 문제가 있다.
본 발명은 차재용 등의 대형 각통 전지 케이스의 제조에 관계된 상기의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 프레스 가공의 성형성이 우수하고, 레이저 용접성이 우수하며, 또한 고강도의 전지 케이스를 제조할 수 있는 Al-Mn계 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, Mn: 0.5∼1.5질량%, Cu: 0.4∼1.2질량%, Mg: 0.2질량% 미만, Si: 0.6질량% 미만, Fe: 0.8질량% 미만을 함유하고, Si/Fe 질량비가 3.0 미만이며, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어진다. 이 알루미늄 합금판은, 추가로 Ti: 0.02질량% 미만, B: 20질량ppm 미만, Zr: 0.15질량% 이하, Cr: 0.40질량% 이하 및 Zn: 0.3질량% 이하 중 어느 1종 또는 2종 이상을 첨가 원소로서 또는 불가피 불순물로서 함유해도 좋다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, O 또는 H의 질별(質別)로 대형 각통 전지 케이스로 성형된다. 상기 조성에 있어서, O재의 내력값은 50∼110MPa가 된다. H재의 경우, 내력값을 160∼260MPa의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 성형성이 우수하고, 프레스 가공에 있어서 균열이나 소부 등의 발생이 없어, 대형 각통 전지 케이스의 제조에 우수하다. 그의 성형 과정에서 알루미늄 합금판은 가공 경화되기 때문에, 고강도의 대형 각통 전지 케이스를 제조할 수 있다.
또한, 이 알루미늄 합금판은, 레이저 용접에 있어서 용입 깊이를 깊게 하여도 용접 결함의 발생이 없어, 레이저 용접성이 우수하다. 따라서, 캡재와의 레이저 용접에 있어서 용접 깊이를 깊게 하고, 용접 강도를 높게 할 수 있어, 예컨대 차재용 리튬 이온 이차 전지 등의 대형 각통 전지 케이스용으로서 적합하다.
이하, 본 발명에 따른 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
(알루미늄 합금판의 조성)
Mn: 0.5∼1.5질량%
Mn은 모상 내에 고용(固溶)되어, 알루미늄 합금판의 강도를 높이고, 내압 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는다. 그러나, Mn의 함유량이 0.5질량% 미만이면 이 작용 효과는 작다. 한편, Mn의 함유량이 1.5질량%를 초과하면 조대한 금속간 화합물(Al-Fe-Mn, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물)이 생성되고, 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 0.5∼1.5질량%의 범위로 하고, 바람직하게는 0.7∼1.2질량%로 한다.
Mg: 0.2질량% 미만
Mg은 고용 강화에 의해 알루미늄 합금판의 강도를 높여, 내압 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는다. 그러나, Mg의 함유량이 0.2질량% 이상이면, H재를 프레스 가공으로 대형 각통 전지 케이스로 성형한 경우에, 가공 경화에 의해 강도가 지나치게 높아져 균열이 발생한다. 또한, Mg의 함유량이 0.2질량% 이상이면, CW(연속 발진식) 레이저 용접에 의해, 용접 균열이나 불규칙적인 비드의 발생에 의한 용접 비드 형상의 흐트러짐이 생기거나, 또는 용접 비드의 내부에 결함이 생기기 쉬워진다. 따라서, Mg 함유량은 0.2질량% 미만(0%를 포함하지 않음)으로 하고, 바람직하게는 0.03∼0.15질량%로 한다.
Cu: 0.4∼1.2질량%
Cu는 고용 강화에 의해 알루미늄 합금판의 강도를 높여, 내압 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는다. 그러나, Cu의 함유량이 0.4질량% 미만이면 이 작용 효과는 작다. 한편, Cu의 함유량이 1.2질량%를 초과하면, 가공 경화성이 지나치게 커져 프레스 가공에서 균열이 발생한다. 또한, Cu의 함유량이 1.2질량%를 초과하면, CW(연속 발진식) 레이저 용접에서 용접 균열이 생긴다. 따라서, Cu 함유량은 0.4∼1.2질량%로 하고, 바람직하게는 0.6 초과∼1.2질량%로 하며, 더 바람직하게는 0.7∼1.0질량%로 한다.
Si: 0.6질량% 미만
Si는 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재한다. 또한, Si는 고용 강화에 의해 알루미늄 합금판의 강도를 높여, 내압 강도를 향상시키고, 나아가 알루미늄 합금판의 성형성을 향상시키는 작용 효과를 가지며, 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가된다. 그러나, Si 함유량이 0.6질량% 이상이면, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 조대화되고, 이것이 성형 가공 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 또한, Si 함유량이 0.6질량%를 초과하면, 용접 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재하거나 또는 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가되는 Si의 함유량은, 0.6질량% 미만으로 한다. 바람직하게는, Si 함유량은 0.05∼0.5질량%이다.
Fe: 0.8질량% 미만
Fe은 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재한다. 또한, Fe은 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 작용 효과를 가지며, 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가된다. 그러나, Fe의 함유량이 0.8질량%를 초과하면, Al-Fe-Mn, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 조대화되고, 이것이 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 따라서, 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재하거나 또는 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가되는 Fe의 함유량은, 0.8질량% 미만으로 한다. 바람직하게는, Fe 함유량은 0.1∼0.6질량%이다.
Si/Fe 질량비 < 3
Si/Fe 질량비가 3 이상일 때, Al-Fe-Si, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 많이 형성되고, 알루미늄 합금판의 프레스 성형에 있어서 쪼개짐이나 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Si/Fe 질량비는 3 미만인 것이 바람직하다.
Ti: 0.02질량% 미만
Ti은 알루미늄 합금 주조 조직을 미세화, 균질화(안정화)하는 효과가 있고, 압연용 슬래브의 조괴(造塊) 시의 주조 균열 방지를 목적으로, 통상 알루미늄 합금에 0.02질량% 이상 첨가되어 있다. 한편, Ti을 과잉으로 첨가하면 조대한 금속간 화합물이 정출(晶出)되고, 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉽기 때문에, Ti은 0.15질량% 이하의 범위 내에서 첨가되어 있다.
그러나, Ti을 포함하는 알루미늄 합금판을 CW(연속 발진식) 레이저 용접하는 경우, 용융 시(660∼750℃)에 응고 비드 내에 기공(porosity) 결함이 잔류하고, 또한 용입이 깊게 형성되고, 이것이 응고되어 이상부(불규칙적인 비드의 발생에 의한 용접 비드 형상의 흐트러짐)가 발생하기 쉽다.
Ti은 지금(地金)(스크랩 포함함) 중에 불가피 불순물로서 포함되고, 필요가 있다면 알루미늄 합금 중에 첨가할 수도 있지만, 어느 쪽이든, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 Ti의 함유량을 0.02질량% 미만(0%를 포함함)으로 규제할 필요가 있다. Ti 함유량은 적을수록 용접성이 향상되고, 바람직하게는 0.01질량% 이하, 더 바람직하게는 0.006질량% 이하이다.
B: 20질량ppm 이하
B은 알루미늄 합금의 슬래브 조괴 시의 주조 균열 방지를 목적으로, 통상 Ti-B 모합금으로서 Ti와 함께 적극 첨가되어 있다.
그러나, 알루미늄 합금판의 B 함유량이 20질량ppm을 초과하면, 상기 Ti와 마찬가지로, CW(연속 발진식) 레이저 용접에 있어서 응고 비드 내에 기공 결함이 잔류하고, 또한 용입이 깊게 형성되는 것에 의해 이상부가 발생한다.
B은 지금(스크랩 포함함) 중에 불가피 불순물로서 포함되고, 필요가 있다면 첨가할 수도 있지만, 어느 쪽이든, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 B 함유량을 20질량ppm 미만(0%를 포함함)으로 규제할 필요가 있다. B 함유량은 적을수록 용접성이 향상되고, 바람직하게는 10질량ppm 이하, 더 바람직하게는 8질량ppm 이하이다.
Zr: 0.15질량% 이하
Cr: 0.40질량% 이하
Zr, Cr은 알루미늄 합금 조직을 미세화, 균질화(안정화)하는 효과가 있다. 그러나, Zr의 함유량이 0.15질량%를 초과하거나 또는 Cr의 함유량이 0.40질량%를 초과하면, 조대한 금속간 화합물이 정출되고, 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 한편, Zr, Cr은 용접 시에 재응고되었을 때의 재결정립을 미세화할 수 있고, 용접 균열을 회피할 수 있기 때문에, Zr, Cr은 각각 0.05질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
Zr과 Cr은 알루미늄 합금 중에 불가피 불순물로서도 포함되고, 필요가 있다면 첨가할 수 있지만, 어느 쪽이든, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판에 있어서 Zr의 함유량은 0.15질량% 이하(0%를 포함함), Cr의 함유량은 0.40질량% 이하(0%를 포함함)로 한정된다.
Zn: 0.3질량% 이하
Zn은 증기압이 낮기 때문에, 레이저 용접 시에 비산하여 주위를 오염시키기 쉬워, 알루미늄 합금판의 레이저 용접성을 나쁘게 한다. 따라서, Zn의 함유량은 0.3질량% 이하(0%를 포함함)로 규제한다.
(알루미늄 합금판의 제조)
본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 예컨대 다음 공정으로 제조할 수 있다.
소정 성분의 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴를 제작하고, 이 주괴에 면삭(面削)을 실시한 후에, 480℃ 이상이고 또한 알루미늄 합금의 융점 미만인 온도에서 균질화 열 처리를 실시한다. 다음으로, 이 균질화 열 처리된 주괴를 열간 압연 및 냉간 압연하여 압연판을 제작한다. 그리고, 알루미늄 합금판의 O재를 제작하는 경우에는, 이 압연판을 300∼450℃의 온도역으로 가열하고, 0.5시간 이상 유지하는 소둔을 실시한다. H재를 제작하는 경우에는, O재를 추가로 20∼50% 정도의 압연율로 냉간 압연한다.
(알루미늄 합금판의 내력)
본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, O 또는 H의 질별로 대형 각통 전지 케이스로 성형된다. 상기 조성에 있어서, O재의 내력값은 거의 50∼110MPa가 된다. O재는 연질이기 때문에 가공하기 쉽고, 드로잉 및 아이어닝 가공에 의한 대형 각통 전지 케이스로의 성형이 용이하다. 또한, O재의 내력은 약간 낮지만, 성형 가공에 수반하는 가공 경화에 의해서, 성형 후의 전지 케이스의 강도를 충분히 향상시킬 수 있다.
전지 케이스의 강도를 조금이라도 높이기 위해서는, 알루미늄 합금판의 질별을 H로 하는 것이 유효해진다. 한편, H재는 O재와 비교하여 성형성의 저하는 부정할 수 없어, 성형 시에 균열이 생기기 쉽다. H재의 내력값을 160∼260MPa의 범위 내로 조정하는 것에 의해, 전지 케이스의 강도를 향상시키고, 또한 성형 시의 균열을 방지할 수 있다.
(레이저 용접)
차재용 등의 리튬 이온 이차 전지에 적합한 대형 각통 전지 케이스는, 저면의 단폭 10mm 이상, 장폭 70mm 이상, 높이 60mm 이상인 유저 각통이 이용된다. 본 발명이 대상으로 하는 대형 각통 전지 케이스도 이 사이즈를 갖는 것으로 한다. 이 대형 각통 전지 케이스는 용접 부위의 두께가 0.5∼2.0mm 정도이고, 레이저 용접에 있어서 0.5∼1.0mm 정도의 용입 깊이가 요망되고 있다. 이 용입 깊이를 얻기 위해서는, 연속 발진(CW)식 레이저 용접이 적합하게 이용되고, 또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 성형한 대형 각통 전지 케이스는, 연속 발진(CW)식 레이저 용접에 있어서 우수한 용접성을 나타낸다. 연속 발진(CW)식 레이저 용접에는 키홀(keyhole)형과 열전도형이 있고, 깊은 용입 깊이가 얻어지는 키홀형이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 레이저 용접에는, 펄스 레이저나, 펄스 레이저와 연속 발진(CW)식 레이저의 병용 방식도 적용할 수 있다.
실시예
표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴로 하고, 이 주괴에 면삭을 실시한 후에, 550℃에서 4시간의 균질화 열 처리를 실시했다. 이 균질화한 주괴에 열간 압연과, 추가로 냉간 압연을 실시하여 판 두께 1.0mm의 알루미늄 합금판으로 했다. 냉간 압연 후의 압연판을 370℃로 가열하고, 이 온도로 4시간 유지하는 배치식 소둔을 실시하여, 특성 평가의 판재(O재)로 했다. 또한, H재에 대해서는, 열간 압연과, 추가로 냉간 압연을 실시하여 판 두께 1.4mm로 하고, O재의 배치 소둔과 동일한 조건에서 중간 소둔을 실시한 후에, 추가로 냉간 압연으로 판 두께 1.0mm의 알루미늄 합금판으로 하여, 특성 평가의 판재로 했다.
제조한 알루미늄 합금판(O재, H재)을 이용하여, 하기 요령으로 인장 시험, 성형성 평가 시험 및 용접성 평가 시험을 행했다. 그 결과를 표 1, 2에 나타낸다.
(인장 시험)
각 평가 판재로부터 압연 방향이 세로 방향이 되도록 JIS5호 인장 시험편을 잘라내고, JIS Z 2241의 규정에 준거하여, 주식회사 시마즈 제작소(SHIMADZU CORPORATION)제 상치형(床置形) 만능 인장 시험기 AG-I로 인장 시험을 행하여, 내력을 구했다. 크로스헤드(crosshead) 속도는 5mm/분이고, 시험편이 파단될 때까지 일정한 속도로 행하여, 각각 5회 측정하고 평균값으로 산출했다.
(성형성 평가 시험)
각 평가 판재로부터 타원형의 블랭크판을 장축이 압연 방향과 평행이 되도록 잘라내고, 순차 이송형의 프레스기를 이용하여 드로잉 및 아이어닝 가공을 전체 11공정으로 행하고, 측벽의 아이어닝 가공률을 30%로 하여, 저면의 세로폭이 20mm, 저면의 가로폭이 200mm, 높이가 150mm인 상자체의 각통 전지 케이스(케이스 본체)를 성형했다.
이 때, 균열이 없이 성형 가능하고, 성형 후에 소부에 기인하는 표면의 변색이나 세로 줄무늬 모양이 없는 것을 성형성이 우수하다고 하여 합격 「◎」로 평가하고, 균열이 없이 성형 가능하고, 약간의 표면의 변색이나 세로 줄무늬 모양이 발생한 것을 성형성이 양호하다고 하여 합격 「○」으로 평가하고, 성형 시에 균열이 발생한 것 또는 현저한 변색이나 세로 줄무늬가 발생한 것을 성형성이 불량하다고 하여 불합격 「×」로 평가했다.
(용접성 평가 시험)
각 평가 판재로부터 30mm×100mm 사이즈의 시험편을 잘라내고, 연속 발진식 섬유 레이저(IPG 포토닉스 재팬 주식회사제, 형식: YLR-10000)를 열원으로 한 용접 가공기를 이용하여, 90mm 용접 길이로 비드 온 플레이트(bead-on-plate) 용접했다. 용접 조건은 레이저 출력 1.5∼2.0kW, 용접 속도 10.0m/분, 전진각 5deg.이고, 용접부의 용입 깊이가 0.7∼0.8mm가 되도록 레이저 출력을 조정했다.
각 시험편의 용접 비드부에 대하여, 하기 요령으로 용접 외관의 평가와 방사선 투과 시험을 행했다.
<용접 외관의 평가>
용접 비드부에 대하여, 용접 균열의 유무, 용접 비드폭의 균일성, 언더컷의 유무, 및 용접 스패터 부착의 유무를 관찰했다. 그 결과, 용접 비드부에 균열의 발생 없이 용접 비드폭이 균일하고, 용접 비드부에 언더컷, 범핑(突沸)부, 및 직경이 1mm 이상인 스패터 부착이 보이지 않은 것을 용접 외관이 양호 「◎」로 평가하고, 직경이 1mm 이상인 스패터 부착이 90mm 용접 길이에 대하여 1개소만 보였지만, 균열의 발생이 없고, 용접 비드폭이 균일하며, 비드부에 언더컷이나 범핑부가 보이지 않은 것을 허용 범위 「○」로 평가하여, 「◎」와 「○」를 합격으로 하고, 그 이외는 전부 용접 외관이 불량하다고 하여 불합격 「×」로 평가했다.
<방사선 투과 시험>
이 시험은 용접 비드 내의 흠집(기공 등)을 검사하는 것으로, JIS Z 3105에 준거하여 행했다. 흠집 개수가 JIS Z 3105의 부속서에 규정된 4단계 평가의 1, 2류로 분류되는 용접 비드를 양호하다고 하여 합격 「○」로 평가하고, 3, 4류로 분류되는 것을 결점 있음으로 하여 불합격 「×」로 평가했다.
표 1, 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼21은 합금 조성이 본 발명의 규정을 만족하고, O재, H재의 내력값이 본 발명의 규정 범위 내이며, 성형성 및 레이저 용접성이 O재, H재 모두 우수하다. Ti, B 함유량 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 다른 것보다 약간 적은 실시예 2, 5, 8, 11, 17, 18, 20은, 레이저 용접성이 특히 우수하다.
한편, 비교예 1은 Mn 함유량이 과소하기 때문에 내력값이 O재, H재 모두 낮다. 이 때문에, 제품인 전지 케이스의 강도가 부족하다.
비교예 2는 Mn 함유량이 과잉이기 때문에, O재, H재 모두 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, Mn을 포함하는 조대한 금속간 화합물이 생성되었기 때문이라고 생각된다.
비교예 3은 Mg 함유량이 과잉이기 때문에, H재에 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, 가공 경화에 의해 강도가 지나치게 높아졌기 때문이라고 생각된다. 또한, O재, H재 모두 용접 비드부에 균열이 발생하고, 또한 불규칙적인 비드가 발생하여 비드폭이 불균일해져, 용접 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.
비교예 4는 Cu 함유량이 과잉이기 때문에, O재, H재 모두 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, 가공 경화에 의해 강도가 지나치게 높아졌기 때문이라고 생각된다. 또한, O재, H재 모두 용접 비드부에 균열이 발생하고, 불규칙적인 비드가 발생하여 비드폭이 불균일해져, 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.
비교예 5는 Si 함유량이 과잉이기 때문에, O재, H재 모두 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, Si를 포함하는 조대한 금속간 화합물이 생성되었기 때문이라고 생각된다. 또한, O재, H재 모두 용접 비드부에 균열이 발생하고, 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.
비교예 6은 Ti 및 B 함유량이 과잉이기 때문에, 비교예 7, 8은 B 함유량이 과잉이기 때문에, 어느 것이나 O재, H재 모두에 불규칙적인 비드가 발생하여 비드폭이 불균일해져, 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.
비교예 9는 Zr 함유량이 과잉이기 때문에, 비교예 10, 11은 Cr 함유량이 과잉이기 때문에, 비교예 12는 Fe 함유량이 과잉이기 때문에, 어느 것이나 O재, H재 모두에 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, 모두 조대한 금속간 화합물이 생성되었기 때문이라고 생각된다.
비교예 13은 Zn 함유량이 과잉이기 때문에 용접 스패터가 부착되고, 또한 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.
비교예 14, 15는 Si/Fe 함유량비가 과잉이기 때문에, 어느 것이나 O재, H재 모두에 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는 Si를 포함하는 금속간 화합물이 많이 형성되었기 때문이라고 생각된다.
Claims (8)
- Mn: 0.5∼1.5질량%, Cu: 0.4∼1.2질량%, Mg: 0.2질량% 미만, Si: 0.6질량% 미만, Fe: 0.8질량% 미만을 함유하고, Si/Fe 질량비가 3.0 미만이며, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는, 레이저 용접성이 우수한 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
- 제 1 항에 있어서,
Cu: 0.6질량% 초과인 것을 특징으로 하는, 레이저 용접성이 우수한 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
Ti: 0.02질량% 미만, B: 20질량ppm 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
Zr: 0.15질량% 이하, Cr: 0.40질량% 이하인 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
Zn: 0.3질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
연속 발진식 레이저 용접에 의한 용접성이 우수한 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
내력값 50∼110MPa의 O재인 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
내력값 160∼260MPa의 H재인 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
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Citations (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000119784A (ja) * | 1998-10-08 | 2000-04-25 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 高温クリープ特性に優れたアルミニウム合金材およびその製造方法 |
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| JP2002339049A (ja) | 2001-05-15 | 2002-11-27 | Mitsubishi Alum Co Ltd | 二次電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法 |
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| KR20120089206A (ko) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 전지 케이스용 알루미늄 합금판 및 전지 케이스 |
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Patent Citations (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000119784A (ja) * | 1998-10-08 | 2000-04-25 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 高温クリープ特性に優れたアルミニウム合金材およびその製造方法 |
| JP2000129384A (ja) | 1998-10-23 | 2000-05-09 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 二次電池ケース用アルミニウム合金板とその製造方法および二次電池ケース |
| JP2002134069A (ja) | 2000-10-23 | 2002-05-10 | Sky Alum Co Ltd | 耐高温フクレ性に優れたケース用アルミニウム合金板およびその製造方法 |
| JP2002339049A (ja) | 2001-05-15 | 2002-11-27 | Mitsubishi Alum Co Ltd | 二次電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法 |
| JP2004002985A (ja) | 2002-03-29 | 2004-01-08 | Kobe Steel Ltd | 二次電池ケース用アルミニウム合金板及びこれを用いた二次電池ケース |
| JP2006188744A (ja) | 2004-03-31 | 2006-07-20 | Kobe Steel Ltd | 電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法 |
| JP2005336540A (ja) | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Mitsubishi Alum Co Ltd | 二次電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法 |
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| KR20120089206A (ko) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 전지 케이스용 알루미늄 합금판 및 전지 케이스 |
| JP2012177186A (ja) | 2011-02-02 | 2012-09-13 | Nippon Light Metal Co Ltd | 成形性、溶接性に優れた電池ケース用アルミニウム合金板 |
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