KR20160006666A

KR20160006666A - 전지 케이스용 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20160006666A
Application number: KR1020157024784A
Authority: KR
Inventors: 히로타케 오스가; 요시카즈 스즈키; 겐 아츠타; 아키히토 고토; 고타로 기타와키
Original assignee: 가부시키가이샤 유에이씨제이
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2016-01-19
Also published as: TWI600194B; JP5864074B2; CN105189797B; JPWO2014181544A1; WO2014181544A1; CN105189797A; TW201503453A

Abstract

Mn:0.7∼1.6％, Cu:0.5∼0.7％, Mg:0.2∼0.5％를 함유하고, Cu 함유량이 Mg 함유량보다도 많고, Cr, Ni, V의 1종 또는 2종 이상을 합계 함유량으로 0∼0.2％ 함유하고, 불가피적 불순물로서 Fe:0.2％ 이하로, 또한 Si:0.15％ 이하로 규제되고, 잔량부 Al과, Fe 및 Si 이외의 불가피적 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 포함하고, 금속 조직 중에 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물이 10개/㎛³ 이상 분산되고, 두께 50％ 감소의 소성 가공 후에 있어서의 인장 강도가 250N/㎟ 이상이고, 연신율이 1.3％ 이상이며, 인장 강도(N/㎟)×연신율(％)이 420 이상인 전지 케이스용 알루미늄 합금판과 그 제조 방법에 의해, 양호한 레이저 용접성과 내팽창성을 구비하고, 광폭의 케이스에서도 안정적인 성형성과 내압입성을 고레벨로 양립시킨 전지 케이스용 알루미늄 합금판을 제공한다.

Description

전지 케이스용 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법 {ALUMINUM ALLOY SHEET FOR CELL CASE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAID SHEET}

본 발명은 휴대 전화, 태블릿형 단말기, 노트북형의 퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 그 외 전자 기기 등에 이용되는 리튬 이온 전지의 케이스의 소재로서 적합한 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각형의 리튬 이온 2차 전지의 케이스는, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판을 소재로 하여, 프레스 성형(딥 드로잉·아이어닝 성형)에 의해 제조된다. 전지는, 이 케이스와 덮개로 전극, 세퍼레이터, 전해액 등을 밀봉한 구조를 갖는다. 이 케이스와, 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제의 덮개의 접합에는 레이저 용접이 사용된다.

따라서, 전지 케이스용의 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판에는, 제조에 필요한 특성으로서 프레스 성형성, 레이저 용접성이 양호한 것이 요구되고, 케이스로 한 후의 강도·내구성이 양호한 것도 함께 요구된다. 케이스의 강도·내구성이란, 구체적으로는 장시간의 사용에서도 팽창되지 않는 것, 외력에 의한 변형이 발생하기 어려운 것, 변형되어도 구멍이 개방되기 어려운 것 등의 특성을 말한다.

종래, 전지 케이스용의 소판으로서는, Al-Mn계 합금이 많이 사용되고 있다. JIS의 합금으로서는 A3003 합금이나, 이것에 Mg과 Cu를 첨가한 조성으로 되는 A3005 합금도 강도가 보다 큰 합금으로서 사용되고 있다.

종래, 휴대 전화의 발달에 수반하여, 외형 치수의 제약 중에서 전지 용량을 향상시키기 위해 케이스를 박육화할 필요가 있었다. 이 경우에도, 케이스의 내구성을 확보할 수 있도록, 보다 고강도의 케이스용 알루미늄 합금이 개발되어 왔다. 특허문헌 1 및 2에는, 고Mg 함유량의 알루미늄 합금을 사용하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3 및 4에는, 고Cu 함유량의 알루미늄 합금을 사용하는 것이 기재되어 있다.

최근, 급속하게 보급되고 있는 스마트폰이나 태블릿형 단말기의 전지에서는, 다양한 소프트웨어를 동작시키기 위해 전지 용량을 증가시킬 필요성이 있고, 케이스의 가일층의 박육화나 기구에 적합하도록 종래의 것보다 박형 광폭의 형상 케이스가 요구되고 있다.

전지가 내장된 케이스에서는, 85℃ 정도까지 내부 온도가 상승한다. 이에 의해, 케이스에 내압이 발생하여 케이스가 팽창해 버리는 경우가 있다. 따라서, 이와 같은 팽창을 저감시킨 재료가 요구되고 있다. 또한, 전지를 내장한 전자 기기가 외력을 받는 것, 가장 심한 예로서는 돌기물이 압입되는 것(개가 스마트폰을 씹는 등)도 일어날 수 있다. 이와 같은 경우, 전지 케이스가 비록 변형되어도 파손되지 않는 것이 바람직하여, 내압입성이 높은 재료가 필요해지고 있다. 또한, 케이스 성형 후의 상태에 있어서 큰 압입량으로 되는 외력을 받은 경우에서도 구멍이 개방되기 어려운 특성과 함께, 당연히 변형 저항이 큰 것도 요구된다. 고강도인 것은, 전지 케이스의 내구성의 점으로부터 바람직한 특성이다.

그러나, 고강도의 재료로는, 박육으로 캔 두께가 작고 폭이나 높이가 큰 형상을 갖는 케이스를 성형하는 것이 곤란하다. 케이스가 얇고 폭이 넓어지는 것, 즉 캔의 폭/두께의 비가 커질수록, 성형성의 난이도가 증가한다. 스마트폰용으로서, 폭/두께비가 10 이상으로 높이＞폭의 케이스가 요망되고 있다. 그러나, 이와 같은 형상의 것을 성형하는데, 폭/두께비가 6 정도의 케이스를 성형 가능한 종래의 고강도 알루미늄 합금 판재를 사용한 것으로는, 안정적으로 성형할 수 없는 것이 확인되어 있다.

또한, 리튬 이온 전지에서는, 전지의 내압이 한도를 초과하여 상승한 때에 케이스의 특정 부위가 깨져 전해액을 밖으로 릴리프하는 안전 기능이 필요하다. 이로 인해, 케이스의 일부에 홈 형상의 박육 부분이 형성되는 경우가 있다. 이와 같은 홈 형상 박육 부분의 형성 가공 시에 균열이 발생하거나, 소정의 박육 두께로 성형 가공할 수 없으면, 정상적인 안전 기능이 동작하지 않게 된다. 고강도의 재료를 사용한 경우에는, 이와 같은 홈 형상 박육 부분의 형성도 곤란해진다. 박형 광폭의 형상 케이스에, 정밀한 홈 가공을 실시하는 것도 기술적 난이도가 높아, 종래의 재료로는 안정적인 홈 가공을 할 수 없는 것이 실정이었다.

이와 같이, 전자 기기의 형상 기능의 변화에서 필요해지는 광폭·박형의 전지 케이스의 소재로서, 성형성, 레이저 용접성, 내팽창성, 내압입성 등의 특성 요구를 모두 만족하는 알루미늄 합금판의 개발이 요구되고 있다.

일본 특허 공개 제2001-131666 일본 특허 공개 제2003-3226 일본 특허 공개 제2006-188744 일본 특허 공개 제2007-277588

본 발명은 일정 이상의 레이저 용접성과 내팽창성을 구비하면서, 광폭(폭/두께비가 10 이상으로 높이＞폭)의 케이스에서도 안정적으로 성형할 수 있는 성형성과 케이스의 내압입성을 고레벨로 양립시킨 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 다양한 검토를 행한 결과, 한정된 합금 조성 범위를 갖고, 특정한 특성 조건을 만족하는 알루미늄 합금판에 있어서, 폭/두께비 10 이상의 케이스를 성형 가능한 성형성과, 높은 내압입성 등의 전지 케이스로서 구비해야 하는 특성이 만족되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 청구항 1에 있어서, Mn:0.7∼1.6mass％(이하, 「％」라고 기재함), Cu:0.5∼0.7％, Mg:0.2∼0.5％를 함유하고, Cu 함유량이 Mg 함유량보다도 많고, 또한 Cr, Ni 및 V으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 함유량으로 0∼0.2％ 함유하고, 불가피적 불순물로서 Fe:0.2％ 이하로, 또한 Si:0.15％ 이하로 규제되어 있고, 잔량부 Al, 및 Fe 및 Si 이외의 불가피적 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 포함하고, 그 금속 조직 중에 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물이 10개/㎛³ 이상 분산되어 있고, 두께 50％ 감소의 소성 가공 후에 있어서의 인장 강도가 250N/㎟ 이상이고, 또한 연신율이 1.3％ 이상이며, 인장 강도(N/㎟)×연신율(％)이 420 이상인 것을 특징으로 하는 전지 케이스용 알루미늄 합금판으로 하였다.

또한, 본 발명은 청구항 2에서는 청구항 1에 있어서, 상기 알루미늄 합금이, 0.004∼0.2％의 Ti을 더 함유하거나, 0.004∼0.2％의 Ti과 0.0001∼0.02％의 B를 더 함유하는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 3에 있어서, 청구항 1 또는 2에 기재된 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 있어서, 상기 알루미늄 합금의 주조 공정과; 균질화 처리 공정과; 열간 압연 공정과; 냉간 압연 공정과; 어닐링 처리 공정과; 재냉간 압연 공정과; 석출 안정화 처리 공정을 구비하고, 상기 어닐링 공정이, 냉간 압연재를 5℃/초 이상의 승온 속도로 480∼580℃의 온도까지 가열하고, 그 후 즉시 또는 그 온도에 있어서 30초 이내 유지한 후에, 5℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각하는 공정이며, 상기 석출 안정화 처리 공정이, 재냉간 압연재를 150∼240℃에서 0.1∼8시간 유지하는 공정인 것을 특징으로 하는 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법으로 하였다.

본 발명은 청구항 4에서는 청구항 3에 있어서, 상기 균질화 처리 공정에 있어서, 주괴를 520∼610℃의 온도에서 0.5∼10시간 유지하는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 5에서는 청구항 3 또는 4에 있어서, 상기 열간 압연 공정에 있어서의 압연재의 압연 개시 온도를 350∼520℃로 하였다.

본 발명은 청구항 6에서는 청구항 3∼5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉간 압연 공정에 있어서의 압연재의 압하율을 40∼80％로 하였다.

본 발명은 청구항 7에서는 청구항 3∼6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재냉간 압연 공정에 있어서의 압연재의 압하율을 20∼60％로 하였다.

본 발명은 청구항 8에서는 청구항 3∼7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열간 압연 공정이 예비 가열 단계를 포함하고, 당해 예비 가열 단계가 상기 균질화 처리 공정을 겸하는 것으로 하였다.

본 발명은 청구항 9에서는 청구항 8에 있어서, 상기 예비 가열 단계에 있어서의 가열 온도를, 상기 열간 압연 공정에 있어서의 압연 개시 온도와 그것보다 40℃ 높은 온도의 범위 내로 하였다.

본 발명에 의해, 레이저 용접성과 내팽창성이 우수하고, 광폭 케이스(폭/두께비가 10 이상으로 높이＞폭)의 안정적인 성형성과 내압입성을 양호한 밸런스로 양립시킨 전지 케이스용 알루미늄 합금판이 얻어진다.

도 1은 홈 가공성 평가를 위해, 가장 면적이 넓은 면(편면)의 중앙에, 프레스 가공에 의해 ×형의 홈 가공을 실시한 전지 케이스의 사시도이다.
도 2는 내압입성 평가를 위해, 구멍이 개방된 강제 스페이서를 삽입한 전지 케이스의 평면도와 정면도이다.
도 3은 내압입성 평가를 위해, 전지 케이스에 삽입한 강제 스페이서의 구멍에 대응하는 전지 케이스의 정면 중앙부에 압입되는 강제 지그의 정면도이다.
도 4는 케이스 내굽힘성 평가를 위해, 90° 굽힘 지그에 전지 케이스를 따르게 한 굽힘 시험의 설명도이다.

본 발명에 관한 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, Mn:0.7∼1.6mass％(이하, 간단히 「％」라고 기재함), Cu:0.5％∼0.7％, Mg:0.2％∼0.5％를 함유하고, Cu 함유량이 Mg 함유량보다도 많고, 또한 Cr, Ni 및 V으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 함유량으로 0∼0.2％ 함유하고, 불가피적 불순물로서 Fe:0.2％ 이하로, 또한 Si:0.15％ 이하로 규제되어 있고, 잔량부 Al, 및 Fe 및 Si 이외의 불가피적 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 포함한다. 또한, 알루미늄 합금판의 금속 조직 중에, 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물이 10개/㎛³ 이상 분산되어 있다. 또한, 이 알루미늄 합금판은, 두께를 50％ 감소시키는 소성 가공 후에 있어서, 250N/㎟ 이상의 인장 강도와, 1.3％ 이상의 연신율을 갖고, 이들 인장 강도와 연신율 사이에는, 인장 강도(N/㎟)×연신율(％)의 수치가 420 이상의 관계가 있다. 이하에, 이들의 특징에 대해 상세하게 설명한다.

1. 알루미늄 합금의 조성

먼저, 상기 알루미늄 합금의 조성에 대해 설명한다.

Mn:0.7∼1.6％

Mn은 재료 중에서 일부는 고용되고, 그 외는 Al과의 금속간 화합물로서 분산되어 분산 강화에 기여하는 필수 원소이다. Mn을 포함하는 금속간 화합물을 적정하게 분포함으로써, 프레스 성형 시의 금형에의 응착을 방지하는 효과도 도모된다. Mn 함유량이 0.7％ 미만에서는, 강도가 불충분해지고 프레스 성형 시에 있어서의 금형에의 응착 방지 효과가 저감되어 표면 마찰 손상이 발생하기 쉽다. 한편, 1.6％를 초과하면, Mn을 포함하는 조대한 금속간 화합물(Giant Compounds)이 형성되고, 재료 결함으로 되기 때문에 부적당하다. 이와 같이, 본 발명에서는, 필수 원소인 Mn 함유량을 0.7∼1.6％로 한다. 또한, 바람직한 Mn 함유량은, 0.9∼1.4％이다.

Cu:0.5∼0.7％, Mg:0.2∼0.5％

Cu와 Mg은, Al-Mg-Cu계 석출물의 형성에 관여하고, 모두 강도에 기여하는 필수 원소이다. Cu 함유량이 0.5％ 미만에서는 강도 향상의 효과가 낮고, 0.7％를 초과하면 광폭형 케이스의 성형이 곤란해지고, 레이저 용접 시에 균열 등의 결함이 발생하기 쉬워지기 때문에 부적당하다.

Mg 함유량에 대해서도, 0.2％ 미만에서는 강도 향상의 효과가 낮고, 0.5％를 초과하면 광폭형 케이스의 성형이 곤란해지고, 레이저 용접 시에 균열 등의 결함이 발생하기 쉬워지기 때문에 부적당하다.

이와 같이, 본 발명에서는, 필수 원소인 Cu 함유량과 Mg 함유량을 각각, 0.5∼0.7％ 및 0.2∼0.5％로 한다. 또한, 바람직한 Cu 함유량은, 0.54∼0.65％이며, 바람직한 Mg 함유량은, 0.24％∼0.45％이다.

또한, 본 발명에서는, Cu와 Mg의 함유량의 사이에 Cu 함유량＞Mg 함유량으로 되는 관계를 필요로 한다. Cu 함유량을 Mg 함유량보다도 많게 함으로써, 적정한 열처리를 실시함으로써 석출 강화의 효과를 발생시킬 수 있다. 그 결과, 케이스 성형 후에 있어서, 강도와 한계 압입 변형량을 높게 유지하도록 조정하는 것이 가능하게 된다. 이에 대해, Mg 함유량을 Cu 함유량 이상으로 하면, 가공 경화가 보다 조장되고 강도의 상승에는 효과가 있지만, 한계 압입 변형량이 저하되는 요인으로 된다.

Fe:0.2％ 이하, Si:0.15％ 이하

Fe과 Si는, 알루미늄 합금 중에 통상 존재하는 대표적인 불가피적 불순물 원소이다. 본 발명에서는, 이 불가피적 불순물인 Fe량을 0.2％ 이하, 바람직하게는 0.16％ 이하로 규제한다. Fe량이 0.2％를 초과하면, 재료 조직 중의 Fe을 포함하는 금속간 화합물의 사이즈가 커져, 성형성, 특히 홈 가공 성형에서의 잔류 두께의 안정성을 저해하므로 부적당하다. Fe량의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니고 0％이어도 되지만, 고순도의 알루미늄 지금을 필요로 하는 0.04％ 미만의 Fe량으로 해도, 고순도 지금은 가격이 고가이기 때문에 경제적으로 바람직하지 않다.

본 발명에서는, 불가피적 불순물인 Si량을, 0.15％ 이하, 바람직하게는 0.12％ 이하로 규제한다. Si량이 0.15％를 초과하면, 레이저 용접성을 저해하기 때문에 부적당하다. Si량의 하한도 특별히 한정되는 것은 아니고 0％이어도 되지만, 고순도의 알루미늄 지금을 필요로 하는 0.03％ 미만의 Si량으로 해도, 고순도 지금은 가격이 고가이기 때문에 경제적으로 바람직하지 않다.

Cr, Ni, V:0∼0.2％

본 발명에서는, 상기 필수 원소에 추가하여, Cr, Ni 및 V으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 함유량으로 0∼0.2％ 함유시켜도 된다. 이들 선택적 첨가 원소는, 강도, 내팽창성 및 내압입성을 향상시키는 효과가 도모되는 임의 성분이다. 합계 함유량이 0.2％를 초과하면, 이들 원소를 포함하는 조대한 금속간 화합물이 생성되어 재료 결함이 발생하기 때문에 부적당하다. 또한, 이들 선택적 첨가 원소의 바람직한 함유량은, 0.02∼0.20％이다. 0％이어도 되지만, 0.02％ 미만에서는 상기 효과가 충분하지 않은 경우가 있고, 0.20％를 초과하면 상기 재료 결함의 발생을 충분히 억제할 수 없는 경우가 있다.

Ti:0.004∼0.2％, B:0.0001∼0.02％

본 발명에서는, 상기 필수 원소나 선택 원소에 추가하여, 0.004∼0.2％의 Ti을 단독으로 첨가하거나, 이것에 0.0001∼0.02％의 B를 더 조합시켜 복합 첨가해도 된다. Ti은 강도, 내팽창성 및 내압입성을 향상시키는 효과와, 주조 시의 결정립을 미세화하는 효과를 겸비한다. 특히, 주조 결정립 미세화를 위해서는 B를 함께 함유함으로써, 보다 큰 효과가 얻어진다. Ti 함유량이 0.004％ 미만에서는 결정립 미세화 효과가 충분히 얻어지게 되지 않고, Ti 함유량이 0.2％를 초과하면 Ti 또는 Ti과 B를 포함하는 조대한 금속간 화합물이 생성되어 재료 결함이 발생하기 때문에 부적당하다. 또한, B 함유량이 0.0001％ 미만에서는 결정립 미세화 효과가 충분히 얻어지게 되지 않고, B 함유량이 0.02％를 초과하면 이들을 포함하는 조대한 금속간 화합물이 생성되어 재료 결함이 발생하기 때문에 부적당하다. 주조 결정립의 미세화 효과만을 얻는 것이라면, 0.004∼0.2％의 Ti과 0.0001∼0.02％의 B의 첨가로 소정의 효과가 얻어진다. 이 미세화 효과에 추가하여, 강도나 내압입성의 향상도 도모하기 위해서는, 0.02∼0.2％의 Ti을 함유시키는 것이 바람직하고, 나아가 0.04∼0.18％의 함유량이 바람직하고, 이 경우에도 상기 함유량의 B를 함께 함유함으로써 결정립 미세화의 효과도 얻어진다.

Ti이나 B의 결정립 미세화 성분을 첨가하지 않으면, 주조 시의 조대 결정립에 기인하는 재료 부위에 의한 특성차가 발생할 가능성이 있다. 이 발생 빈도는 낮고, 국부적으로 일어나는 현상이므로 Ti, B 무첨가재를 사용하는 것을 방해하는 정도의 문제로 되지는 않지만, Ti, B의 첨가에 의한 미세화 효과가 도모됨으로써, 양산 시의 재료 제조 수율의 향상이 확실하게 달성된다.

2. 알루미늄 합금의 금속 조직

이어서, 상기 알루미늄 합금의 금속 조직에 대해 설명한다.

본 발명의 전지 케이스용 알루미늄 합금판에 있어서는, 금속 조직 중에 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물이 10개/㎛³ 이상 분산되어 있다. 이 석출물은, 20개/㎛³ 이상 분산되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, Al-Cu-Mg계 석출물이라 함은 주요 성분으로서 Al, Cu, Mg을 함유하는 석출물이며, 투과 전자 현미경의 EDX 분석에 의해 확인할 수 있다. 또한, Al-Cu-Mg계 석출물의 분산 상태도 투과 전자 현미경 관찰과 그 화상 해석에 의해 확인할 수 있다.

원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물은, 상기한 바와 같이 10개/㎛³ 이상의 밀도로 분산됨으로써 강도 향상의 효과가 도모된다. 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물의 분산 밀도가 10개/㎛³ 미만이며, 원 상당 직경이 0.01㎛ 미만의 Al-Cu-Mg계 석출물이 분산되어 있고, 또는, Cu나 Mg이 매트릭스 중에 고용되어 있는 경우에는, 성형 시에 불균일 변형이 발생하여, 성형품에 주름이나 표면 모양이 발생하는 원인으로 된다. 이와 같이, 원 상당 직경 0.01㎛ 미만의 Al-Cu-Mg계 석출물은, 성형 시에 있어서의 불균일 변형 발생의 원인으로 되므로 대상으로부터 제외하였다. 한편, 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물의 분산 밀도가 10개/㎛³ 미만이며, 원 상당 직경 0.1㎛를 초과하는 Al-Cu-Mg계 석출물이 분산되어 있는 경우에는, 강도 향상 효과가 부족하다. 이와 같이, 원 상당 직경 0.1㎛를 초과하는 Al-Cu-Mg계 석출물은, 강도 향상 효과에 기여하지 않으므로 대상으로부터 제외하였다. 또한, 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물의 분산 밀도의 상한은 특별히 규정되는 것은 아니지만, 알루미늄 합금의 조성과 제조 공정에 의해 저절로 이 상한은 결정되고, 본 발명에서 채용하는 합금 조성과 제조 공정에 의하면, 300개/㎛³이 분산 밀도의 상한으로 된다.

3. 알루미늄 합금판의 가공 후의 강도와 연성

이어서, 상기 알루미늄 합금의 가공 후 강도와 연성에 대해 설명한다.

본 발명의 전지 케이스용 알루미늄 합금판에서는, 그것을 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공을 가한 후에 있어서, 인장 강도가 250N/㎟ 이상이고, 또한 연신율이 1.3％ 이상으로 하고, 또한 이들 인장 강도와 연신율 사이에, 인장 강도(N/㎟)×연신율(％)의 수치가 420 이상의 관계를 갖는다. 인장 강도와 연신율의 측정은, 인장 시험에 의해 행해진다.

여기서, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공이란, 프레스 성형에 의한 케이스 성형에 상당하는 가공 상태의 재현을 의도한 것이다. 이 소성 가공은, 금형을 사용한 프레스 성형에 의해서도, 또한 간편하게는 냉간 압연에 의해서도 실시할 수 있다. 판 두께 감소율의 공차는 ±3％ 이하라면 허용된다.

인장 시험용의 시험편은, 평행부 16㎜, 폭 5㎜이고, 표점간 거리 15㎜의 것을 사용한다. 내압입성은, 국부적인 강도와 연성에 영향을 받기 때문에, 통상의 판 형상 JIS 시험편(JIS Z2241 13B호 시험편)보다도 평행부가 짧은 인장 시험편에서의 평가값으로 규정하는 것으로 하였다. 인장 시험은, 상술한 소성 가공에 있어서의 재료의 주 유동 방향과 평행하게 행한다.

50％ 판 두께 감소 후의 인장 강도가 250N/㎟ 미만인 경우에는, 낮은 압입 하중에 의해 천공이 발생하고, 내팽창성이 뒤떨어지기 때문에 부적당하다. 인장 강도는, 바람직하게는 260N/㎟ 이상이다. 인장 강도의 상한에 대해서는, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 알루미늄 합금판의 성분 조성과 제조 공정에 의해 저절로 결정되는 것이며, 본 발명자들의 검토로 본 발명에 관한 성분 조성과 제조 공정에서 350N/㎟를 초과하는 값은 얻어지고 있지 않고, 실시예에서의 최고값은 334N/㎟이다. 또한, 연신율이 1.3％ 미만에서는, 인장 강도가 커도 압입 변형의 한계치가 작아지기 때문에 부적당하다. 연신율은, 바람직하게는 1.6％ 이상이다. 연신율의 상한에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 알루미늄 합금판의 성분 조성과 제조 공정에 의해 저절로 결정되는 것이며, 후술하는 본 발명에 관한 성분 조성과 제조 공정에서는 3％를 초과하는 값은 얻어지고 있지 않고, 실시예 중의 최고값은 2.3％이다. 또한, 내압입성에는 재료의 강도와 연성의 양호한 밸런스가 필요하고, 인장 강도(N/㎟)×연신율(％)의 수치가 420 미만에서는, 내압입성이 부족하기 때문에 부적당하다. 이 수치는, 바람직하게는 500 이상이며, 상한에 대해서는, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 알루미늄 합금판의 성분 조성과 제조 공정에 의해 저절로 결정되는 것이며, 본 발명자들의 검토로 본 발명에 관한 성분 조성과 제조 공정에서는 800을 초과하는 값은 얻어지고 있지 않고, 실시예 중의 최고값은 745이다.

4. 알루미늄 합금판의 제조 방법

이어서, 본 발명의 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 적합한 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 알루미늄 합금의 주조 공정, 주괴의 균질화 처리 공정, 균질화재의 열간 압연 공정, 열간 압연재의 냉간 압연 공정, 냉간 압연재의 어닐링 처리 공정, 어닐링재의 재냉간 압연 공정, 재냉간 압연재의 석출 안정화 처리 공정을, 이 순서로 실시하는 것이다.

4-1. 주조 공정

통상의 DC 주조법을 사용하여, 상술한 조성으로 조정한 알루미늄 합금 용탕으로부터 주괴를 제작하는 것이 바람직하다. 트윈 롤 캐스터나 벨트 캐스터에 의한 연속 주조법도 적용 가능하다. 단, 이하의 공정에 대해서는, 가장 양산성이 우수한 DC 주조법을 전제로 하여 설명하고 있다.

4-2. 균질화 처리 공정

균질화 처리의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 주괴 내부의 편석을 해소하기 위해, 520℃∼610℃의 온도에서 0.5∼10시간 유지하는 것이 바람직하고, 540℃∼600℃의 온도에서 1∼8시간 유지하는 것이 보다 바람직하다. 온도가 520℃ 미만 및／또는 유지 시간이 0.5시간 미만의 경우에는, 균질화 효과가 불충분해지고, 계속되는 열간 압연 공정에 있어서 재결정립이 조대화되기 쉬워지기 때문에, 성형 후에 표면 거칠기가 발생하여, 외관 불량의 원인으로 되는 경우가 있다. 한편, 온도가 610℃를 초과하는 경우에는, 재료에 용융이 발생할 우려가 있다. 또한, 유지 시간이 10시간을 초과하는 경우에는, 소정의 재료 강도는 얻어지지만 생산성이 저하된다.

또한, 균질화 처리 공정 전 또는 후에, 주괴의 표면 부분을 제거하는 면삭을 행한다. 균질화 처리 공정 전에 면삭하는 경우에는, 열간 압연 공정을 위한 예비 가열 단계에 의해 균질화 처리 공정을 겸할 수 있다. 이 경우, 면삭한 주괴를 예비 가열 온도에서 유지 후에 소정 온도까지 냉각하고, 그 후 즉시 열간 압연 공정을 개시해도 되고, 또는, 열간 압연 개시 온도와 그것보다 40℃ 높은 온도의 범위를 예비 가열 온도 범위로 하고, 이 예비 가열 온도 범위 내에서 유지 후에 즉시 열간 압연을 개시해도 된다. 한편, 균질화 처리 공정 후에 면삭하는 경우에는, 면삭한 주괴에, 열간 압연 공정을 위한 예비 가열 단계를 독립적으로 행하는 것이 필요해진다. 이 예비 가열 단계에서는, 열간 압연 개시 온도와 그것보다 40℃ 높은 온도의 범위에 도달 후에 즉시 열간 압연을 개시하는 것이 바람직하다.

4-3. 열간 압연 공정

열간 압연 개시 시에 있어서의 재료 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 효율적인 압연을 행하기 위해서는 열간 압연 개시 시에 있어서의 재료 온도를 350∼520℃로 하는 것이 바람직하다. 개시 온도가 350℃ 미만에서는, 안정적인 열간 압연이 곤란해지고, 520℃를 초과하면 열간 압연 공정에 있어서의 재결정립이 조대화되어, 외관 불량의 원인으로 되는 경우가 있기 때문이다. 또한, 동일한 이유에서, 380∼480℃로 하는 것이 보다 바람직하다.

4-4. 냉간 압연 공정

열간 압연 공정에 이어서, 열간 압연재를 냉간 압연 공정으로 이행한다. 이 냉간 압연 공정에 있어서의 압하율은, 40∼80％로 하는 것이 바람직하다. 압하율이 40％ 미만에서는 계속되는 어닐링 처리 공정에 있어서의 재결정립을 조대화하기 쉬워, 외관 불량의 원인으로 되고, 압하율이 80％를 초과하면 냉간 압연에 있어서의 압하량이 증대하고, 냉간 압연 횟수가 증가하기 때문에, 비용의 관점에서 바람직하지 않기 때문이다. 또한, 동일한 이유에서, 50∼70％로 하는 것이 보다 바람직하다.

4-5. 어닐링 처리 공정

어닐링 처리 공정에서는, 냉간 압연재를 5℃/초 이상의 승온 속도로 480∼580℃의 온도까지 가열하고, 그 후 즉시 또는 그 온도에 있어서 30초 이내 유지한 후에, 5℃/초 이상의 냉각 속도로 100℃ 이하까지 냉각한다. 이와 같은 어닐링 처리는, 연속 어닐링 라인(CAL)에 의해 행하는 것이 바람직하다.

어닐링 처리는, 냉간 압연재의 연화 및 재결정화의 역할에 추가하여, 석출되어 있는 Cu를 알루미늄 모재 중에 고용시키는 용체화 처리의 역할도 겸하고 있고, 480℃보다 낮은 온도에서는 Cu의 고용이 불충분해지기 때문에 부적당하고, 580℃를 초과하면 결정립계 등에서 국부적인 용해가 발생할 가능성이 있기 때문에 부적당하다. 가열 온도는, 500∼550℃가 바람직하다.

승온 속도가 5℃/초 미만에서는, 승온 중에 고용 원소가 조대한 석출물로 되고, 이 석출물이 어닐링 처리 온도 영역에 있어서도 고용되지 않기 때문에 부적당하다. 승온 속도는, 10℃/초 이상이 바람직하고, CAL의 구조에 의해 제한되지만, 통상 10∼50℃/초가 보다 바람직하다.

상기 온도 영역에서 30초를 초과하여 유지해도, 전술한 용체화 처리 효과는 증가하지 않고 생산성이 저하되므로, 유지 시간은 30초 이내로 한다. 이와 같은 유지 후에 계속해서, 재료를 5℃/초 이상의 냉각 속도를 갖고, 100℃ 이하까지 냉각한다. 냉각 속도가 5℃/초 미만에서는, 고용되어 있었던 원소가 냉각 중에 석출되어 조대화되는 점에서 부적당하다. 냉각 속도는, 10℃/초 이상이 바람직하고, CAL의 구조나 냉각 방법에 의해 제한되지만, 통상 10∼100℃/초가 보다 바람직하다. 또한, 상기 온도 영역에서 30초 이내 유지하는 것은 아니고, 이 온도 영역에 도달하면 즉시 상기 냉각을 행해도 된다. 이 경우의 유지 시간은 0초로 된다.

4-5. 재냉간 압연 공정

어닐링 공정 후에 재료를 재냉간 압연 공정으로 이행한다. 재냉간 압연의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니고, 필요한 제품 판 강도나 성형 가공성에 따라 설정하면 된다. 본 발명에서는, 압하율을 20∼60％로 하는 것이 바람직하다. 압하율이 20％ 미만에서는 성형 후의 강도가 낮아지고, 압하율이 60％를 초과하면 성형전의 강도가 높아져, 안정적인 성형이 곤란해진다.

4-6. 석출 안정화 처리 공정

재냉간 압연 공정 후에 재료를 석출 안정화 처리 공정으로 이행한다. 이 공정에서는 재료를, 150∼240℃의 온도에서 0.1∼8시간 유지한다. 이 석출 안정화 처리에 의해 재료 강도와 연성의 향상이 가능하고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 강도 및 연성을 향상시킬 수 있다.

상기 유지 온도가 150℃ 미만에서는, 고용된 상태의 Cu, Mg이나, 원 상당 직경이 0.01㎛ 미만의 Al-Cu-Mg계 석출물이 많이 존재하게 된다. 그 결과, 성형 시에 불균일 변형이 발생하고, 성형품의 주름이나 표면 모양의 발생 원인으로 되므로 부적당하다. 한편, 상기 유지 온도가 240℃를 초과하면, 원 상당 직경이 0.1㎛를 초과하는 Al-Cu-Mg계 석출물이 많이 존재하게 된다. 그 결과, 충분한 강도가 얻어지지 않기 때문에 부적당하다. 바람직한 석출 안정화 처리의 온도 범위는, 200∼240℃의 범위이다.

또한, 유지 시간이 0.1시간 미만에서는, 강도 및 연성의 향상이 충분히 얻어지지 않고, 유지 시간이 8시간을 초과하면, 강도 및 연성의 가일층의 향상이 얻어지지 않고 재료에 연화가 발생하기 때문에, 모두 부적당하다. 또한, 바람직한 유지 시간의 범위는, 1∼6시간이다.

본 발명의 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 공정은, 실질적으로 용체화 처리 공정-냉간 압연 공정-인공 시효 처리 공정에 의한 것이며, 알루미늄재의 조질 기호의 T8에 상당하는 상태로 되어 있다. 이 T8재는 O재에 비해 초기의 연성은 뒤떨어지지만, 케이스 성형 도중에 있어서의 바닥부와 벽부의 강도차는 O재를 사용한 경우보다 작아지고, 바닥부와 벽부의 경계 부근에서의 균열이 발생하기 어렵다고 하는 이점을 갖는다. 또한, 케이스 성형 후의 내압입성에 있어서도, 본 발명에서 사용하는 T8재 쪽이 O재보다도 우수하다고 하는 이점도 갖는다.

실시예

이하에, 본 발명예와 비교예의 실시예에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

DC 주조법을 사용하여, 표 1의 조성을 갖는 알루미늄 합금으로부터 두께 450㎜의 주괴를 제작하였다. 주괴를 균질화 처리 공정으로 이행한 후에 면삭을 행하고, 또한 열간 압연 공정을 위한 예비 가열을 행하였다. 예비 가열 단계 후에 열간 압연 공정으로 이행하고, 또한 냉간 압연 공정, 어닐링 공정, 재냉간 압연 공정으로 이행하여 두께 0.49㎜의 판재로 하고, 마지막으로 석출 안정화 처리 공정으로 이행하였다. 이들 제조 조건을 표 2에 나타낸다. 또한, 제조 조건 B8에 대해서는 열간 압연 공정 후에 두께 0.49㎜까지 냉간 압연 공정으로 이행하고, 그 후에 어닐링 공정으로 이행하였지만, 재냉간 압연 공정 및 석출 안정화 처리 공정으로는 이행하지 않았다. 또한, 예비 가열은, 열간 압연 개시 온도와 그것보다 40℃ 높은 온도의 범위 내의 온도로 면삭한 주괴를 가열하였다. 그리고, 상기 가열 온도에 도달 후에 즉시 열간 압연을 개시하였다.

이어서, 제작한 판재에 대해, Al-Cu-Mg계 석출물의 개수 분포(분산 밀도), 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 강도와 연성, 프레스 성형성, 프레스 성형 후의 표면 품질, 홈 가공성, 케이스 내압입성, 케이스 내굽힘성, 내팽창성, 레이저 용접성을 하기에 나타내는 방법으로 평가하였다. 평가 결과를 표 3, 4에 나타낸다.

1. Al-Cu-Mg계 석출물의 개수 분포 평가:

집속 이온빔(FIB) 장치를 사용하여, 제작한 판재로부터 두께 200㎚ 이하의 관찰용 박편 샘플을 제작하였다. 제작한 박편 샘플에 대해, Al-Cu-Mg계 석출물의 개수 분포를 분산 밀도(개/㎛³)로서 측정하였다. 이 측정에는, 판재의 임의의 단면의 주사 투과형 전자 현미경(STEM) 관찰을 사용하였다. Al-Cu-Mg계 석출물은, STEM-EDS(에너지 분산형 X선 분광법) 분석으로 함유 원소를 조사함으로써 특정을 행하였다. 관찰은 각 샘플에 대해 배율 40000배로 10시야씩 STEM 사진의 촬영을 행하고, 각각의 시야의 STEM 사진을 화상 해석함으로써, 시료 중의 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물의 분산 밀도를 조사하였다. 또한, 분산 밀도는, 상기 10시야의 산술 평균값으로 하였다. 또한, 박편 샘플의 두께는, 투과형 전자 현미경(TEM)에 부속의 전자 에너지 손실 분광(EELS) 검출기를 사용하여 측정하였다.

2. 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 특성 평가:

50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공은, 표 3의 예에서는 냉간 압연에 의해, ±3％의 허용 범위에서 50％의 판 두께 감소율로 되도록 실시하였다. 그 후, 평행부 16㎜, 폭 5㎜이고, 표점간 거리 15㎜의 시험편을 사용하고, 인장 시험을 실시하고, 인장 강도(TS)와 표점간 거리 15㎜를 기준으로 한 연신율(EL)을 측정하였다.

3. 프레스 성형성 평가:

프레스에 의한 드로잉·아이어닝 성형에 의해, 두께 4.0㎜, 폭 45㎜, 정면과 측면의 각(R) 1.0㎜, 높이 55㎜와 65㎜, 가장 면적이 넓은 면의 두께 0.25㎜의 형상의 케이스를 성형하였다. 동일한 예에 있어서 10개의 시료를 제작하고, 모두 성형가능의 것을 합격(○)으로 하고, 1개 이상이 성형불가의 것을 불합격(×)으로 하여 평가하였다.

4. 프레스 성형 후의 표면 품질 평가:

상기 프레스 성형한 높이 55㎜의 케이스의 표면 품질을 확인하였다. 불균일 변형에 의한 표면 모양이나 성형 마찰 손상이 있는 것은 바람직하지 않다. 이들 문제에 대해서는, 전지 케이스로서의 기능에 결정적인 악영향을 미치지 않는 경우가 있지만, 피로의 기점으로 되는 등의 가능성으로부터, 없는 것이 바람직하다. 동일한 예에 있어서, 10개의 모든 시료에서 성형 후의 표면에 모양이나 성형 마찰 손상이 없는 것을 「◎」로 하고, 후술하는 ×가 없고, 1개 이상의 시료에서 약간 모양이나 성형 마찰 손상이 발생한 것을 「○」로 하고, 1개 이상의 시료에서 모양이나 성형 마찰 손상의 발생이 현저한 것을 「×」로 하였다. ◎와 ○를 합격으로 하고, ×를 불합격으로 하였다.

5. 홈 가공성 평가:

도 1에 도시한 바와 같이, 높이 55㎜의 상기 케이스의 가장 면적이 넓은 면(편면)의 중앙에, 프레스 가공에 의해 ×형의 홈 가공(길이 4㎜, 깊이 0.15㎜, 표면측 폭 0.3㎜, 바닥 폭 0.15㎜의 홈을 크로스시킨 것)을 실시하였다. 동일한 예에 의해 100개의 시료를 제작하고, 이들에 홈 가공을 실시한 때에, 잔류 두께 0.10㎜에 대한 차가 모두 ±0.005㎜ 이하의 것을 합격(○)으로 하고, ±0.005㎜를 초과하는 것이 1개 이상 있던 경우를 불합격(×)으로 하였다.

6. 케이스 내압입성 평가:

상기 프레스 성형 테스트에서 성형된 55㎜ 높이의 케이스 내에, 도 2와 같이 직경 8㎜의 구멍이 개방된 강제의 스페이서를 삽입하고, 그 구멍에 대응하는 케이스의 정면 중앙부로부터 선단이 R0.48㎜의 강제 지그(도 3)를 압입하였다. 이때의 소정 압입 깊이를, 케이스 표면으로부터 1㎜ 및 1.5㎜로 하고, 그 때에 파단이 발생하는지의 여부를 평가하였다. 동일한 예에 있어서, 10개의 모든 시료에서 파단이 발생하지 않은 것을 합격(○)으로 하고, 1개 이상의 시료에서 파단이 발생한 것을 불합격(×)으로 하였다. 또한, 구멍이 발생할 때까지 압입한 때의 최대 하중도 측정하였다. 동일한 예에 있어서, 10개 모든 시료의 최대 하중을 측정하고, 그들 최대 하중 중 최저값을 갖고 평가하였다. 최대 하중이 65N 이상을 합격(○)으로 하고, 그것 미만을 불합격(×)으로 하였다.

7. 케이스 내굽힘성 평가:

도 4에 도시한 바와 같이, 프레스 성형 시험에서 성형된 55㎜ 높이의 케이스(홈 가공이 없는 것)를 R3㎜의 90° 굽힘 지그를 따르게 하여 굽히고, 케이스에 파단이 발생하는지의 여부로 평가하였다. 동일한 예에 있어서, 10개 모든 시료에 파단이 발생하지 않은 것을 합격(○)으로 하고, 1개 이상의 시료에 파단이 발생한 것을 불합격(×)으로 하였다.

8. 내팽창성 평가:

55㎜ 높이의 전지 케이스의 상부 3㎜의 외주를 구속하고, 0.5kgf/㎠의 내압을 가하면서 95℃의 항온조 중에서 24시간 방치하였다. 압력을 제거하여 실온까지 냉각 후에, 동일한 예에 있어서, 10개 모든 시료에서 케이스 중앙부 두께의 증가량이 0.6㎜ 이하의 것을 합격(○)으로 하고, 1개 이상의 시료에 있어서 그것을 초과하는 것을 불합격(×)으로서 평가하였다.

9. 레이저 용접성 평가:

각 예에서 사용한 0.4㎜ 두께의 소재판을, 연속 발진 파이버 레이저로 겹침 용접하였다. 출력 1.6㎾, φ0.3㎜의 스폿 직경으로, 16m/분의 용접 속도로 100㎜의 접합 길이로 하였다. 이 접합부 전체 영역에서 용접 균열의 발생 유무를 평가하였다. 시료에 있어서 용접 균열이 발생하지 않은 것을 합격(○)으로 하고, 용접 균열이 발생한 것을 불합격(×)으로 하였다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명예 1∼24에서는, Al-Cu-Mg계 석출물의 분산 밀도 및 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 강도와 연성을 만족하고, 광폭·박형의 전지 케이스의 소재로서 요구되는 프레스 성형성, 프레스 성형 후의 표면 품질, 홈 가공성, 케이스 내압입성, 케이스 내굽힘성, 내팽창성 및 레이저 용접성의 특성 요구가 모두 합격이었다.

이에 대해, 비교예 25∼41, 43∼49에서는, 본 발명에서 규정하는 요건을 모두 만족하고 있지 않기 때문에, 광폭·박형의 전지 케이스의 소재로서 요구되는 상기 요구 특성 중 적어도 어느 하나가 불합격이었다.

구체적으로는, 비교예 25에서는, Mn 함유량이 적었기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도가 작아지고, h65㎜의 프레스 성형성, 프레스 성형 후의 표면 품질, 케이스 내압입성에서의 최대 하중 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 26에서는, Mn 함유량이 많았기 때문에 프레스 성형성이 불합격이었다.

비교예 27에서는, Cu 함유량이 적었기 때문에, 당해 석출물의 분산 밀도가 작고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도가 작고, 케이스 내압입성에서의 최대 하중 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 28, 29에서는, Cu 함유량이 많았기 때문에 프레스 성형성이 불합격이었다.

비교예 30에서는, Mg 함유량이 적었기 때문에, 당해 석출물의 분산 밀도가 작고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도가 작고, 케이스 내압입성에서의 최대 하중 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 31에서는, Mg 함유량이 많았기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 연신율과, 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입 및 최대 하중, 내굽힘성 및 레이저 용접성이 불합격이었다.

비교예 32에서는, Fe 함유량, Si 함유량이 많았기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 연신율과, 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1㎜, 1.5㎜의 압입 및 최대 하중 및 레이저 용접성이 불합격이었다.

비교예 33에서는, Fe 함유량이 많았기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 연신율과, 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1㎜, 1.5㎜의 압입 및 내굽힘성이 불합격이었다.

비교예 34에서는, Si 함유량이 많았기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입 및 레이저 용접성이 불합격이었다.

비교예 35에서는, 선택적 첨가 원소(Cr＋Ni＋Ti)의 합계 함유량이 많았기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 연신율과, 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1㎜, 1.5㎜의 압입 및 최대 하중 및 내굽힘성이 불합격이었다.

비교예 36에서는, 선택적 첨가 원소(Cr＋Ni＋Ti)의 합계 함유량이 많았기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입 및 최대 하중 및 내굽힘성이 불합격이었다.

비교예 37에서는, 선택적 첨가 원소(Cr＋Ni＋Ti)의 합계 함유량이 많았기 때문에, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 연신율과, 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1㎜, 1.5㎜의 압입 및 최대 하중 및 내굽힘성이 불합격이었다.

비교예 38에서는, Ti 함유량 및 B 함유량이 많았기 때문에, 내굽힘성 및 레이저 용접성이 불합격이었다.

비교예 39, 40에서는, Ti 함유량이 많았기 때문에, 내굽힘성 및 레이저 용접성이 불합격이었다.

비교예 41에서는, Ti 함유량 및 B 함유량이 많았기 때문에, 내굽힘성 및 레이저 용접성이 불합격이었다.

또한, 비교예 26, 28, 29에서는, 프레스 성형이 불가능했기 때문에, 프레스 성형 후의 표면 품질, 홈 가공성, 케이스 내압입성, 내굽힘성, 내팽창성 및 레이저 용접성을 평가할 수 없었다. 또한, 비교예 42에서는, 어닐링 공정의 가열 온도가 높았기 때문에, 어닐링 중에 결정립계 등에서 국부적인 용해가 발생하여 알루미늄판이 변형되었기 때문에, 각 평가를 행할 수 없었다.

비교예 43에서는, 어닐링 공정의 가열 온도가 낮았기 때문에, 당해 석출물의 분산 밀도가 작고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도×연신율이 작고, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입과 최대 하중, 내굽힘성 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 44에서는, 어닐링 공정의 승온 속도 및 냉각 속도가 작았기 때문에, 당해 석출물의 분산 밀도가 작고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도×연신율이 작고, 케이스 내압입성에서의 최대 하중 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 45에서는, 석출 안정화 공정에서의 가열 온도가 낮았기 때문에, 당해 석출물이 존재하지 않고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도와 연신율 및 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 프레스 성형 후의 표면 품질, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입과 최대 하중, 내굽힘성 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 46에서는, 석출 안정화 공정에서의 가열 온도가 높았기 때문에, 당해 석출물의 분산 밀도가 작고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 연신율 및 인장 강도×연신율이 작고, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입과 최대 하중, 내굽힘성 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 47에서는, 석출 안정화 공정에서의 처리 시간이 짧았기 때문에, 당해 석출물이 존재하지 않고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도와, 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입과 최대 하중, 내굽힘성 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 48에서는, 석출 안정화 공정에서의 처리 시간이 길었기 때문에, 당해 석출물이 존재하지 않고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도×연신율이 작고, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입과 최대 하중, 내굽힘성 및 내팽창성이 불합격이었다.

비교예 49에서는, 재냉간 압연 공정과 석출 안정화 공정을 실시하지 않았기 때문에, 당해 석출물이 존재하지 않고, 50％ 판 두께 감소시키는 소성 가공 후의 인장 강도와 연신율 및 인장 강도×연신율이 작고, h65㎜의 프레스 성형성, 홈 가공성, 케이스 내압입성에서의 1.5㎜의 압입과 최대 하중, 내굽힘성 및 내팽창성이 불합격이었다.

본 발명에 관한 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, 레이저 용접성과 내팽창성이 우수하고, 광폭 케이스(폭/두께비가 10 이상으로 높이＞폭)의 안정적인 성형성과 내압입성을 양호한 밸런스로 양립시킨다.

Claims

Mn:0.7∼1.6mass％(이하, 「％」라고 기재함), Cu:0.5∼0.7％, Mg:0.2∼0.5％를 함유하고, Cu 함유량이 Mg 함유량보다도 많고, 또한 Cr, Ni 및 V으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 함유량으로 0∼0.2％ 함유하고, 불가피적 불순물로서 Fe:0.2％ 이하로, 또한 Si:0.15％ 이하로 규제되어 있고, 잔량부 Al, 및 Fe 및 Si 이외의 불가피적 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 포함하고, 그 금속 조직 중에 원 상당 직경 0.01∼0.1㎛의 Al-Cu-Mg계 석출물이 10개/㎛³ 이상 분산되어 있고, 두께 50％ 감소의 소성 가공 후에 있어서의 인장 강도가 250N/㎟ 이상이고, 또한 연신율이 1.3％ 이상이며, 인장 강도(N/㎟)×연신율(％)이 420 이상인 것을 특징으로 하는, 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, 0.004∼0.2％의 Ti을 더 함유하거나, 0.004∼0.2％의 Ti과 0.0001∼0.02％의 B를 더 함유하는, 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
제1항 또는 제2항에 기재된 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 있어서,
상기 알루미늄 합금의 주조 공정과; 균질화 처리 공정과; 열간 압연 공정과; 냉간 압연 공정과; 어닐링 처리 공정과; 재냉간 압연 공정과; 석출 안정화 처리 공정을 구비하고,
상기 어닐링 공정이, 냉간 압연재를 5℃/초 이상의 승온 속도로 480∼580℃의 온도까지 가열하고, 그 후 즉시 또는 그 온도에 있어서 30초 이내 유지한 후에, 5℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각하는 공정이며,
상기 석출 안정화 처리 공정이, 재냉간 압연재를 150∼240℃에서 0.1∼8시간 유지하는 공정인 것을 특징으로 하는, 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 균질화 처리 공정에 있어서, 주괴를 520∼610℃의 온도에서 0.5∼10시간 유지하는, 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 열간 압연 공정에 있어서의 압연재의 압연 개시 온도가 350∼520℃인, 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉간 압연 공정에 있어서의 압연재의 압하율이 40∼80％인, 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 재냉간 압연 공정에 있어서의 압연재의 압하율이 20∼60％인, 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열간 압연 공정이 예비 가열 단계를 포함하고, 당해 예비 가열 단계가 상기 균질화 처리 공정을 겸하는, 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 예비 가열 단계에 있어서의 가열 온도가, 상기 열간 압연 공정에 있어서의 압연 개시 온도와 그것보다 40℃ 높은 온도의 범위 내에 있는, 전지 케이스용 알루미늄 합금판의 제조 방법.