TW202043499A - 高成形性鋼片及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種高成形性鋼片及其製造方法。此高成形性鋼片包含約0.002wt%至約0.01wt%的碳、不大於約0.3wt%的錳、不大於約0.020wt%的磷、不大於約0.008wt%的硫、不大於約0.02wt%的矽、不大於約0.003wt%的氮、約0.05wt%至約0.1wt%的鋁、約0.05wt%至約0.09wt%的鈦、約0.0003wt%至約0.0015wt%的硼、不顯著的雜質、以及平衡量的鐵。

Description

高成形性鋼片及其製造方法

本發明是有關於一種鋼片之製作技術，且特別是有關於一種高成形性鋼片及其製造方法。

一般而言，高成形要求之鋼材產品通常為無間隙(interstitial-free，IF)原子鋼設計。IF鋼設計屬極低碳成分設計，鋼片內之碳濃度一般係低於50ppm。極低碳成分設計會使得鋼材強度低，故為求高強度性質，必須於鋼材組成中添加適量的強化合金元素，例如矽(Si)、錳(Mn)、磷(P)、與硫(S)等。此外，在鋼材的製作製程上採取高溫完軋、高溫盤捲、及高溫退火，藉以使碳化物完全析出，而確保鋼片之高延伸率及高塑性應變比值(r值)。

然而，一般IF鋼材的碳濃度設計小於50ppm，而常態之IF鋼產品的碳濃度範圍為15ppm至30ppm。因此，在IF鋼的製作過程中，煉鋼時須將鋼液以轉爐脫碳脫至非常低，如此導致煉鋼製程困難且成本高。

此外，由於IF鋼為軟質的肥粒鐵相組織，因此為獲得高強度性質，通常需添加例如矽、錳、磷、硫等強化合金元素。但這些強化合金元素的添加，會造成例如硫化錳等介在物析出，不利鋼液的清淨度。若所析出之介在物的尺寸過大，在將鋼材衝軋成非常薄的鋼片時，因介在物硬脆性質可能導致與其相鄰之鋼材界面的變形不均，形成微裂縫或破裂起源，進而降低鋼片之應用可靠度。舉例而言，當鋼片應用在電池殼時，因介在物存在所可能引發的裂縫或破裂可能會造成電池滲液損壞，甚至造成起火爆炸的危害。

一般高成形等級的IF鋼雖具良好的深衝特性，但鋼材之異方向性較高，△r通常>0.3，具有較高的突耳率，使得廠商得料率低。另外，一般IF鋼材的耐腐蝕特性較差。

因此，本發明之一目的就是在提供一種高成形性鋼片及其製造方法，其合金設計中碳成分設計範圍較大，可達約0.002wt%至約0.01wt%，如此可提升煉鋼操控性，不僅鋼片合格率高，製程成本低，更可大幅提升鋼片之強度。

本發明之另一目的是在提供一種高成形性鋼片及其製造方法，其在合金設計上未額外添加矽、錳、磷、與硫等強化合金元素，因此可有效抑制介在物的析出，不僅可提高鋼液清淨度，更可減少衝軋極薄鋼板時因介在物的存在 而引發的裂縫。故，此高成形性鋼片應用於電池殼時，可降低電池漏液風險。

本發明之又一目的是在提供一種高成形性鋼片，相較一般高成形等級的IF鋼，此高成形性鋼片之異方向性低，△r接近0，因此突耳率低，而可提高廠商得料率。

本發明之再一目的是在提供一種高成形性鋼片，此高成形性鋼片相較一般的IF鋼具有較優良的耐腐蝕特性，故此高成形性鋼片可適用於製作電池殼，可提升電池使用的安全性。

根據本發明之上述目的，提出一種高成形性鋼片。高成形性鋼片包含約0.002wt%至約0.01wt%的碳、不大於約0.3wt%的錳、不大於約0.020wt%的磷、不大於約0.008wt%的硫、不大於約0.02wt%的矽、不大於約0.003wt%的氮、約0.05wt%至約0.1wt%的鋁、約0.05wt%至約0.09wt%的鈦、約0.0003wt%至約0.0015wt%的硼、不顯著的雜質、以及平衡量的鐵。

依據本發明之一實施例，上述之高成形性鋼片之異方向性從0至約0.3。

依據本發明之一實施例，上述之鋁之含量大於約0.08wt%。

根據本發明之上述目的，另提出一種高成形性鋼片之製造方法。在此方法中，提供鋼胚。此鋼胚包含約0.002wt%至約0.01wt%的碳、不大於約0.3wt%的錳、不大於約0.020wt%的磷、不大於約0.008wt%的硫、不大於 約0.02wt%的矽、不大於約0.003wt%的氮、約0.05wt%至約0.1wt%的鋁、約0.05wt%至約0.09wt%的鈦、約0.0003wt%至約0.0015wt%的硼、不顯著的雜質、以及平衡量的鐵。對鋼胚進行再加熱處理，其中該再加熱處理之製程溫度控制在約1100℃以上。對該鋼胚進行熱軋製程，以獲得熱軋鋼材，其中進行熱軋製程包含將完軋溫度控制在Ar3溫度以上。對熱軋鋼材進行冷軋製程，以獲得冷軋鋼材，其中進行冷軋製程包含控制冷軋鋼材之裁減率為約80%至約90%。對冷軋鋼材進行連續退火製程，其中進行連續退火製程包含控制退火溫度為約720℃至約820℃。於連續退火製程後，對冷軋鋼材進行過時效處理。於過時效處理後，對冷軋鋼材進行調質軋延製程，以獲得高成形性鋼片。

依據本發明之一實施例，上述進行過時效處理包含控制過時效處理之平均溫度為約250℃至約400℃，以及處理時間為約200秒至約600秒。

依據本發明之一實施例，上述進行調質軋延製程包含控制冷軋鋼材之軋延量為約0.5%至約3.5%。

依據本發明之一實施例，對鋼胚進行熱軋製程後，上述之方法更包含對熱軋鋼材進行第一冷卻步驟；以及於第一冷卻步驟後，對熱軋鋼材進行盤捲步驟，以獲得熱軋鋼捲，其中對熱軋鋼材進行盤捲步驟更包含控制盤捲溫度為約600℃至約700℃。

依據本發明之一實施例，於進行連續退火製程與進行過時效處理之間，上述之方法更包含對冷軋鋼材進行 第二冷卻步驟，以將冷軋鋼材之溫度降低至約400℃至約550℃。

依據本發明之一實施例，於進行調質軋延製程後，上述之方法更包含對高成形性鋼片進行第三冷卻步驟，以將高成形性鋼片冷卻至室溫。

依據本發明之一實施例，上述進行連續退火製程更包含控制退火時間為約50秒至約100秒。

本發明實施方式提供兼具高清淨度、高等向性、及優異的抗腐蝕能力之多功能型高強度與高成形性的鋼材及其製造方法，其藉由特殊的合金設計搭配生產製造程序的設計，可大幅提升鋼材之清淨度、等向性、及抗鏽能力。此外，本發明實施方式採不額外添加錳、磷、硫、與氮的合金成分設計，低錳/磷/硫/氮的合金設計可避免大型介在物生成，而可消除這些介在物轉變成微裂縫等破裂起源的風險，並可有效降低△r，而可提高成品得料率，並可大幅提升鋼片的抗蝕性。故，當本發明實施方式之高成形性鋼片作為電池殼用鋼時，可提高電池的使用年限與安全性。

100‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

120‧‧‧步驟

130‧‧‧步驟

140‧‧‧步驟

150‧‧‧步驟

160‧‧‧步驟

170‧‧‧步驟

180‧‧‧步驟

190‧‧‧步驟

200‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種高成形性鋼片之製造方法的流程圖。

電池外殼主要係用以包覆及保護電池內的電解液等材料。圓柱形之電池外殼一般需深衝至非常薄的厚度，例如約為0.3mm至0.5mm。由於在電池外殼的深衝過程中，殼壁鋼材延展而使電池外殼的厚度變極薄，此時介在物的硬脆性質可能導致與外殼鋼材相鄰的界面變形不均，成為微裂縫或破裂的起源，如此可能造成電池滲液損壞，甚至起火爆炸。因此，電池外殼用鋼材要求極高清淨度，以避免大型介在物存在。此外，電池外殼為圓柱形，鋼材需具高深衝特性，以免破裂。另，當鋼材之異方向性△r較高時，在深衝時會變形不均，而產生過多的突耳，增加切除比例，造成降低成品的得料率，因此電池外殼用鋼更要求良好的等向性。

有鑑於此，本發明實施方式在此提出一種高成形性鋼片及其製造方法，此高成形性鋼材可適用於電池外殼用鋼。此高成形性鋼材具有優異的耐蝕抗鏽效果，可提高電池的使用年限與安全性。其次，此高成形性鋼材具優異的等方向性，深衝加工時可減少突耳，進而可大幅提高工件的得料率。再者，此高成形性鋼材僅添加少量合金元素，因此有極高的清淨度，且具有較高的降伏強度。

在一些實施方式中，高成形性鋼材之成分包含碳、錳、磷、硫、矽、氮、鋁、鈦、硼、不顯著的雜質、以及鐵。舉例而言，在此高成形性鋼材中，碳含量可為約 0.002wt%至約0.01wt%，錳含量可不大於約0.3wt%，磷含量可不大於約0.020wt%，硫含量可不大於約0.008wt%，矽含量可不大於約0.02wt%，氮含量可不大於約0.003wt%，鋁含量可為約0.05wt%至約0.1wt%，鈦含量可為約0.05wt%至約0.09wt%，硼含量可為約0.0003wt%至約0.0015wt%。

在上述例子中，高成形性鋼材之碳成分設計範圍較大，可達0.002wt%至約0.01wt%，因此高成形性鋼材之煉鋼操控性大，合格率高，成本較低，且強度更可獲得大幅提升。此外，在這些例子中，不額外添加矽、錳、磷、硫等強化合金元素，因此可有效抑制介在物析出，而可提高鋼液的清淨度，進而可在將鋼片衝軋成極薄片時減少因介在物存在所導致的裂縫。如此，當此高成形性鋼材作為電池殼用鋼時，可大大地降低電池漏液風險。

而且，此高成形性鋼材之異方向性低，△r接近0，例如從0至約0.3，故此高成形性鋼片的突耳率低，進而可提高廠商之得料率。其中，異方向性△r的計算公式為△r=(r₀+r₉₀-2r₄₅)/2，r₀為與軋延方向成0度時的r值，r₉₀為與軋延方向成90度時的r值，r₄₅為與軋延方向成45度時的r值。再者，高成形性鋼材添加較高的鋁含量，藉此可提升高成形性鋼材之耐腐蝕特性，進而可提高其應用於電池殼時的安全性。在一些示範例子中，高成形性鋼材之鋁含量可例如大於0.08wt%。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種高成形性鋼片之製造方法的流程圖。在一些實施例中，製造高成形性鋼片時，可進行步驟100，以提供鋼胚。在一些示範例子中，鋼胚包含約0.002wt%至約0.01wt%的碳、不大於約0.3wt%的錳、不大於約0.020wt%的磷、不大於約0.008wt%的硫、不大於約0.02wt%的矽、不大於約0.003wt%的氮、約0.05wt%至約0.1wt%的鋁、約0.05wt%至約0.09wt%的鈦、約0.0003wt%至約0.0015wt%的硼、不顯著的雜質、以及平衡量的鐵。舉例而言，鋼胚之鋁含量可例如大於0.08wt%，以使後續製成之高成形性鋼材具有更優異的耐腐蝕特性。

接著，可進行步驟110，以對鋼胚進行再加熱處理，以提升鋼胚之溫度。在一些實施例中，再加熱處理之製程溫度可控制在約1100℃以上。於再加熱處理後，可進行步驟120，以對經加熱後之鋼胚進行熱軋製程，而獲得熱軋鋼材。在一些實施例中，對鋼胚進行此熱軋製程時可將完軋溫度控制在Ar3溫度以上。Ar3溫度是指鋼胚熱軋成之鋼材於冷卻過程中沃斯田鐵變態成肥粒鐵的起始溫度，故此處將對鋼胚之熱軋製程的完軋溫度控制為Ar3溫度以上是指在沃斯田鐵相完成鋼胚的熱軋延。其中，Ar3溫度可由膨脹儀量測或由公式計算得到。

在一些實施例中，完成鋼胚之熱軋製程後，可進行步驟130，以先對熱軋鋼材進行第一冷卻步驟，而將熱軋鋼材之溫度冷卻至適合進行盤捲的溫度。於熱軋鋼材之第 一冷卻步驟後，可進行步驟140，以對冷卻後之熱軋鋼材進行盤捲步驟，而獲得由熱軋鋼材所盤捲而成的熱軋鋼捲。在一些示範例子中，對熱軋鋼材進行盤捲步驟時更包含將盤捲溫度控制在約600℃至約700℃。

接下來，可進行步驟150，以對熱軋鋼材進行冷軋製程，而獲得冷軋鋼材。在本實施方式中，對熱軋鋼材進行較高軋延率的冷軋製程。舉例而言，對熱軋鋼材進行冷軋製程時可例如將冷軋鋼材之裁減率控制在約80%至約90%。

在完成冷軋鋼材後，可進行步驟160，以對冷軋鋼材進行連續退火製程。本實施方式之連續退火製程採低退火溫度。舉例而言，對冷軋鋼材進行連續退火製程時可將退火溫度控制在約720℃至約820℃。在一些示範例子中，當對冷軋鋼材進行連續退火製程時的退火溫度是控制在約720℃至約820℃時，可將退火時間控制在約50秒至約100秒。

於完成冷軋鋼材之連續退火製程後，可對冷軋鋼材進行過時效處理。在一些實施例中，如圖1所示，可在連續退火製程後，先進行步驟170，以對冷軋鋼材進行第二冷卻步驟，而先將冷軋鋼材之溫度降低至約400℃至約550℃。舉例而言，對冷軋鋼材進行第二冷卻步驟時可採氣冷或輥冷方式。於降低冷軋鋼材之溫度後，再立即進行步驟180，以對冷軋鋼材進行過時效處理。在一些示範例子中，可在平均溫度為約250℃至約400℃下對冷軋鋼材進行過時 效處理，過時效處理的處理時間可控制在約200秒至約600秒。

完成冷軋鋼材之過時效處理後，可進行步驟190，以對冷軋鋼材進行調質軋延製程，而獲得高成形性鋼片。在一些示範例子中，進行調質軋延製程時可將冷軋鋼材之軋延量控制在約0.5%至約3.5%。在一些實施例中，完成冷軋鋼材之調質軋延製程後，更可進行步驟200，而對高成形性鋼片進行第三冷卻步驟，以將高成形性鋼片冷卻至室溫。一般而言，室溫可為約25℃。

應用本實施方式之鋼胚的化學組成及生產製造程序的設計，例如採不額外添加錳、磷、硫、與氮的合金成分設計以及控制熱軋製程之完軋溫度、冷軋製程之軋延率、與連續退火製程之溫度，可得到耐蝕性高且異向性△r<0.3之具高等向性特徵的高成形性鋼材。本實施方式所製得之高成形性鋼材具有較一般高成形IF鋼高的耐蝕性。

以下利用多個實施例與比較例，來更具體說明利用本發明實施方式的技術內容與功效，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。請參見下表1，其係列示實施例1與2及比較例3之高成形性鋼材的合金成分、製程條件、以及性能評價。

實施例1與2、以及比較例3係分別依據上表1的鋼胚組成調配後進行煉鋼，再依據上表1之再加熱溫度於高溫爐中分別對煉鋼所得之鋼胚進行再加熱處理，而分別獲得實施例1與2、以及比較例3之經加熱鋼胚。接著，對這些經加熱鋼胚分別進行熱軋製程，熱軋製程之完軋溫度依據上表1所列，而獲得熱軋鋼材。接下來，依據上表1之盤捲溫度，分別對這些熱軋鋼材進行盤捲而獲得熱軋鋼捲。然後，依表 1的冷軋裁減率及退火溫度，對熱軋鋼材實施冷軋製程及連續退火製程，而分別製得實施例1與2、以及比較例3的冷軋退火鋼材。

對實施例1與2、以及比較例3的冷軋退火鋼材進行異向性△r、鹽霧腐蝕、與降伏強度試驗後，所得試驗結果如上表1所列示。對這些冷軋退火鋼材所進行之鹽霧腐蝕試驗係將這些冷軋退火鋼材置於溫度350℃且具飽和食鹽水的環境下2小時後，再計算這些冷軋退火鋼材之腐蝕面積比例。由上表1可知，實施例1與2之冷軋退火鋼材的異向性△r較比較例1之冷軋退火鋼材低，因此實施例1與2之冷軋退火鋼材具有較比較例1之冷軋退火鋼材高的等向性。此外，實施例1與2之冷軋退火鋼材的鹽霧腐蝕比率遠低於比較例3之冷軋退火鋼材，因此實施例1與2之冷軋退火鋼材具有較比較例3之冷軋退火鋼材高的耐蝕性。而且，實施例1與2之冷軋退火鋼材的降伏強度亦高於比較例3之冷軋退火鋼材。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之高成形性鋼片及其製造方法的合金設計中碳成分設計範圍較大，可達約0.002wt%至約0.01wt%，因此可提升煉鋼操控性，不僅鋼片合格率高，製程成本低，更可大幅提升鋼片之強度。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之高成形性鋼片及其製造方法在合金設計上未額外添加矽、錳、磷、與硫等強化合金元素，因此可有效 抑制介在物的析出，不僅可提高鋼液清淨度，更可減少衝軋極薄鋼板時因介在物的存在而引發的裂縫。故，此高成形性鋼片應用於電池殼時，可降低電池漏液風險。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之高成形性鋼片相較一般高成形等級的IF鋼具有較低的異方向性，△r接近0，因此突耳率低，而可提高廠商得料率。

由上述之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為本發明之高成形性鋼片相較一般的IF鋼具有較優良的耐腐蝕特性，故此高成形性鋼片可適用於製作電池殼，而可提升電池使用的安全性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

120‧‧‧步驟

130‧‧‧步驟

140‧‧‧步驟

150‧‧‧步驟

160‧‧‧步驟

170‧‧‧步驟

180‧‧‧步驟

190‧‧‧步驟

200‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種高成形性鋼片，包含：0.002wt%至0.01wt%的碳；不大於0.3wt%的錳；不大於0.020wt%的磷；不大於0.008wt%的硫；不大於0.02wt%的矽；不大於0.003wt%的氮；0.05wt%至0.1wt%的鋁；0.05wt%至0.09wt%的鈦；0.0003wt%至0.0015wt%的硼；不顯著的雜質；以及平衡量的鐵。
2. 如申請專利範圍第1項之高成形性鋼片，其中該高成形性鋼片之異方向性從0至0.3。
3. 如申請專利範圍第1項之高成形性鋼片，其中該鋁之含量大於0.08wt%。
4. 一種高成形性鋼片之製造方法，包含：提供一鋼胚，其中該鋼胚包含：0.002wt%至0.01wt%的碳；不大於0.3wt%的錳；不大於0.020wt%的磷； 不大於0.008wt%的硫；不大於0.02wt%的矽；不大於0.003wt%的氮；0.05wt%至0.1wt%的鋁；0.05wt%至0.09wt%的鈦；0.0003wt%至0.0015wt%的硼；不顯著的雜質；以及平衡量的鐵；對該鋼胚進行一再加熱處理，其中該再加熱處理之一製程溫度控制在1100℃以上；對該鋼胚進行一熱軋製程，以獲得一熱軋鋼材，其中進行該熱軋製程包含將一完軋溫度控制在一Ar3溫度以上；對該熱軋鋼材進行一冷軋製程，以獲得一冷軋鋼材，其中進行該冷軋製程包含控制該冷軋鋼材之一裁減率為80%至90%；對該冷軋鋼材進行一連續退火製程，其中進行該連續退火製程包含控制一退火溫度為720℃至820℃；於該連續退火製程後，對該冷軋鋼材進行一過時效處理；以及於該過時效處理後，對該冷軋鋼材進行一調質軋延製程，以獲得一高成形性鋼片。
5. 如申請專利範圍第4項之高成形性鋼片之製造方法，其中進行該過時效處理包含控制該過時效處理 之一平均溫度為250℃至400℃，以及一處理時間為200秒至600秒。
6. 如申請專利範圍第4項之高成形性鋼片之製造方法，其中進行該調質軋延製程包含控制該冷軋鋼材之一軋延量為0.5%至3.5%。
7. 如申請專利範圍第4項之高成形性鋼片之製造方法，對該鋼胚進行該熱軋製程後，更包含：對該熱軋鋼材進行一第一冷卻步驟；以及於該第一冷卻步驟後，對該熱軋鋼材進行一盤捲步驟，以獲得一熱軋鋼捲，其中對該熱軋鋼材進行該盤捲步驟更包含控制一盤捲溫度為600℃至700℃。
8. 如申請專利範圍第7項之高成形性鋼片之製造方法，於進行該連續退火製程與進行該過時效處理之間，更包含對該冷軋鋼材進行一第二冷卻步驟，以將該冷軋鋼材之溫度降低至400℃至550℃。
9. 如申請專利範圍第8項之高成形性鋼片之製造方法，於進行該調質軋延製程後，更包含對該高成形性鋼片進行一第三冷卻步驟，以將該高成形性鋼片冷卻至室溫。
10. 如申請專利範圍第4項之高成形性鋼片之製造方法，其中進行該連續退火製程更包含控制一退火時間為50秒至100秒。

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