CN114107833A

CN114107833A - 抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板及其生产方法

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Publication number: CN114107833A
Application number: CN202010869859.1A
Authority: CN
Inventors: 王运起; 穆海玲; 张青树; 丁进明; 曹美霞
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本发明公开了抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板及其生产方法，主要解决厚度为0.30～0.50mm、抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板的性能不稳定、生产成本高的技术问题。本发明提供的一种抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.015‑0.025％，Si≤0.03％，Mn：0.10‑0.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，N≤0.0035％，Al：0.02‑0.05％，B：0.001‑0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。冷轧钢板的抗拉强度R_m为320～370MPa，纵向屈服强度极差小于10MPa，钢板性能稳定。

Description

抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧钢板，特别涉及一种抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板及其生产方法，属于铁基合金技术领域。

背景技术

随着国内新能源电动汽车的快速发展，对动力电池的需求与日俱增。钢制电池壳对于保证电池质量和使用安全起到重要作用，电池壳生产时采用多道次高速冲压，对材料的成型性、强度及其均匀性、表面质量都有很高的要求，以确保电池的安全性。

现有电池壳钢成分设计一般采用超低碳钢，钢中含有铌、钛等微合金，生产成本较高，另外超低碳钢强度较低，抗冲击能力弱；冷轧后采用的退火工艺，也多用罩式退火，使得生产周期长，能耗高，由于罩式退火时钢卷外圈与卷中加热温度存在差异，导致带钢存在长度方向性能均匀性差的问题，带钢长度方向屈服强度极差为30-40MPa，难以满足高速冲压制壳对材料强度均匀性的要求。针对当前电池壳钢存在的问题，本发明提供了一种成分设计为低碳铝镇静钢，强度适中、性能均匀稳定、满足高速冲压制壳要求的电池壳用冷轧带钢及其生产方法。

申请公布号为CN1401807A的中国专利申请公开了电池壳用极薄钢带及其生产方法，电池壳钢带采用超低碳(C≤0.005％)，Ti+Nb(Ti为0.01-0.03％，Nb为0.01-0.025％)复合添加的成分设计；冷轧轧制时采用单机架，并且在连续退火后省略平整工序。该种成分设计钢带的成形性能好，但是要求超低碳冶炼，并且添加昂贵的铌钛合金，生产成本高。单机架轧制降低了材料的成材率；冷轧后不平整不容易控制板面质量，尤其是无法消除表面细小缺陷，很难达到目标粗糙度，对用户后继的镀镍工艺造成困难。

申请公布号为CN102286699A的中国专利申请公开了冲速每分钟≥150个的耐腐蚀电池壳用钢及制备方法,电池壳钢带采用超低碳(0.0001-0.005％)、添加Nb(0.01-0.03％)的成分设计；冷轧生产时采用了罩式退火方法。该专利存在与上述专利类似的问题，需要超低碳冶炼并且合金成本高；罩式退火生产效率低，表面质量难以保证。

申请公布号为CN1940109A的中国专利申请公开了平面各向同性优良的电池壳用钢及其制造方法,采用低碳(0.01-0.05％)、添加Ti(0.005-0.025％)；

申请公布号为CN110541123A的中国专利申请公开了一种电池壳用冷轧带钢及其制备方法，采用低碳(0.03-0.06％)、添加铬(0.03-0.05％)，虽然成分具有成本优势，但采用了罩式退火工艺，生产周期长，表面质量以及带钢长度方向力学性能均匀性差。

申请公布号为CN106148803A的中国专利申请公开了一种深冲电池壳用钢的生产方法，采用了低碳(0.015-0.035％)、添加Ti(0.008-0.015％)，且只公开了一种热卷生产工艺。

申请公布号为CN110106449A的中国专利申请公开了电池壳用冷轧薄钢带及其生产方法，电池壳钢带采用超低碳(0.006-0.009％)、添加Ti(0.030-0.045％)的成分设计，成分成本较高。

现有电池壳用冷轧钢板的生产成本高，钢板沿长度方向的力学性能均匀性差，不能满足电池壳生产要求。

发明内容

本发明目的是提供一种抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板及其生产方法，主要解决厚度为0.30～0.50mm、抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板的性能不稳定、生产成本高的技术问题；本发明冷轧钢板沿长度方向的力学性能均匀性好，满足高速冲压制壳对电池壳用冷轧钢板强度均匀性要求，冷轧钢板生产成本低；解决现有技术中采用罩式退火或采用超低碳钢成分生产导致生产周期长，能耗高，冷轧钢板沿长度方向性能均匀性差、难以满足高速冲压制壳对钢板强度均匀性要求的技术问题。

本发明采用的技术方案是，一种抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.015-0.025％，Si≤0.03％，Mn：0.10-0.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，N≤0.0035％，Al：0.02-0.05％，B：0.001-0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明冷轧钢板的金相组织为铁素体和游离渗碳体，铁素体的晶粒度为I7.5～8.5级；0.30～0.50mm厚冷轧钢板的屈服强度R_P0.2为190～230MPa，抗拉强度R_m为320～370MPa，断后伸长率A_50mm为39～45％,纵向屈服强度极差小于10MPa，横向纵向屈服强度差小于10MPa,冷轧钢板粗糙度Ra为0.6-1.0μm，沿冷轧钢板轧制方向2m内的浪高≤2.0mm。

本发明抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：是保证电池壳用钢所需强度的重要元素，碳含量过低，带钢强度不够，无法满足电池壳体耐压强度要求。碳含量过高，碳化物在铁素体晶界和晶粒内部大量沉淀析出，碳化物与母相结合的界面往往成为冲制拉拔过程中微裂纹萌发点，导致冲压性能恶化。为了保证电池壳用钢材的冲压成形性能和壳体基本的强度要求。因此，本发明将碳控制在C：0.015-0.025％。

硅：硅是使材料强度提高的元素，但Si容易在热轧时产生氧化铁皮，在热轧用高压水难以消除，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，因而产生冷轧后钢板表面不良，影响外观。因此，本发明中Si的含量越低越好，尽量控制在0.03％以下。

锰：Mn和C一样是材料的强化元素，适当在材料中添加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Mn对提高壳体的耐蚀性和Ni镀层的可镀性不利。所以本发明将Mn控制在0.10～0.20％。

硫和磷：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢板轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层。磷可以提高材料的强度，但会增加钢的冷脆性。两种元素越低越好，但考虑到实际工艺控制能力，本发明限定P≤0.015％，S≤0.015％。

氮：氮含量高会降低钢的韧性、焊接性能、热应力区热性，使钢材脆性增加，还会造成连铸坯开裂。因此，本发明控制钢中N≤0.0035％。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除，铝可以与钢中的N结合成细小弥散分布的AlN第二相粒子，阻碍晶界的移动，抑制奥氏体晶粒长大，提高奥氏体粗化温度。铝含量较高会形成过多的Al₂O₃夹杂，连铸浇注时容易堵塞浇注水口。因此，本发明控制钢中Al含量为0.02～0.05％。

硼：适当硼含量的添加，可以有效地粗化铁素体晶粒，进而以相对低的退火温度实现材料强度的降低，提高材料的冲压性能。但硼含量也不能过高，否则在奥氏体晶界上会出现一种使钢变脆的网状分布的沉淀相析出，导致高温“硼脆”。综上，本发明控制钢中B含量为：0.001～0.002％。

上述抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板的生产方法，该方法包括：

钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.015-0.025％，Si≤0.03％，Mn：0.10-0.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，N≤0.0035％，Al：0.02-0.05％，B：0.001-0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；

连铸板坯于1180～1220℃加热180～240min后进行两段式轧制，粗轧为6道次轧制，在奥氏体再结晶温度以上轧制；精轧为7道次连轧，精轧结束温度为870～910℃，精轧压下率≥90％，精轧后钢板厚度为2.5～2.8mm，层流冷却采用后段冷却，卷取温度为660～700℃卷取得热轧钢板。

热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整，卷取得到厚度为0.30～0.50mm的成品冷轧钢板，所述冷轧压下率为82～88％，经过冷轧后的轧硬状态钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为725～745℃，钢带在均热段的退火时间为90～150s；退火后的钢带在立式连续退火炉内以15～25℃/s的冷却速度冷却至钢带时效温度，钢带时效温度为300～400℃；时效时间为300～400s；平整延伸率为1.2～1.6％。

本发明方法关键工艺参数选择的理由如下：

1、连铸板坯加热温度和时间的设定

连铸板坯加热温度和时间的设定在于保证连铸坯中C、Mn等合金元素充分扩散、固溶，粗大的碳化物颗粒溶解，在钢中均匀分布。温度过低和加热时间过短，都不能达到上述目的；同时，温度过低无法保证精轧结束温度。采用中等的板坯加热温度，目标温度1200℃，若温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化严重，不利于钢板最终产品性能和表面质量，同时也消耗能源，增加制造成本。因此，本发明设定连铸板坯加热温度为1180-1220℃，加热时间180-240min。

2、精轧结束温度的设定

本发明的精轧结束温度设定有两方面的作用，一方面通过材料在奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，起到细化晶粒，减轻带状偏析的作用；另一方面，精轧结束温度如果偏低，会导致两相区轧制，材料不均匀，不利于深冲加工。本发明设定精轧结束温度为870-910℃。

3、精轧压下率的设定

精轧压下率控制≥90％，主要原因是较大的中间坯厚度可以减少散热，增加板坯内部热量存储，同时，较大的精轧压下率产生更多的变形能，保证精轧出口材料在奥氏体未再结晶区轧制，提高热轧钢板的组织、性能均匀性，从而提高冷轧退火后钢板的性能均匀性。

4、热轧卷取温度的设定

卷取温度主要影响带钢的组织和性能，采取较高的卷取温度可以促进晶粒长大，达到降低热轧产品强度的效果，有利于提高冷轧退火后产品的深冲性能。但热轧卷取温度过高，会增加钢板表面氧化铁皮的厚度，同时会使珠光体过分粗大，材料脆性增加，组织均匀性差。因此，综合考虑，本发明卷取温度设定为660～700℃。

5、冷轧压下率的设定

冷连轧压下率控制在82-88％，冷轧压下率提高，钢板中可存储更多的形变能，增加再结晶驱动力，在后续退火过程中组织再结晶充分，得到较大的均匀的再结晶组织，有利于提高钢板的深冲性能；但是当压下率超过88％时轧机负荷增加明显，过程稳定性较差。综合考虑五机架轧机的实际生产能力，本发明设定冷轧的压下率为82-88％。

6、连续退火工艺的设定

本发明采用立式连续退火，连续退火主要是为了消除冷轧过程中产生的加工硬化、晶体内部的各类缺陷及力学性能上的各向异性等，而连续退火工艺中保温温度的设定主要考虑钢板的再结晶温度及产品性能需求。提高连续退火工艺中保温温度和保温时间，有利于提高钢板的深冲性能，因此综合考虑产品的性能需求，本发明设定钢板在立式连续退火工艺中保温温度范围为725-745℃，保温时间为90-150s。

连续退火工艺中钢板从较高的保温温度冷却至较低的时效温度，进行时效处理，时效处理过程主要是为了保证钢板组织中的碳化物充分析出，从而保证钢板的时效性，避免钢板防止一段时间后性能发生变化的问题。因此，本发明设定时效温度控制为300-400℃，时效时间控制在300-400s。

7、平整工艺的设定

平整的目的是改善板形和消除带钢屈服平台，并获得合适的粗糙度。平整延伸率过低，则难以起到消除屈服平台的目的，太高则恶化材料深冲性能。合适的粗糙度有利于带钢表面存储一定的润滑油，起到冲压润滑作用。因此，本发明平整延伸率为1.2-1.6％，粗糙度Ra为0.6-1.0μm。

本发明方法生产的冷轧钢板的金相组织为铁素体和游离渗碳体，铁素体的晶粒度为I7.5～8.5级；0.30～0.50mm厚冷轧钢板的屈服强度R_P0.2为190～230MPa，抗拉强度R_m为320～370MPa，断后伸长率A_50mm为39～45％,冷轧钢板粗糙度Ra为0.6-1.0μm，沿冷轧钢板轧制方向2m内的浪高≤2.0mm。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明冷轧钢板采用低碳铝镇静钢成分设计，钢中未添加铌、钛等贵重微合金，与超低碳成分(一般添加铌、钛合金)设计相比，冶炼成本低，降低了制造成本，吨钢成本可降低200元以上。2、本发明方法采用连续退火工艺生产，与传统罩退工艺相比，生产效率高、能耗低、带钢表面质量好、板形好，沿冷轧钢板轧制方向2m内的浪高≤2.0mm；全长方向性能均匀，纵向屈服强度极差小于10MPa；而传统罩式退火带钢纵向屈服强度极差在30-40MPa，本发明满足用户高速制壳对材料性能均匀性和优良板形的要求。3、本发明通过优化材料成分设计，并采用热轧连铸板坯加热温度控制，精轧结束温度及卷取温度控制，冷轧压下率控制，立式连续退火炉退火温度、退火时间、时效温度、时效时间控制，平整延伸率控制等工艺，保证了电池壳用钢具有优良的综合力学性能，屈服强度R_P0.2为190-230MPa，抗拉强度R_m为320-370MPa，断后伸长率A_50mm为39～45％，强度高于IF钢成分设计，提高了电池壳的抗冲击性，满足了电池壳用钢产品性能要求。

附图说明

图1为为本发明实施例1用于电池壳用钢的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例1-5对本发明作进一步说明，如表1-4所示，表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。

表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。

元素	C	Si	Mn	P	S	B
							本发明	0.015-0.025	≤0.03	0.10-0.20	≤0.015	≤0.015	0.001-0.002
实施例1	0.021	0.004	0.12	0.013	0.008	0.0017
							实施例2	0.018	0.001	0.15	0.011	0.008	0.0015
实施例3	0.025	0.008	0.20	0.010	0.008	0.0013
							实施例4	0.023	0.003	0.19	0.014	0.007	0.0014
实施例5	0.019	0.003	0.16	0.012	0.005	0.0015

连铸板坯于1180-1220℃加热180-240min后进行轧制，所述热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次轧制，在奥氏体再结晶温度以上轧制；精轧为7道次连轧，精轧结束温度为870-910℃，精轧压下率≥90％，精轧后钢板厚度为2.5-2.8mm，精轧后层流冷却采用后段冷却，热轧工艺控制参数见表2。

表2本发明实施例热轧工艺控制参数

热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷连轧、立式连续退火、平整得到厚度为0.3-0.5mm的成品冷轧钢板，所述冷连轧步骤为采用五机架连轧，冷连轧总压下率为82～88％；冷连轧后的轧硬态钢板经过立式连续退火炉退火，退火工艺为：钢板在立式连续退火机炉退火(均热段)温度为725～745℃，退火(均热段)时间为90～150s；退火结束后，钢带在立式连续退火炉内经喷气冷却至时效温度，时效温度控制为300～400℃；立式连续退火工艺后，钢板经四辊平整机进行平整，平整率控制在1.2-1.6％；冷轧、退火工艺控制参数见表3。

表3本发明冷轧、退火工艺控制参数

利用上述方法得到的冷轧钢板，参见图1，冷轧钢板的金相组织为铁素体和游离渗碳体，铁素体的晶粒度级别为I7.5～8.5级；冷轧钢板的屈服强度R_P0.2为190～230MPa，抗拉强度R_m为320～370MPa，断后伸长率A_50mm为39～45％,冷轧钢板粗糙度Ra为0.6-1.0μm，沿冷轧钢板轧制方向2m内的浪高≤2.0mm。

将本发明得到的冷轧钢板按照金属材料拉伸试验方法(GB/T 228.1)、表面粗糙度检测方法(GB/T131)、钢的显微组织评定方法(GB/T 13299)进行检测，拉伸、粗糙度性能、晶粒度见表4。

表4本发明实施例冷轧钢板的性能及晶粒度

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.015-0.025％，Si≤0.03％，Mn：0.10-0.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，N≤0.0035％，Al：0.02-0.05％，B：0.001-0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；冷轧钢板的金相组织为铁素体和游离渗碳体，铁素体的晶粒度为I7.5～8.5级。

2.如权利要求1所述的抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板，其特征是，0.30～0.50mm厚冷轧钢板的屈服强度R_P0.2为190～230MPa，抗拉强度R_m为320～370MPa，断后伸长率A_50mm为39～45％,纵向屈服强度极差小于10MPa，横向纵向屈服强度差小于10MPa,冷轧钢板粗糙度Ra为0.6-1.0μm，沿冷轧钢板轧制方向2m内的浪高≤2.0mm。

3.一种抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板的生产方法，其特征是，包括以下步骤：

连铸板坯于1180～1220℃加热180～240min后进行两段式轧制，粗轧为6道次轧制，在奥氏体再结晶温度以上轧制；精轧为7道次连轧，精轧结束温度为870～910℃，精轧压下率≥90％，精轧后层流冷却采用后段冷却，卷取温度为660～700℃卷取得热轧钢板。

4.如权利要求3所述的抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板的生产方法，其特征是，热轧精轧后，控制钢板厚度为2.5～2.8mm。

5.如权利要求3所述的抗拉强度320MPa级电池壳用冷轧钢板的生产方法，其特征是，冷轧钢板的金相组织为铁素体和游离渗碳体，铁素体的晶粒度为I7.5～8.5级；冷轧钢板的屈服强度R_P0.2为190～230MPa，抗拉强度R_m为320～370MPa，断后伸长率A_50mm为39～45％,纵向屈服强度极差小于10MPa，横向纵向屈服强度差小于10MPa,冷轧钢板粗糙度Ra为0.6-1.0μm，沿冷轧钢板轧制方向2m内的浪高≤2.0mm。