一种电动汽车电池用纯净钢带及其制备方法与流程

本发明属于电动汽车电池用材领域，特别涉及一种电动汽车电池用纯净钢带及其制备方法。

背景技术：

当前，为防治大气污染、开拓汽车运输业新型清洁能源的应用市场，全球范围正掀起了一场轰轰烈烈的以电动汽车代替传统燃油汽车的新技术革命浪潮。作为电动汽车的核心部件，其电池材料的研制开发至关重要。

以国内新开发的某型电动汽车为例，其锂动力电池模组为多组圆柱形电池串联组合而成，这种电池由外壳材料、电极材料、隔膜及电解质(液)等四大材料组成，其中电池外壳须由一种高品质钢壳制成，它使用0.5mm厚度的钢带，经多道次高速、连续冲制而成，并要求能抗电池内高压，防止因内部电解质异常化学反应导致爆炸破裂。因此，其对所用钢带的强度(屈服强度≥200mpa，抗拉强度≥300mpa)、表面硬度(hv为110±10)、材质纯净度、微观组织、尺寸精度、表面质量(双面“o5”表面品质，50倍放大镜下检查无任何针孔、砂眼等微观缺陷)及深冲成形性能(延伸率≥44％)的综合要求非常严苛，在国内此钢带是一种尚处于开发中的金属材料，目前主要依赖从日本进口。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种电动汽车电池用纯净钢带及其制备方法，在无铁水“三脱”功能的传统冶炼设备及常规轧制生产线上，经过调整成分和制备工艺，成功解决了电池钢带的高纯净度、高表面质量、高屈服强度、高表面硬度与良好深冲性能的矛盾问题。

本发明的一种电动汽车电池用纯净钢带，按重量百分比，由以下组分组成：c：0.010～0.028％，si≤0.015％，mn：0.15～0.25％，als：0.01～0.03％，p≤0.003％，s≤0.003％，n≤0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明通过控制c≤0.028％，这样能够明显加大钢中碳化物间距，利于降低成品钢带中的渗碳体级别，从而提高钢带塑性应变比r值，提升深冲性能。另一方面，若c含量过低，则c的过饱和温度低，这样冷轧后罩式退火冷却过程中，c的固溶量明显增大，使电池钢带的抗常温时效性能恶化；而且c含量过低，则带钢强度过低；故本发明设计c为0.010～0.028％。

本发明按纯净钢的控制思路，严控钢中p、s、n含量，既是为保证成品钢带深冲性能，更是为大幅提升钢带纯净度，抑制夹杂物生成，并满足电池壳苛刻的“o5”表面质量要求。

本发明的一种电动汽车电池用纯净钢带的制备方法，包括：

铁水预处理、转炉冶炼、lf+rh精炼、铸坯连铸、热轧、卷取、酸洗、冷轧轧制、罩式退火、平整、精整、成品卷检验交货。

本发明系在无铁水“三脱”及转炉“双联”功能的传统冶炼设备及常规轧制生产线上实现超低p、s的纯净电池钢的生产开发。

所述转炉冶炼采用高碱度炉渣(cao/sio2:4.0～5.5；a12o3≥30％)；单渣法操作，适当降低转炉终点温度，控制出钢钢水p≤70ppm。

所述lf精炼采用经济型脱磷剂石灰、烧结矿，并确保炉内搅拌良好以使渣钢充分反应，lf脱磷率达80％以上，控制出钢钢水p为5～20ppm。

lf精炼中，采用含铝40％的铝粉压球作为扩散脱氧剂，与常规用铝灰球相比，其脱硫效率大幅提高10％以上，总脱硫率＞70％，冶炼终点s稳定控制为≤35ppm，而成本降低约1元/吨；且渣系熔点降低100℃左右，从而促进渣系向低熔点区间移动，更好地完成脱硫、吸附夹杂物作用。再经rh精炼处理，成品钢水s控制为≤30ppm(15～30ppm)。

所述脱c、脱o的生产步骤主要在rh精炼炉进行，所述rh精炼具体为：先“深脱碳”至c≤0.0025％，然后再增碳至0.010～0.028％，控制全氧量≤0.0022％，从而明显抑制钢中氧化物等夹杂的生成。

所述铸坯连铸时，在通常生产所用的1.0～2.0m/min拉速范围内，本发明在控制钢水液面波动小于±3mm前提下，将拉坯速度比常规工艺制度规定值提高15％，以充分利用液态钢水冲刷作用，抑制铸坯凝固界面处c、n、o、h等元素的富集，从而抑制铸坯中微细针孔、气泡缺陷形成。

本发明发现，铸坯中尺寸较大(≥80μm)的有害夹杂物主要存在于铸坯2mm表层内，本发明铸坯须对上、下表面进行扒皮处理，清理深度按3mm控制。

所述热轧的工艺参数为：出炉温度1220℃±20℃，精轧终轧温度900℃±20℃，卷取温度550℃±20℃。精轧后严格执行低温卷取工艺，保证钢中aln二次相完全处于固溶状态。

所述冷轧采用可逆式冷轧机轧制，总压下率控制在85～88％，这样热轧卷厚度可按3.5～4.0mm设计，此时热轧卷易于通板轧制，且带钢中部、次边部、边部温度较为均匀，因此组织无异常差异。

而通常低碳铝镇静深冲钢一般控制冷轧总压下率在65～75％，其热轧卷厚度为1.8～2.2mm，此时热轧卷轧制难度大，且带钢中部、次边部、边部温度梯度明显，组织差异大。

所述罩式退火的工艺参数为：按60～80℃/h升温、680±10℃保温、保温时间为11～13小时，从而保证成品钢带晶粒度细小，一般控制为8～9级，根据hall-patch公式，钢带的屈服强度可以显著提高；此外，快速升温加热推迟了钢中粗大的碳、氮化物的固溶，利于形成有利于深冲的再结晶组织。若采用低碳铝镇静深冲钢通常的退火工艺，即慢速升温(20～50℃/h)、高温退火(保温温度710±10℃)、延长保温时间(13～15小时)等，则获得粗大饼形晶粒(晶粒度6～7级)，钢带的屈服强度明显降低(多为160～180mpa以下)，不能满足电池钢带高强度的指标要求。

所述平整的压下率为1.5～2.2％，以充分提升钢带的表面硬度和屈服强度。通常的低碳铝镇静深冲钢则采用0.9～1.2％的平整压下率，其目的是在消除低碳深冲钢屈服平台的前提下，降低钢带屈服强度(如降至170mpa以下)，但不适应电池壳高表面硬度与高屈服强度的要求。

有益效果

(1)本发明在无铁水“三脱”及转炉“双联”功能的传统冶炼设备及常规轧制生产线上，经过调整成分和制备工艺，成功解决了电池钢带的高纯净度、高屈服强度、高表面硬度与良好深冲性能的矛盾问题；

(2)本发明制备的钢带用于冲制电池壳，成形部件尺寸精度高，双面均达“o5”表面品质，50倍放大镜下检查无任何针孔、砂眼、起皱、毛刺、鼓包等宏观或微观缺陷；用于替代日本进口钢带制作成品电池，经电镀ni、焊接、充电解液、装配、测压等多种检测、测试分析，各项理化指标优良；用于装配电动汽车电池模组，结果证明其使用性能优异。

附图说明

图1为本发明钢带的实物图；

图2为本发明钢带冲制的电动汽车电池壳的实物图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

本实施例提供一种电动汽车电池用纯净钢带，按重量百分比，由以下组分组成：c：0.026％，si：0.009％，mn：0.24％，als：0.021％，p：0.009％，s：0.0015％，n：0.0018％，其余为铁和不可避免的杂质。

制备方法包括：

铁水预处理、转炉冶炼采用4.7碱度炉渣、lf+rh精炼、铸坯连铸、热轧、卷取、酸洗、冷轧轧制、罩式退火、平整、精整、成品卷检验交货。

所述转炉冶炼采用高碱度炉渣；单渣法操作，适当降低转炉终点温度，控制出钢钢水p≤70ppm。

所述lf精炼采用经济型脱磷剂石灰、烧结矿，并确保炉内搅拌良好以使渣钢充分反应，lf脱磷率达80％以上，控制出钢钢水p为5～20ppm。lf精炼中，采用含铝40％的铝粉压球作为扩散脱氧剂，与常规用铝灰球相比，其脱硫效率大幅提高10％以上，总脱硫率＞70％，冶炼终点s稳定控制为≤35ppm。再经rh精炼处理，成品钢水s控制为15～30ppm。

所述rh精炼具体为：先“深脱碳”处理，脱c至0.0020％，然后再增碳至0.026％，控制全氧为0.0021％。

所述铸坯连铸时，控制钢水液面波动小于±3mm前提下，将拉坯速度比常规工艺制度规定值提高15％，对上、下表面进行扒皮处理，清理深度按3mm控制。

所述热轧的工艺参数为：出炉温度1220℃，精轧终轧温度900℃，卷取温度560℃。

所述冷轧采用可逆式冷轧机轧制，总压下率控制在88％。

所述罩式退火的工艺参数为：按65℃/h升温、690℃保温、保温时间为12小时。

所述平整的压下率为2.0％。

按电动汽车电池壳所需带钢的厚度规格，试制出0.5mm电池钢带实物性能为：

维氏硬度hv＝120，屈服强度230mpa，抗拉强度330mpa，延伸率47％；组织为铁素体+极少量渗碳体，晶粒度为8.5～9级，渗碳体级别＜1.0级。

所制备的钢带用于替代日本进口钢带冲制电池壳，双面均达“o5”表面品质，50倍放大镜下检查无任何针孔、砂眼、起皱、毛刺、鼓包等宏观或微观缺陷；成形部件尺寸精度高，经电镀ni、焊接、充电解液、装配、测压等多种检测、测试分析，各项理化指标优良；用于装配电动汽车电池模组，使用性能优异。

实施例2

本实施例提供一种电动汽车电池用纯净钢带，按重量百分比，由以下组分组成：c：0.020％，si：0.010％，mn：0.20％，als：0.028％，p：0.0016％，s：0.0020％，n：0.0016％，其余为铁和不可避免的杂质。

制备方法包括：

铁水预处理、转炉冶炼采用4.4碱度炉渣、lf+rh精炼、热轧、卷取、酸洗、冷轧轧制、罩式退火、平整、精整、成品卷检验交货。

所述转炉冶炼采用高碱度炉渣；单渣法操作，适当降低转炉终点温度，控制出钢钢水p≤70ppm。

所述lf精炼采用经济型脱磷剂石灰、烧结矿，并确保炉内搅拌良好以使渣钢充分反应，lf脱磷率达80％以上，控制出钢钢水p为5～20ppm。lf精炼中，采用含铝40％的铝粉压球作为扩散脱氧剂，与常规用铝灰球相比，其脱硫效率大幅提高10％以上，总脱硫率＞70％，冶炼终点s稳定控制为≤35ppm。再经rh精炼处理，成品钢水s控制为15～30ppm。

所述rh精炼具体为：先“深脱碳”处理，脱c至0.0020％，然后再增碳至0.020％，控制全氧量为0.0022％。

所述铸坯连铸时，控制钢水液面波动小于±3mm前提下，将拉坯速度比常规工艺制度规定值提高15％，对上、下表面进行扒皮处理，清理深度按3mm控制。

所述热轧卷取的工艺参数为：出炉温度1200℃，精轧终轧温度895℃，卷取温度550℃。

所述冷轧采用可逆式冷轧机轧制，总压下率控制在86％。

所述罩式退火的工艺参数为：按70℃/h升温、680℃保温、保温时间为13小时。

所述平整的压下率为1.5％。

按电动汽车电池壳所需带钢的厚度规格，试制出0.5mm电池钢带实物性能为：

维氏硬度hv＝112，屈服强度220mpa，抗拉强度325mpa，延伸率48.5％；组织为铁素体+极少量渗碳体，晶粒度为8.0～8.5级，渗碳体级别＜1.0级。

所制备的钢带用于替代日本进口钢带冲制电池壳，双面质量均达“o5”表面品质，50倍放大镜下检查无任何针孔、砂眼、起皱、毛刺、鼓包等宏观或微观缺陷；成形部件尺寸精度高，经电镀ni、焊接、充电解液、装配、测压等多种检测、测试分析，各项理化指标优良；用于装配电动汽车电池模组，使用性能优异。

对比例

本发明对比例提供一种普通微碳铝镇静深冲钢带，按重量百分比，由以下组分组成：c：0.010％，si：0.012％，mn：0.15％，als：0.038％，p：0.016％，s：0.010％，n：0.0040％，其余为铁和不可避免的杂质。

制备方法包括：

铁水预处理、转炉冶炼、rh精炼、热轧、卷取、酸洗、冷轧、罩式退火、平整、精整、成品卷检验交货。

所述rh精炼为轻处理，脱c至0.0010％结束。

所述热轧的工艺参数为：出炉温度1220℃，精轧终轧温度910℃，卷取温度560℃。

所述冷轧采用可逆式冷轧机轧制，总压下率70％。

所述罩式退火的工艺参数为：按35℃/h升温、710℃保温、保温时间为15小时。

所述平整的压下率为1.0％。

0.5mm成品钢带实物性能为：

维氏硬度hv＝94，屈服强度165mpa，抗拉强度290mpa，延伸率42％；组织为铁素体+少量渗碳体，晶粒度为6.5级，渗碳体级别2.0级。

所制备的钢带无法满足高纯净度、高表面质量、高屈服强度、高表面硬度与良好深冲性的电池壳制作要求。