專利名稱：電池殼用極薄鋼帶及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池殼用極薄鋼帶及其生產(chǎn)方法，具體地說是一種用于制作堿式干電池外殼的高強度、超深沖冷軋鋼帶及其生產(chǎn)方法，屬低合金鋼制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明之前，冷軋薄帶鋼多用于汽車、電視彩管及干電池殼的部件的制造生產(chǎn)。薄鋼帶用于汽車的制造，有如日本KAWAKI鋼鐵公司的KATO T等人申請的、專利號JP2978007的“汽車用冷軋高抗拉強度深沖薄鋼板”，采用磷強化并同時添加錳、硅來進(jìn)一步提高鋼板強度。但其最大的問題是加磷會導(dǎo)致薄鋼板的二次脆性迅速上升，雖然該專利中進(jìn)行精確添加微量硼處理，可以部分抑制磷的脆化影響，但硼是輕質(zhì)元素，化學(xué)性質(zhì)活躍，鋼廠實際冶煉時因硼易氧化而燒損，硼含量很難精確控制，若過量又會迅速提高冷軋板的再結(jié)晶溫度，使鋼板的沖壓性能下降。極薄鋼帶用于電視彩管，如日本特開昭62-280328專利“成形性及磁屏蔽性優(yōu)良的顯像管用內(nèi)屏蔽材的生產(chǎn)方法”中介紹了采用超低碳鋼生產(chǎn)出具有高延伸率值的深沖極薄鋼板，板厚為0.15mm。極薄鋼帶作為干電池外殼用鋼，板厚為0.20～0.30mm，由于要求兼具高抗拉強度σb＞320MPa、超深沖性、高表面質(zhì)量，因此生產(chǎn)難度大。目前我國堿式干電池生產(chǎn)廠所用鋼帶主要從日本、韓國進(jìn)口。例如，南孚電池公司從日本片山特殊工業(yè)公司進(jìn)口的電池鋼帶，C含量為6～9ppm，屬Super-ULC(超超低碳)鋼。
背景技術(shù)：
2和3的不足之處在于①C含量要求苛刻，必須控制在0.003％以下；②無突出強化元素；③鋼帶抗拉強度σb偏低，σb＜310MPa，而屈強比偏高，σs/σb＞0.65。
背景技術(shù)：
3還存在單純采用Nb處理固定C、N間隙原子，帶鋼性能對生產(chǎn)環(huán)境條件的變化非常敏感，使工藝參數(shù)控制窗口縮窄的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電池殼用極薄鋼帶及其生產(chǎn)方法，能克服上述鋼帶之不足，提供的鋼帶具有高抗拉強度、高延伸率、低制耳、低屈強比特點，且生產(chǎn)方法簡單，現(xiàn)有鋼廠的設(shè)備就能生產(chǎn)，適用于制作堿式干電池外殼。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，設(shè)計了一種電池殼用極薄鋼帶，其特征在于鋼的化學(xué)成分(按重量％)為C≤0.005，Si≤0.02，Mn 0.15～0.30，P 0.01～0.03，S≤0.015，N≤0.004，Al 0.02～0.07，Ti 0.01～0.03，Nb 0.01～0.025，余量為Fe及不可避免的夾雜。
生產(chǎn)本發(fā)明鋼過程中對化學(xué)成分進(jìn)行周密設(shè)計是至關(guān)重要的。
碳(C)是鋼中最一般的強化元素，碳使鋼板強度增加，塑性降低。對沖壓成型用鋼而言，需要的是低的屈服強度、高的延伸率，例如一般沖壓鋼板的碳含量為C≤0.08％(如我國的08Al鋼)；且隨著鋼中碳含量的降低，鋼板的各項成型性能指標(biāo)迅速提高。另一方面，無時效性是高級深沖用鋼的重要特征，當(dāng)鋼中固溶碳含量≥0.003％時，鋼板開始出現(xiàn)屈服延伸現(xiàn)象，逐漸呈現(xiàn)明顯的時效性，成型質(zhì)量下降，因此在超深沖的IF(無間隙原子)鋼板中一般控制碳含量≤0.005％。
硅(Si)在某些超低碳鋼中也作為一種強化元素來使用。但電池殼用極薄鋼帶要求表面質(zhì)量很高，若硅含量增大，熱軋板酸洗時難于除去氧化鐵皮，鋼板表面質(zhì)量變差；而且添加Si使鋼板韌性變差，故本發(fā)明鋼不采用Si強化。
磷(P)是一種提高鋼板強度的最有效元素，但會增加鋼板脆性。本發(fā)明鋼不采用添加P強化；但也不作刻意脫P處理，冶煉時按超低碳鋼的正常生產(chǎn)水平控制P含量為0.01％～0.03％即可。
硫(S)在深沖鋼中是有害元素，應(yīng)盡量除去。S在鋼中形成MnS、TiS等硫化物，因此控制硫含量＜0.015％。
鋁(Al)在深沖鋼中是作為脫氧劑加入的，目的主要是去除冶煉時溶在鋼液中的氧。另外鋁作為定氮劑，可抑制氮在鐵素體中的固溶，消除應(yīng)變時效，提高低溫韌性。本發(fā)明鋼控制Al含量為0.02％～0.07％。
氮(N)在鋼中使屈服強度和抗拉強度增加，硬度值上升，成型性能下降；對于深沖用鋼，氮的一個重要惡劣影響是造成鋼板屈服效應(yīng)和應(yīng)變時效。另外，N含量增加，若冶金工藝控制不當(dāng)，N易于和Ti、Al等形成帶棱角的夾雜物，對于沖壓性能極為不利，因此沖壓用鋼總是要盡可能地降低氮，一般超深沖鋼板中控制氮含量≤0.004％。
為提高鋼板深沖性能，達(dá)到無間隙原子(IF)狀態(tài)，須固定C、N間隙原子，本發(fā)明鋼采用Ti、Nb復(fù)合添加處理。這是因為，對Ti-IF鋼，雖然性能穩(wěn)定，但沖壓時有較強的平面各向異性；而在Nb-IF鋼中，C與Nb結(jié)合成NbC，N與Al結(jié)合成AlN，Mn與S結(jié)合成MnS，其力學(xué)性能中的平面各向異性(Δr值)較小，但力學(xué)性能對軋制工藝的變化十分敏感，采用高溫卷取會使板卷頭尾性能較差。采用Ti、Nb復(fù)合添加IF鋼，可使C與Nb結(jié)合成NbC，N與Ti結(jié)合成TiN，其特點是(1)性能穩(wěn)定；(2)平面各向異性?。?3)力學(xué)性能比Nb-IF鋼優(yōu)越。
本發(fā)明設(shè)計了一種高強度、超深沖冷軋鋼帶，其突出的化學(xué)成分特征是①采用Mn強化，并控制Nb含量，克服強化元素原子與母材Fe原子體積錯配度過大造成的晶體點陣畸變影響，既可提高σb值又能抑制屈強比過高。
高強度深沖鋼的含Mn量并非是越高越好。Mn含量過高，對深沖性能影響很大，例如Mn≥0.5％，會導(dǎo)致鋼板延伸率迅速下降。而Nb含量過高，則會顯著延遲鋼板再結(jié)晶過程，惡化深沖性能。在本發(fā)明鋼中控制Nb含量在0.01％～0.025％范圍內(nèi)，既可滿足成品板中存在一定固溶Nb的需求，使Δr值下降，沖制制耳大幅減小，又不致于使鋼板再結(jié)晶溫度明顯升高。
②進(jìn)行微量Ti、Nb復(fù)合添加處理，設(shè)計0.9＜(Ti+Nb)/(4C+3.428N+1.5S)＜1.5，抑制帶鋼制造過程中的性能波動性及成品鋼帶的時效性。實際生產(chǎn)時盡量控制(Ti+Nb)/(4C+3.428N+1.5S)的比值接近于1；之所以不苛求該比值的下限值大于1是因為在冶煉鑄坯的凝固過程中，鋼中的Al、Mn等都會參與N、S間隙原子的固定，使實際需要的Ti含量減少，若過剩Ti、Nb量過高則反而會對成品鋼板深沖性能帶來不利影響。
③控制過剩Ti含量(即指Ti-4C-3.428N-1.5S)＜0.01％，鋼中總Ti含量為0.01％～0.03％。因為鋼中固溶Ti較高，則生產(chǎn)過程中易助長滲氮，惡化鋼板表面特性。此外，控制過剩Ti含量還可抑制P以細(xì)小、彌散的FeTiP二次相析出以避免其對深沖織構(gòu)形成的不利影響。
④C、N、S、Si含量按我國目前超低碳鋼的商業(yè)化生產(chǎn)水平設(shè)計，具體的成分范圍(按重量％)為C≤0.005，Si≤0.02，S≤0.015，N≤0.004，這樣在我國現(xiàn)有大鋼廠的冶煉設(shè)備條件下易于控制，可操作性強。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供一種上述電池殼用極薄鋼帶的生產(chǎn)方法，采用鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐吹煉、RH真空處理、連鑄，熱軋、卷取、酸洗、冷軋、縱剪和涂油包裝，其特征是熱軋均熱溫度1200±50℃，終軋溫度FT滿足Ar3≤FT≤Ar3+30℃，卷取溫度650～720℃，熱軋板經(jīng)酸洗，采用單架軋機冷軋，經(jīng)連續(xù)退火，縱剪和涂油包裝。
本發(fā)明的鋼熱軋均熱溫度1200±50℃，熱軋后采用高溫卷取，卷取溫度650～720℃。熱軋卷取溫度一般影響亞結(jié)構(gòu)的回復(fù)、再結(jié)晶及第二相的析出長大，熱軋板在≥650℃的較高溫度下卷取，通過“奧斯瓦爾德熟化”效應(yīng)，可促使第二相粒子集聚粗化及亞結(jié)構(gòu)再結(jié)晶過程的進(jìn)行，從而降低冷軋板的再結(jié)晶溫度，這十分有利于成品冷軋板延伸率的提高。
本發(fā)明的鋼冷軋采用單機架軋機軋制，一個軋程軋完，工藝控制簡潔。
本發(fā)明的鋼冷軋后的再結(jié)晶退火工藝采用連續(xù)退火。超低碳鋼生產(chǎn)過程的各工藝階段都影響成品鋼板的最終性能，但就其程度而言，煉鋼和退火工序影響最大。本發(fā)明鋼之所以采用連續(xù)退火而不用罩式退火，是因為與罩式退火相比，連續(xù)退火具有如下優(yōu)點(1)鋼帶力學(xué)性能無論在長度還是寬度方向都較均勻；(2)鋼帶平直度高，板形好；(3)表面質(zhì)量好，無粘結(jié)現(xiàn)象；(4)生產(chǎn)周期短；(5)退火溫度范圍寬，且冷卻速度自由度大，利于新產(chǎn)品的開發(fā)。
連續(xù)退火生產(chǎn)中，要求冷軋板必須在短時間內(nèi)完成再結(jié)晶和晶粒長大過程，這就需要材質(zhì)純凈；而本發(fā)明鋼屬于超低碳鋼，正好滿足此要求。另外，連續(xù)退火非常有利于微量Nb固溶于成品鋼板的鐵素體基體中。
本發(fā)明的鋼連續(xù)退火后省略平整、精整工序，因平整工序系直接對帶鋼表層區(qū)域進(jìn)行壓力加工，極易破壞鋼帶亞光表面結(jié)構(gòu)。實際生產(chǎn)中若鋼卷頭尾局部板形不理想可作輕微拉矯，而拉矯處理系對帶鋼寬度方向整個橫截面進(jìn)行矯直，不損傷鋼帶表面粗糙度形貌。
本發(fā)明的鋼軋制及熱處理工藝設(shè)計簡潔，生產(chǎn)周期短，有效降低中間工序的鋼材損耗，大幅提高成材率，鋼帶整卷性能更加均勻，且表面潔凈度高。
本發(fā)明帶鋼除可用于堿式干電池外殼的生產(chǎn)制造外，還可廣泛用于制作通信電纜、電視彩管、碳膜電阻等電子基礎(chǔ)元件。
本發(fā)明的鋼及其生產(chǎn)方法具有如下突出的優(yōu)點1、本發(fā)明將最難控制的C、N、S、Si元素含量按我國目前超低碳鋼的商業(yè)化生產(chǎn)水平設(shè)計，而不是像進(jìn)口板那樣采用超超低碳鋼(C一般在10ppm以下)，這樣在冶煉生產(chǎn)中較易于命中目標(biāo)成分，且成本降低。
2、本發(fā)明采用Ti固定間隙C、N、S原子為主，而使微量Nb固溶于鐵素體基體中，既抑制了帶鋼性能波動性及時效性，又抑制了鋼板平面各向異性，使Δr值下降，沖制制耳大幅減小。
3、采用Mn固溶強化而不用P強化，有效地抑制了鋼板屈強比的升高。與進(jìn)口鋼帶比較，本發(fā)明帶鋼σb≥340MPa，具有抗拉強度高而屈強比低的特點，一般σs/σb≤0.5，沖制電池殼不易破裂，筒身形狀固定性好。本發(fā)明的鋼不僅強化元素與微合金化元素設(shè)計合理，而且軋制及熱處理工藝設(shè)計簡潔，生產(chǎn)周期短，有效降低中間工序的鋼材損耗，大幅提高成材率，鋼帶整卷性能更加均勻，且表面潔凈度高，售價亦比進(jìn)口板大幅下降，深受用戶的歡迎。
具體實施方式
結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳述如下實施例1冶煉本發(fā)明電池殼用極薄鋼帶，鋼的化學(xué)成分(按重量％)為C 0.003，Si 0.014，Mn 0.24，P 0.016，S 0.0058，N 0.0017，Al 0.026，Ti 0.017，Nb 0.020，余量為Fe及不可避免的夾雜。熱軋后在650℃溫度下卷取，冷軋終軋板厚0.25mm，帶微張力連續(xù)退火后縱剪和涂油包裝。成品鋼帶性能為σs＝160MPa，σb＝348MPa，δ50＝40％，維氏硬度Hv＝98，表面(平均)粗糙度Ra＝0.25μm。在某電池公司沖制5號、7號電池，帶鋼寬度規(guī)格為89mm、113mm，在設(shè)備規(guī)定的高速沖壓速度(138個/分鐘)下，各寬度規(guī)格的鋼卷全部用完，沖制出的電池殼無一廢、次品，并經(jīng)過了鍍鎳、壓模、充壓裝配等全部工序，具備制耳很小、表面質(zhì)量好(Ra＜0.3μm)、屈強比低(σs/σb＜0.5)、強度、硬度理想(σb≥340MPa)的特點，使用性能優(yōu)于國外進(jìn)口鋼帶。
實施例2冶煉本發(fā)明電池殼用極薄鋼帶，鋼的化學(xué)成分(按重量％)為C 0.004，Si 0.010，Mn 0.26，P 0.011，S 0.0098，N 0.0025，Al 0.04，Ti 0.02，Nb 0.017，余量為Fe及不可避免的夾雜。熱軋卷取溫度設(shè)定為700℃，冷軋終軋板厚0.30mm，退火后縱剪和涂油包裝。成品鋼帶性能為σs＝175MPa，σb＝359MPa，δ50＝44％，維氏硬度Hv＝101，表面(平均)粗糙度Ra＝0.31μm。在電池廠沖制5號電池，帶寬規(guī)格為110mm，該設(shè)備沖壓速度為60個/分鐘，沖制出的電池殼完好無損，全部合格。
本發(fā)明電池殼用極薄鋼帶及其生產(chǎn)方法，成分設(shè)計周密合理，帶鋼具有抗拉強度高而屈強比低的特點，整卷性能均勻；生產(chǎn)工序減少，成材率高；沖制電池殼不易破裂，筒身形狀固定性好。特別適用于干電池外殼的生產(chǎn)制造，此外還可用于制作通信電纜、電視彩管、碳膜電阻等電子基礎(chǔ)元件。
權(quán)利要求
1.一種電池殼用極薄鋼帶，其特征在于鋼的化學(xué)成分(按重量％)為C≤0.005，Si≤0.02，Mn 0.15～0.30，P 0.01～0.03，S≤0.015，N≤0.004，Al 0.02～0.07，Ti 0.01～0.03，Nb 0.01～0.025，余量為Fe及不可避免的夾雜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池殼用極薄鋼帶，其特征在于鋼中Ti和Nb為復(fù)合添加，且滿足①0.9＜(Ti+Nb)/(4C+3.428N+1.5S)＜1.5；②Ti-4C-3.428N-1.5S＜0.01％。
3.一種實施權(quán)利要求1的電池殼用極薄鋼帶的生產(chǎn)方法，采用鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐吹煉、RH真空處理、連鑄，熱軋、卷取、酸洗、冷軋、縱剪和涂油包裝，其特征是熱軋均熱溫度1200±50℃，終軋溫度FT滿足Ar3≤FT≤Ar3+30℃，卷取溫度650～720℃，熱軋板經(jīng)酸洗，采用單架軋機冷軋，經(jīng)連續(xù)退火，縱剪和涂油包裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池殼用極薄鋼帶及其生產(chǎn)方法，屬低合金鋼制造領(lǐng)域。采用Mn固溶強化，復(fù)合添加微量Nb和Ti，并控制過剩Ti含量<0.01％，采用鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐吹煉、RH真空處理、連鑄，熱軋均熱溫度1200±50℃，終軋溫度FT滿足Ar
文檔編號C21D8/02GK1401807SQ0213907
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者羅石念, 劉本仁, 鐘定忠 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司