專利名稱：制備可深沖或拉伸的改良冷軋帶材的工藝以及優(yōu)選用于制備圓柱體容器,特別是電池容 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備可深沖或拉伸，碳含量低于0.5重量％的改良冷軋帶材的工藝，其中冷軋度(Kaltwalzgrad)為30-95％的冷軋帶材在退火爐中熱處理以及優(yōu)選電鍍涂覆至少兩個(gè)帶材表面之一。本發(fā)明還涉及一種優(yōu)選用于通過深沖或拉伸制備圓柱體容器，特別是電池容器的冷軋帶材，其由以30-95％冷軋度冷軋且碳含量低于0.5重量％的帶材，以及在兩個(gè)帶材表面中至少一個(gè)面上優(yōu)選電鍍制備的涂層構(gòu)成。本發(fā)明最后涉及一種由這種冷軋帶材制成的電池筒。
由EP 0809307A2中已知，給冷軋帶材提供電鍍涂覆的鎳或鎳合金涂層。此外，工藝實(shí)施的組成部分是一種重復(fù)依次進(jìn)行的退火過程，其中，鎳涂層的鋼帶材首先在640℃，即鋼的再結(jié)晶溫度下退火，然后在此溫度下進(jìn)行另一個(gè)退火過程，最后用450℃爐溫進(jìn)一步熱處理。依次進(jìn)行的帶材的退火過程的結(jié)果是改變了結(jié)構(gòu)粒子的排布和形態(tài)。力求用按EP0809307A2的工藝，通過相應(yīng)選擇含鎳的電鍍工藝以實(shí)現(xiàn)，在使用用于深沖或拉伸電池筒的帶材時(shí)，兩個(gè)帶材表面中較硬的一面隨后構(gòu)成電池筒的內(nèi)側(cè)面，而同時(shí)用鎳合金改良的較小硬度的帶材表面隨后構(gòu)成電池筒的外側(cè)面。
DE 3726518C2中介紹一種制備鍍鎳和鍍鈷的冷軋帶材的工藝，其中冷軋帶材在580-710℃溫度范圍內(nèi)熱處理。將為此使用的碳含量最高為0.07重量％的冷軋帶材酸洗，冷軋，然后電鍍鎳，再在580-710℃爐溫下再結(jié)晶退火。接著是將改良帶材后軋或光軋。此外建議，在電解的鎳涂層上額外電解涂覆鈷層，其有利于制得的冷軋帶材的腐蝕性能。另外還指出，結(jié)晶退火引起擴(kuò)散速度提高，其中涂層金屬通過擴(kuò)散侵入鋼帶材基體材料的深度為鎳鈷涂層深度的多倍。
EP 0629009B1中介紹了一種用于制備少裙帶材花邊的鍍鎳且具有特別低的，低于0.009重量％的碳含量的冷軋帶材的工藝。對(duì)于工藝的實(shí)施和各工藝步驟的順序，給出了不同的選擇。其中說明，退火過的鋼帶材在鍍鎳后再退火第二次，但這導(dǎo)致總工藝費(fèi)用高。此外還介紹，將冷軋帶材首先退火，然后進(jìn)行電鍍鍍鎳，不進(jìn)行擴(kuò)散退火。對(duì)于連續(xù)的退火工藝，提供的溫度范圍為600℃-900℃以及退火時(shí)間為2分鐘。
本發(fā)明的目的在于，提供一種制備可深沖或拉伸的，碳含量低于0.5重量％的改良冷軋帶材的工藝，其導(dǎo)致一種織構(gòu)少的，各向同性的，形成裙帶材花邊的傾向小的鋼帶材。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，在開始介紹的類型的工藝中建議，一或多重制備的涂層含有鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫元素或其合金，熱處理通過涂層前或后進(jìn)行的退火，在連續(xù)穿過的煨輪箍爐(Bandgluehofen)中在溫度高于由兩相區(qū)域鐵素體/奧氏體(鐵/碳體系中的α/γ-區(qū)域)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體區(qū)域(鐵/碳體系中的γ-區(qū)域)的臨界溫度下進(jìn)行。
由于包括兩次超過轉(zhuǎn)變?yōu)棣?區(qū)域的極限的標(biāo)準(zhǔn)化退火(Normalisierungsgluehen)，鋼轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)粒，均勻的組織狀態(tài)。所有通過可能的前面提到的過程，如熱和冷加工與可能的熱處理引起的組織和性能的改變，通過在轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體區(qū)域(γ-區(qū)域)的臨界溫度以上進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化退火給以削弱。因此，發(fā)生了具有相對(duì)較小的晶粒結(jié)構(gòu)的組織進(jìn)一步晶粒細(xì)化(Umkoernung)，這使得在鋼帶材隨后用于例如電池筒的深沖或拉伸時(shí)產(chǎn)生很低的裙帶材花邊性，通過平面的各向異性Δr來表示。得到的球狀粒子的粒子尺寸也適于極限的深沖度，其中產(chǎn)生的精細(xì)組織導(dǎo)致制成的壓延部件的光滑表面。此外，通過在連續(xù)式退火爐(Durchlaufofen)中的標(biāo)準(zhǔn)化退火得到的精細(xì)粒子的組織改善了由改良冷軋帶材制成的深拉部件的耐腐蝕性。這里的原因是，在深沖或拉伸時(shí)基于基體的很小的粒子尺寸，電鍍層中的裂紋傾向明顯減小。
伴隨兩次結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的機(jī)械性能的均一化以及沿整個(gè)帶材長(zhǎng)和寬的織構(gòu)組織(Gefuegetextur)的整體改變，與再結(jié)晶材料相比也可能導(dǎo)致強(qiáng)度提高。這一點(diǎn)尤其在多步驟深沖和拉伸操作中有利，這些操作以高速度，例如在高速運(yùn)行的壓機(jī)中進(jìn)行。頸縮(Einschnuerungen)和裂縫的危險(xiǎn)(對(duì)于它們來說抗拉強(qiáng)度是關(guān)鍵的)會(huì)減小。
在連續(xù)穿過的煨輪箍爐中進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化退火，作為電鍍冷軋帶材的改善強(qiáng)度的結(jié)果還導(dǎo)致深沖部件的較好的尺寸穩(wěn)定性和缺少裙帶材花邊，這特別對(duì)于制備電池筒或類似的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的產(chǎn)品是有意義的。對(duì)于按本發(fā)明的在連續(xù)穿過的煨輪箍爐中進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化退火必需的溫度取決于使用的帶材料的碳含量。對(duì)于含有最多0.01重量％C的所謂脫碳鋼，力求退火物體/對(duì)象的退火溫度為950℃至1000℃，處理時(shí)間最長(zhǎng)10分鐘。對(duì)于較高碳比例，例如0.3重量％，退火溫度約低100℃，但仍一直處于鐵/碳體系的奧氏體區(qū)域。
本發(fā)明的涂層優(yōu)選電鍍進(jìn)行，但也可能是真空蒸鍍工藝。用這兩種工藝既可能得到帶材的層，也可能得到帶材的多重層。也可能帶材的兩側(cè)面上的涂層不同，以為例如改善兩側(cè)面上的深沖性能而實(shí)現(xiàn)深沖部件不同的機(jī)械，摩擦和/或電性能。
本發(fā)明建議的涂層，其含有鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫元素或它們的合金，在退火前進(jìn)行，然后由于熱處理過程中發(fā)生并進(jìn)一步深入延伸到鋼帶材料中的擴(kuò)散而導(dǎo)致涂層在帶材料上有很好的粘接。在隨后通過深沖或拉伸的變形過程中，排除層剝落的可能。通過在奧氏體區(qū)域內(nèi)溫度的標(biāo)準(zhǔn)化退火，在帶材料上沉積的涂層從無定形的沉積結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罱Y(jié)構(gòu)，其特征為更好的可變形性。
為達(dá)到涂層以相應(yīng)的侵入深度擴(kuò)散入鋼帶材基體材料中，必須在退火前涂覆帶材。本工藝的另一方案中建議，第一次涂覆鋼帶材在退火前進(jìn)行，退火后再向帶材上涂覆另一個(gè)含有鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫元素或其合金的涂層。
為進(jìn)一步改善深沖性質(zhì)，此帶材在標(biāo)準(zhǔn)化退火后首先經(jīng)過一個(gè)光軋步驟。
在退火處理和后軋之后進(jìn)行的另一個(gè)涂層工藝還可使用電鍍?cè)∵M(jìn)行，其為了提高得到的層的硬度和脆性還補(bǔ)加有機(jī)添加劑。這在隨后深沖或拉伸由按本發(fā)明的冷軋帶材制備的筒時(shí)，導(dǎo)致這種很脆的涂層的開裂。有涂層的側(cè)面，如果它們受到在深沖或拉伸過程中存在的強(qiáng)變形力，顯示出很小的接觸電阻，這對(duì)于制備裝有堿性電解液的電池特別有利。在這樣制備的電池筒的內(nèi)側(cè)面上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在電池的陰極物質(zhì)和電池筒的內(nèi)面之間產(chǎn)生很小值的接觸電阻。
當(dāng)進(jìn)一步的涂覆用鈷或鈷合金進(jìn)行時(shí)，向電解浴中添加提到的有機(jī)添加劑特別有利。
此外還可能在含有有機(jī)添加劑的層中，為改善電導(dǎo)率而額外加入導(dǎo)電粒子。
在第一次，即退火前涂覆的涂層中也可以貯入導(dǎo)電粒子，例如碳，炭黑，石墨，TaS2，TiS2和/或MoSi2。借助這種貯入可以在隨后使用冷軋帶材用于制備電池筒時(shí)減小其累接電阻。為此還可能給涂層提供帶材有導(dǎo)電粒子，例如碳，炭黑，石墨，TaS2，TiS2和/或MoSi2的電鍍分散液涂層。電鍍涂層的碳含量應(yīng)為0.7-15重量％。作為在電鍍?cè)≈袘腋〉奶际紫瓤紤]細(xì)分散的碳粒子(石墨或炭黑)。優(yōu)選粒子尺寸為0.5-15μm。
為實(shí)現(xiàn)碳均勻分布在電鍍涂層中，在電鍍過程中，在電鍍?cè)±飸?yīng)產(chǎn)生均勻的流動(dòng)。優(yōu)選為實(shí)現(xiàn)電鍍?cè)〉木鶆蛄鲃?dòng)而均勻翻轉(zhuǎn)。已證實(shí)特別合適的是，電解液的迫流速度為6-10m/s。此外，電鍍?cè)∵€可能含有穩(wěn)定懸浮的和/或減少凝結(jié)的物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)碳粒子的均勻分布，而無局部或時(shí)間上的濃縮。
為解決上述問題，建議一種具有開始提到的特征的冷軋帶材，其中涂層含有鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫元素或其合金，且此帶材在連續(xù)穿過的煨輪箍爐中，在退火物體溫度高于由兩相區(qū)域鐵素體/奧氏體(α/γ-區(qū)域)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體區(qū)域(γ-區(qū)域)的臨界溫度的條件下熱處理。
最后建議，冷軋帶材在第一次涂層上還含有由元素鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫或其合金構(gòu)成的另一個(gè)涂層。作為電鍍或通過真空蒸鍍涂覆的涂層特別考慮鈷，鎳/鐵，鎳/鈷，鎳/鈷/鐵，鈷/鐵，鎳/銦，鐵/銦，鎳/鉍，鈀，鈀/鎳，鈀/鐵，鈀/鈷，鈀/銦和鈀/鉍。
對(duì)本發(fā)明的冷軋帶材在連續(xù)穿過的煨輪箍爐中進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化退火必需的溫度取決于所用帶材料的碳含量。對(duì)于含有最多0.01重量％C的所謂的脫碳鋼，力求退火物體/對(duì)象的退火溫度為950℃至1000℃，處理時(shí)間最長(zhǎng)為10分鐘。對(duì)于較高碳比例，例如0.3wt-％，退火溫度低約100℃，但仍一直處于Fe-/C體系的奧氏體區(qū)域。
標(biāo)準(zhǔn)化退火后還可電鍍涂覆由優(yōu)選鈷或鈷合金構(gòu)成的另一涂層。電解浴中加入有機(jī)物質(zhì)。由于在電鍍涂層過程中在電解液中流動(dòng)的電流，有機(jī)添加劑分解為分解產(chǎn)物。這些產(chǎn)物可以與電解浴的其它所含的材料，特別是金屬離子反應(yīng)。這樣得到的反應(yīng)產(chǎn)物可能與其它分解產(chǎn)物一起與鈷或鈷合金沉積到冷軋帶材上，明顯使層脆化。在含硫或含碳有機(jī)物質(zhì)情況下，這種反應(yīng)產(chǎn)物可能是例如硫化鈷或碳化鈷。
作為電解液中的有機(jī)添加劑合適的是電鍍鎳中已知的一級(jí)(primaeren)和二級(jí)(sekundaeren)光亮劑。通過這種添加劑的電鍍沉淀物導(dǎo)致一種很硬且同時(shí)脆的涂層，由此，材料在隨后通過深沖或拉伸的變形過程中易于大量裂紋生成。該裂紋的特征為，具有單個(gè)裂紋小片的菱形形態(tài)的相對(duì)均勻的結(jié)構(gòu)。
合適的光亮添加劑有例如1，4-丁炔二醇，鄰苯甲酸硫酰亞胺(o-Benzoesaeuresulfimid)(糖精)，對(duì)甲苯磺酰胺以及這些物質(zhì)的混合物。這種配有光亮添加劑的電解液的運(yùn)用是在使用主要含鈷的電解浴時(shí)，電解浴的溫度為50-70，電流密度為6-15A/dm2時(shí)進(jìn)行。電解浴的pH值優(yōu)選調(diào)節(jié)為4.0。
作為實(shí)施例給出下面五個(gè)在本發(fā)明范圍內(nèi)對(duì)厚度為0.1-1mm的所用基體材料合適的鋼分析。1.未合金化的貧碳鋼碳0.010-0.100％錳0.140-0.345％硅最多0.06％磷最多0.025％硫最多0.030％鋁0.02-0.08％
氮最多0.0080％銅最多0.10％鉻最多0.10％鎳最多0.10％硼最多0.006％鈦?zhàn)疃?.015％其余 鐵2.脫碳鋼(IF鋼)碳最多0.010％錳0.10-0.25％硅最多0.15％磷最多0.020％硫最多0.020％鋁0.015-0.060％氮最多0.004％銅最多0.08％鉻最多0.06％鎳最多0.10％鈦0.02-0.10％鈮最多0.10％其余 鐵3.低碳鋼碳0.010-0.020％錳0.50-0.70％硅最多0.06％磷最多0.025％硫最多0.020％鋁0.02-0.08％氮最多0.009％
銅最多0.12％鉻最多0.06％鎳最多0.10％其余鐵4.微合金鋼碳最多0.10％錳最多1.65％硅最多0.50％磷最多0.12％硫最多0.030％鋁最少0.015鈮最多0.09％鈦?zhàn)疃?.22％釩最多0.25％其余鐵5.高強(qiáng)度、微合金的鋼碳最多0.25％錳最多1.65％硅最多0.60％鋁最少0.02％磷最多0.025％硫最多0.035％釩最少0.03％鈮最少0.03％鉬最少0.20％其余鐵(％值分別涉及重量％)
權(quán)利要求
1.一種制備可深沖或拉伸的改良的、碳含量低于0.5重量％的冷軋帶材的工藝，其中將以冷軋度30-95％冷軋的帶材在退火爐中熱處理并將兩個(gè)帶材表面中至少一個(gè)優(yōu)選電鍍涂層，其特征為，一或多重制備的涂層含有元素鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫或其合金，熱處理通過涂層之前或之后進(jìn)行的退火在連續(xù)穿過的煨輪箍爐中，在高于由兩相區(qū)域鐵素體/奧氏體(鐵/碳體系中的α/γ-區(qū)域)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體區(qū)域(鐵/碳體系中的γ-區(qū)域)的臨界溫度的條件下進(jìn)行。
2.權(quán)利要求1的工藝，其特征為，帶材的涂層在退火前進(jìn)行。
3.權(quán)利要求1的工藝，其特征為，帶材的第1次涂層在退火前進(jìn)行，退火后將另一個(gè)含有元素鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫或其合金的涂層涂覆到帶材上，優(yōu)選通過電鍍。
4.權(quán)利要求1至3之一的工藝，其特征為，在退火后利用增加有機(jī)添加劑的涂層的脆性來進(jìn)行帶材的額外涂覆，其中這種是電解浴的組分有機(jī)物質(zhì)的分解產(chǎn)物，和/或是電解浴組分的有機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物一同結(jié)合入層中。
5.權(quán)利要求4的工藝，其特征為，有機(jī)電解浴添加劑，其分解產(chǎn)物和/或由這種分解產(chǎn)物與其它浴組分反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)合入涂層中，是光亮添加劑(所謂一級(jí)或二級(jí)光亮劑)。
6.權(quán)利要求1至3之一的工藝，其特征為，在涂層中貯入導(dǎo)電粒子，例如碳，炭黑，石墨，TaS2，TiS2和/或MoSi2。
7.權(quán)利要求1至3之一的工藝，其特征為，給涂層提供含有導(dǎo)電粒子，例如碳，炭墨，石墨，TaS2，TiS2和/或MoSi2的電鍍分散液涂層。
8.冷軋帶材，優(yōu)選通過深沖或拉伸用于制備圓柱體容器，特別是電池容器，其由以冷軋度30-95％冷軋，碳含量低于0.5重量％的帶材以及在兩個(gè)帶材表面中至少一個(gè)面上優(yōu)選電鍍制備的涂層組成，其特征為，涂層含有元素鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫或其合金，且此帶材在連續(xù)穿過的煨輪箍爐中，在高于由兩相區(qū)域鐵素體/奧氏體(α/γ-區(qū)域)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體區(qū)域(γ-區(qū)域)的臨界溫度的退火物體溫度下熱處理。
9.權(quán)利要求8的冷軋帶材，其特征為，其在涂層上至少還含有另一個(gè)由元素鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫或其合金構(gòu)成的涂層。
10.權(quán)利要求8和9之一的冷軋帶材，其特征為，在涂層中貯入導(dǎo)電粒子，例如碳，炭黑，石墨，TaS2，TiS2和/或MoSi2。
11.權(quán)利要求8和9之一的冷軋帶材，其特征為，給涂層提供含有導(dǎo)電粒子，例如碳，炭黑，石墨，TaS2，TiS2和/或MoSi2的電鍍分散液涂層。
12.權(quán)利要求8至11之一的冷軋帶材，其特征為，鋼帶材中除了Fe外組成如下(in重量％)C最多0.3％Mn 0.1至2％Si 最多1.0％P最多0.25％S最多0.06％Al 最少0.015％N最多0.01％
13.電池筒，其特征為，由按權(quán)利要求8至12之一的冷軋帶材通過成形，特別是深沖或拉伸制成。
全文摘要
本發(fā)明推薦一種用于制備可深沖或拉伸,碳含量低于0.5重量%的改良冷軋帶材的工藝。還推薦一種通過這種工藝制備的,優(yōu)選用于通過深沖或拉伸制備圓柱體容器,特別是電池容器的冷軋帶材。這種以冷軋度30－95%冷軋的帶材在退火爐中熱處理以及在兩個(gè)帶材表面中至少一個(gè)面上優(yōu)選電鍍涂層。為實(shí)現(xiàn)裙帶材花邊生成傾向少的、織構(gòu)少的各向同性的鋼帶材,這種一或多重制備的涂層含有元素鎳/鈷/鐵/鉍/銦/鈀/金/錫或其合金,其中熱處理通過涂層前或后進(jìn)行的退火,在連續(xù)穿過的煨輪箍爐中在高于轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體區(qū)域(γ－區(qū)域)的臨界溫度下進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01M2/02GK1364205SQ00810847
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2000年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月6日
發(fā)明者K·普菲芬布靈, H－G·斯特曼, F·施密特, W·奧比爾丁, M·S·盧巴特 申請(qǐng)人:希勒及穆勒有限公司