覃邦莲
广西南南铝箔有限责任公司 广西南宁 530031
摘要：本文主要是对3003合金电池铝箔使用热轧和铸轧坯料轧制试验电池铝箔单轧双面光产品进行研究，研究发现两种坯料轧制的成品都能获得高性能，热轧坯料的性能略低于铸轧坯料，而热轧坯料轧制的电池铝箔产品表面质量和产品一致性优于铸轧坯料。通过试验，成功试制了双面光电子铝箔，为企业市场开拓增加了竞争力。
关键词：3003铝合金；电池铝箔；热轧坯料；铸轧坯料；轧制；技术研究
锂离子电池是日常生产生活中最常使用的消费性电子产品，使用范围广，需求量大，而且随着新能源汽车产业的不断发展，锂离子电池的市场需求将更加广阔。锂电池铝箔是生产锂电池所需的原材料之一，随着电动汽车产业的不断发展，市场对高性能锂电池铝箔的需求逐步增大，而目前市场上的消费性电池用铝箔的产品质量较难满足动力电池产品生产的要求，特别是汽车用动力电池产品的生产要求。为满足市场不断发展的需求，针对目前锂电池行业发展的瓶颈——储电量提升困难，寿命短，材料辊压折叠开裂等问题，锂电池铝箔未来发展的两个趋势——减薄，高力学性能（高强度，高延伸率）将技术领域研究的主导方向。研发高性能锂电池铝箔产品，满足汽车动力电池、高端消费类电池产品的需求，研究方向向高纯和合金化两个方向发展，同时满足市场对减薄趋势的需求。3003合金是一种强度高，塑性和工艺性能优良的合金，同时依托铝加工先进的工艺设备资源，提供内部质量均匀一致的优质热轧坯料以及工艺成熟的铸轧坯料，可以较容易实现生产高强度高延伸率性能的铝箔产品。
1.产品要求、目标
1.1 3003合金电池铝箔状态为H18，具体的成品要求如下：
1.2铝箔表面应洁净、平整，不许有褶皱、碰伤、辊痕、裂痕、擦划伤、孔洞、黑暗线、腐蚀斑、氧化变色、铝粉、暗面亮点等影响使用的缺陷。卷端面应齐平、洁净，塔形、错层≤0.5mm，不允许存在明显碰伤、脏污及明显毛刺。板型要求按《铝箔板型检验标准》执行。
2.3003电池铝箔热轧/铸轧坯料要求
根据3003合金特点，适量的Mn含量可以提高材料的强度和塑性，过多的Mn含量则会影响冷轧压延性能，甚至会出现MnAl6相化合物影响延展性能，结合国标成分配置的3003-H18合金的抗拉强度（≥250MPa）和设计目标抗拉强度（≥200MPa）差距，适当调低Mn含量百分比，控制在0.4~0.5%之间，以便于后续更好控制冷轧压延板型及表面性能；适当的Cu含量可以提高材料的强度，但Cu含量小于0.1%时，合金的耐蚀性能降低，因此选择的Cu含量范围控制在0.1~0.2%的中间值。Fe和Si含量在3003合金中为杂质元素，尽量往底限控制。
2.1 热轧坯料化学成分要求及尺寸要求
I.热轧卷合金牌号和化学成分应符合下表要求：
合
2.4 热轧/铸轧坯料外观质量要求
i 表面应清洁、平整，无孔洞、腐蚀、脏污、裂纹、异物压入等缺陷。
ii 二边从边部开始裂边不大于5㎜。
iii 边部不允许有大于3㎜的塌边。
iv 应卷紧卷齐，错层不大于5mm，卷头3圈和外l圈的错层不大于20㎜。塔形不超过15mm。
v 板材表面允许有不影响使用的轻微的压过划痕、擦伤、划伤、辊痕等缺陷，且缺陷深度不得超过0.10 mm。
vi 在每一平方米的板面上允许有总面积不大于100mm2 的气泡，单个气泡面积不大于20mm2。
2.5热轧/铸轧内在质量要求
i晶粒度按国标GB/T3246.2中1级晶粒度要求控制；含氢量应＜0.14ml/100克铝。
ii 坯料内部应无影响产品质量的夹杂、孔洞、分层等缺陷存在。
3.试制过程
铸轧坯料与热轧坯料相比，铸轧坯料的质量较难控制。由于采用铸轧坯料（厚度为6一8mm）轧制铝箔的变形量要小得多，所以铸轧坯料的质量，如气道、夹杂、偏析、粗大晶粒等缺陷对铝箔轧制的影响更直接。
3.1热轧坯料试制过程
I.工艺路线：坯料由8.0mm厚度在冷轧轧制5个道次到0.6mm厚度进退火炉进行中间退火，退火后再经冷轧轧制1个道次到0.23mm厚度转箔轧轧制4个道次达到0.012mm成品规格。
II.设计工艺轧制特点：热轧坯料（是在金属再结晶温度以上进行的轧制）具有塑性加工良好，加工硬化不明显，易于轧制。
III.轧制情况
热轧卷箔轧轧制过程中，前两个道次轧制均比较顺利，第三道次开始，轧制变得比较困难，由于加工硬化，边部裂口较多，比理论设计增加了一个道次，并在三道次增加了一次切边，在0.02mm厚度增加了一次中间退火。
该热轧卷轧制过程中，最大的问题就是穿带和轧制时频繁断带，较难建立起正常稳定轧制，主要原因有：
1）材料加工硬化，边部有小裂口，因此，箔轧第三、第四道次和成品道次轧制过程中均需要安排切边，才能避免轧制过程断带，稳定轧制。
2）理论轧制道次设计时，未考虑到材料加工硬化和铸轧料一样快，未安排在0.053mm进行一次中间退火，造成后面三个道次轧制困难。
3）在轧制参数使用方面，由于之前轧3003很少使用过超过350吨的轧制力，所以在本次试验轧制过程中，前期轧制过程中均使用250吨左右的轧制力，箔材厚度轧不下来，无法建立稳定轧制，最后在成品道次安排切边后使用到400~450 吨轧制力后，厚度才勉强到达目标厚度。
4）轧辊使用方面，开始进行成品道次轧制前，使用Ra0.12，凸度0.08mm的轧辊进行轧制，出现边部压烂，无法建立稳定轧制；最后采取更换Ra0.08，凸度0.11~0.12mm轧辊轧制，并提高油品添加剂含量和酸值，使用其他坯料热辊，创造稳定的轧制状态，才能顺利进行轧制。
3.2铸轧坯料试制过程
I.工艺路线：坯料由6.8mm厚度在冷轧轧制4个道次到1.0mm厚度进退火炉进行中间退火，退火后再经冷轧轧制2个道次到0.26mm厚度转箔轧轧制3个道次达到0.045mm进退火炉进行中间退火，然后箔轧再轧制3个道次到0.012mm厚度成品规格。
II.轧制情况：由于铸轧坯料在公司的轧制工艺比较成熟，铸轧试制坯料在箔轧机的轧制情况比较稳定，主要使用Ra0.08，凸度0.12mm轧辊生产，轧制比较顺利。
4.试制结果
4.1热轧坯料试制结果
I.力学性能成品特性
II.成品质量：表面粗晶条纹和张力线明显，卷面起鼓，厚度符合要求，板型平整。
粗晶原因：坯料在冷轧1.0mm退火时，一面已形成已经粗晶，造成成品表面粗晶条纹明显。
4.3成就与不足
I.成就：开创了3003合金轧制双面光12um铝箔的先例，国内很少厂家使用3003合金轧制这么薄的产品。因此在生产方面主要依靠操作手以前轧制的经验，特别是在轧制成品道次时，使用的轧制参数也达到了极限，大轧制力，较大的后张力和高速，但由于受到轧机熨平辊起皱限制，速度还没法达到预设水平，仍只能在800~900m/min左右轧制。
II.不足：受熨平辊高速容易产生起皱的限制，速度开不到1000m/min；在道次安排和中间退火设计上，还有一定的优化空间；本次试制的铸轧坯料在冷轧退火时，容易粗晶，造成成品表面粗晶条纹明显。
5.结论
5.1通过低倍分析，铸轧坯料和热轧坯料均是上表面晶粒度稍差，但铸轧坯料的晶粒度达到3级，热轧坯料晶粒度为1级，使用热轧坯料表面质量优于铸轧坯料。
5.2对热轧和铸轧坯料力学性能和延伸率做对比，铸轧略高于热轧坯料，两者都能满足市场对于高性能的要求。
5.3成功试制了电池铝箔双面光12um铝箔的先例，轧制还存在一些问题，但为以后的电池铝箔双面光产品的轧制提供了宝贵的经验，奠定了电池铝箔双面光产品技术研发的基础。
参考文献
[1] 王祝堂 田荣璋 铝及铝合金及其加工手册（第三版）2005年1月。
论文作者:覃邦莲
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：坯料论文; 铝箔论文; 合金论文; 厚度论文; 成品论文; 晶粒论文; 电池论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;