阅读说明：本技术 一种大型电池极片轧机工作辊及其制备方法 (Large-scale battery pole piece rolling mill working roll and preparation method thereof ) 是由 刘娣 杨昱东 王春祥 曹文娟 吉建旭 李立新 孙满臣 刘士峰 任晓光 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种大型电池极片轧机工作辊及其制备方法,极片辊直径750-1200mm,辊面长度800-1500mm,其材质中的成分及重量百分含量为C:0.75-0.90%,Si:0.40-1.00%,Mn:0.40-1.00%,Cr3.00-5.00%,Mo:0.10-0.80%,P≤0.015%,S≤0.015%,V≤0.20%,其余为Fe和不可避免的杂质。制备方法为：①制备辊坯；②辊坯粗车；③预备热处理,冷却后高温回火；④感应淬火加热；⑤回火保温；⑥精加工制得成品辊。采用本方法生产的极片辊,具有良好的工作层组织,较高的内部和工作层探伤合格率,同时各项性能满足使用要求。(The invention relates to a large-scale battery pole piece rolling mill working roll and a preparation method thereof, wherein the diameter of the pole piece rolling mill working roll is 750-0.90 mm, the length of the roll surface is 800-1500mm, the components and the weight percentage of the material are 0.75-0.90% of C, 0.40-1.00% of Si, 0.40-1.00% of Mn, 0.00-5.00% of Cr3, 0.10-0.80% of Mo, less than or equal to 0.015% of P, less than or equal to 0.015% of S, less than or equal to 0.20% of V, and the balance of Fe and inevitable impurities.)

一种大型电池极片轧机工作辊及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料及热处理技术领域，具体地说是一种大型电池极片轧机工作辊及其制备方法。

背景技术

电池极片轧机工作辊是电池极片轧机上的重要部件，近年来，随着我国绿色、环保、节能、减排新能源政策的大力倡导和推广，随着电动车和电动汽车发展迅速，新能源锂电池作为我国高新技术产业其产量得到大幅提高，目前在我国广东、河北、湖南等地区已经形成较大的电池极片轧机生产规模。

新能源锂电池需求的大幅提高，带动电池极片轧机和极片辊的产量提高，产品结构调整较快，质量要求越来越高。原来小规格φ600mm以下电池极片辊要求硬度低，随着轧机设计不断向宽幅高硬度、高质量发展，辊身直径由750-800mm逐渐发展到1200mm，辊身长度也由500mm逐渐增加到1050mm，辊身硬度由HRC64-66提高到了HRC66-68，硬度均匀性≤±0.5HRC，对辊面要求提出了更高要求，粗糙度达到Ra0.2，精度要求圆度0.002、圆柱度0.002和直线度达到0.002，辊颈公差在0.01～0.02mm，且配对极片辊对缝达到无光透过。

可见电池极片轧机正朝着大直径、宽幅面、高精度方向发展，为了满足电池极片轧机发展需求，提高市场竞争力，研发大型电池极片轧机工作辊势在必行。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，提供一种大型电池极片轧机工作辊及其制备方法，尤其是极片辊的材质和热处理工艺。

为达到上述性能要求，本发明所采用的技术方案是：

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的化学组分及重量百分含量为：C：0.75-0.90%，Si：0.40-1.00%，Mn：0.40-1.00%，Cr：3.00-5.00%，Mo：0.10-0.80%，P≤0.015%；S≤0.015%，V≤0.20%；其余成分为Fe和不可避免的杂质。

本发明的技术方案的进一步改进在于：该极片辊的化学组分及重量百分含量为：C：0.80-0.85%，Si：0.50-0.95%，Mn：0.62-0.850%，Cr：3.80-4.60%，Mo：0.25-0.750%，P≤0.015%，S≤0.015%，V≤0.18%，其余成分为Fe和不可避免的杂质。

本发明的技术方案的进一步改进在于：极片辊直径为750～1200mm，辊面长度800～1500mm。

本发明的技术方案的进一步改进在于：一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，该极片辊的制备方法按下述步骤进行：

步骤1：按照极片辊的化学组分及重量百分含量用常规生产工艺制得辊坯；

步骤2：对辊坯进行粗车；

步骤3：预备热处理，加热温度为870℃～970℃，冷却后进行600～700℃高温回火；

步骤4：感应淬火热处理，加热温度为880℃～980℃；

步骤5：回火处理，保温温度为80～180℃；

步骤6：精加工制成成品辊。

本发明的技术方案的进一步改进在于：步骤3中加热870℃～970℃，保温时间为30～50小时。

本发明的技术方案的进一步改进在于：步骤3中冷却方式为水冷。

本发明的技术方案的进一步改进在于：步骤3中冷却方式为空冷。

本发明的技术方案的进一步改进在于：步骤3中600～700℃高温回火，保温时间30～40小时。

本发明的技术方案的进一步改进在于：步骤5中回火处理，保温温度为80～180℃，保温时间为80h～150h。

本发明的技术方案的进一步改进在于：根据以上所述的一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，制得的成品辊的表面硬度为66-68HRC且均匀性≤±0.5HRC、粗糙度达到Ra0.2，圆度达到0.002、圆柱度达到0.002、直线度达到0.002，辊颈公差在0.01‐0.02mm，且配对极片辊对缝达到无光透过。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：

1、本发明通过取消Ni元素且调整Si、Mn、Mo元素的含量，既优化了化学成分配比，又在总体上降低了一定的生产成本。

2、本发明通过降低P和S元素含量，能够进一步细化组织、提高材料性能。

3、本发明通过降低V元素含量，能够进一步细化组织晶料，提高材料强度和韧性。

4、本发明通过对材料进行上述热处理方法，既降低了一定的生产成本，又改善了材料性能，使制得的成品辊的表面硬度为66-68HRC且均匀性≤±0.5HRC、粗糙度达到Ra0.2，圆度达到0.002、圆柱度达到0.002、直线度达到0.002，辊颈公差在0.01‐0.02mm，且配对极片辊对缝达到无光透过，满足使用要求

5、采用本发明的材质和制备方法获得的一种大型电池极片轧机工作辊，辊身表面金相组织均匀，晶粒度达到12级，辊身30mm深处金相组织均匀，晶粒度达到11级，表面淬硬度达97HSD，满足极片辊的耐磨性、热冲击、粗糙度保持、淬硬层深度等使用要求。

6、本发明通过对材料的化学学组分及重量百分含量进行调整，及采取上述热处理方法，使常规极片辊规格大型化，常规极片辊直径为400-600mm，辊面长度450-600mm；大型极片辊直径为750-1200mm，辊面长度800-1500mm。

7、本发明的热处理方法，包括了预备热处理以及感应淬火+回火的热处理过程，通过合理的参数设计能够使碳化物颗粒、数量明显改善，组织均匀；能够使淬硬层深度、耐磨性、粗糙度保持能力、热冲击性能满足设计要求。

附图说明

图1为本发明大型电池极片轧机工作辊的表面（a）和30mm深处（b）的金相组织图；

图2为本发明大型电池极片轧机工作辊的淬硬层曲线。

具体实施方式

本发明是一种大型电池极片轧机工作辊及其制备方法，是用于进行电池极片轧制的专用工作辊。本发明通过合理设计工作辊的化学组分及重量百分含量以及合理的热处理工艺来实现。

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的化学组分及重量百分含量为：C：0.75-0.90%，Si：0.40-1.00%，Mn：0.40-1.00%，Cr：3.00-5.00%，Mo：0.10-0.80%，P≤0.015%；S≤0.015%，V≤0.20%；其余成分为Fe和不可避免的杂质。

该极片辊的化学组分及重量百分含量进一步为：C：0.80-0.85%，Si：0.50-0.95%，Mn：0.62-0.850%，Cr：3.80-4.60%，Mo：0.25-0.750%，P≤0.015%，S≤0.015%，V≤0.18%，其余成分为Fe和不可避免的杂质。

一种大型电池极片轧机工作辊，极片辊直径为750～1200mm，辊面长度800～1500mm。

一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，该极片辊的制备方法按下述步骤进行：

步骤1：按照极片辊的化学组分及重量百分含量用常规生产工艺制得辊坯；

步骤2：对辊坯进行粗车；

步骤3：预备热处理，加热温度为870℃～970℃，保温时间为30～50小时，水冷或空冷后进行600～700℃高温回火，保温时间30～40小时；

步骤4：感应淬火热处理，加热温度为880℃～980℃；

步骤5：回火处理，保温温度为80～180℃，保温时间为80h～150h；

步骤6：精加工制成成品辊。

根据以上所述的一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，制得的成品辊的表面硬度为66-68HRC且均匀性≤±0.5HRC、粗糙度达到Ra0.2，圆度达到0.002、圆柱度达到0.002、直线度达到0.002，辊颈公差在0.01‐0.02mm，且配对极片辊对缝达到无光透过。

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的化学组分及重量百分含量为：

C：0.75wt%，Si：0.95wt%，Mn：0.85wt%，Cr：3.80wt%，Mo：0.75wt%，P：0.010wt%，S：0.010wt%，V：0.18wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的直径为1200mm，辊面长度为800mm。

一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，具有以下步骤：

步骤1：按照极片辊的化学组分及重量百分含量用常规生产工艺制得轧辊辊坯：用电弧炉和LF精炼炉进行冶炼，模铸成电极锭，脱模后进行退火；电极锭进行电渣重熔；重熔后加热钢锭锻造成辊坯，对辊坯进行锻后热处理，最后进行车削加工检验合格即可作为辊坯；

步骤2：对辊坯进行粗车；

步骤3：预备热处理，加热温度为940℃，保温45h，进行水冷；冷却后进行680℃高温回火，保温时间为30h；

步骤4：感应淬火热处理，其加热温度为950℃；

步骤5：回火处理，其保温温度为125℃，保温时间为140h；

步骤6：精加工制成成品辊。

对上述制备的一种大型电池极片轧机工作辊，感应淬火+回火后辊身的金相组织进行检测，如图1所示，（a）图片为极片辊表面金相图，组织均匀，晶粒度达12级；（b）图片为极片辊30mm深处金相图，组织均匀，晶粒度达11级；碳化物颗粒、数量明显改善。进行性淬硬层解剖，如图2所示，淬硬层深度满足设计要求。取样检测耐磨性、粗糙度保持能力、热冲击性能等满足要求。

实施例2：

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的化学组分及重量百分含量为：

C：0.80wt%，Si：0.50wt%，Mn：0.40wt%，Cr：3.00wt%，Mo：0.10wt%，P：0.011wt%， S：0.015wt%，V：0.04wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的直径为1200mm，辊面长度为800mm。

一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，具有以下步骤：

步骤1：按照极片辊的化学组分及重量百分含量用常规生产工艺制得轧辊辊坯：用电弧炉和LF精炼炉进行冶炼，模铸成电极锭，脱模后进行退火；电极锭进行电渣重熔；重熔后加热钢锭锻造成辊坯，对辊坯进行锻后热处理，最后进行车削加工检验合格即可作为辊坯；

步骤2：对辊坯进行粗车；

步骤3：预备热处理，加热温度为870℃，保温50h，进行水冷；冷却后进行640℃高温回火，保温时间为32h；

步骤4：感应淬火热处理，其加热温度为880℃；

步骤5：回火处理，其保温温度为100℃，保温时间为120h；

步骤6：精加工制成成品辊。

对上述制备的一种大型电池极片轧机工作辊，感应淬火+回火后辊身的金相组织进行检测，能够达到如图1所示，（a）图片为极片辊表面金相图，组织均匀，晶粒度达12级；（b）图片为极片辊30mm深处金相图，组织均匀，晶粒度达11级；碳化物颗粒、数量明显改善。进行性淬硬层解剖，能够达到如图2所示，淬硬层深度满足设计要求。取样检测耐磨性、粗糙度保持能力、热冲击性能等满足要求。

实施例3：

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的化学组分及重量百分含量为：

C：0.85wt%，Si：1.0wt%，Mn：0.62wt%，Cr：4.60wt%，Mo：0.80wt%，P：0.005wt%，S：0.004wt%，V：0.2wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的直径为1200mm，辊面长度为800mm。

一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，具有以下步骤：

步骤1：按照极片辊的化学组分及重量百分含量用常规生产工艺制得轧辊辊坯：用电弧炉和LF精炼炉进行冶炼，模铸成电极锭，脱模后进行退火；电极锭进行电渣重熔；重熔后加热钢锭锻造成辊坯，对辊坯进行锻后热处理，最后进行车削加工检验合格即可作为辊坯；

步骤2：对辊坯进行粗车；

步骤3：预备热处理，加热温度为900℃，保温40h，进行水冷；冷却后进行600℃高温回火，保温时间为35h；

步骤4：感应淬火热处理，其加热温度为920℃；

步骤5：回火处理，其保温温度为80℃，保温时间为150h；

步骤6：精加工制成成品辊。

对上述制备的一种大型电池极片轧机工作辊，感应淬火+回火后辊身的金相组织进行检测，能够达到如图1所示，（a）图片为极片辊表面金相图，组织均匀，晶粒度达12级；（b）图片为极片辊30mm深处金相图，组织均匀，晶粒度达11级；碳化物颗粒、数量明显改善。进行性淬硬层解剖，能够达到如图2所示，淬硬层深度满足设计要求。取样检测耐磨性、粗糙度保持能力、热冲击性能等满足要求。

实施例4：

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的化学组分及重量百分含量为：

C：0.82wt%，Si：0.40wt%，Mn：0.65wt%，Cr：5.00wt%，Mo：0.50wt%，P：0.015wt%，S：0.010wt%，V：0.10wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的直径为1200mm，辊面长度为800mm。

一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，具有以下步骤：

步骤1：按照极片辊的化学组分及重量百分含量用常规生产工艺制得轧辊辊坯：用电弧炉和LF精炼炉进行冶炼，模铸成电极锭，脱模后进行退火；电极锭进行电渣重熔；重熔后加热钢锭锻造成辊坯，对辊坯进行锻后热处理，最后进行车削加工检验合格即可作为辊坯；

步骤2：对辊坯进行粗车；

步骤3：预备热处理，加热温度为960℃，保温34h，进行水冷；冷却后进行690℃高温回火，保温时间为37h；

步骤4：感应淬火热处理，其温度为970℃；

步骤5：回火处理，其温度为140℃，时间为100h；

步骤6：精加工制成成品辊。

对上述制备的一种大型电池极片轧机工作辊，感应淬火+回火后辊身的金相组织进行检测，能够达到如图1所示，（a）图片为极片辊表面金相图，组织均匀，晶粒度达12级；（b）图片为极片辊30mm深处金相图，组织均匀，晶粒度达11级；碳化物颗粒、数量明显改善。进行性淬硬层解剖，能够达到如图2所示，淬硬层深度满足设计要求。取样检测耐磨性、粗糙度保持能力、热冲击性能等满足要求。

实施例5：

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的化学组分及重量百分含量为：

C：0.90wt%，Si：0.75wt%，Mn：1.0wt%， Cr：5.00wt%，Mo：0.25wt%，P：0.006wt%，S：0.009wt%，V：0.175wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种大型电池极片轧机工作辊，该极片辊的直径为1200mm，辊面长度为800mm。

一种大型电池极片轧机工作辊的制备方法，具有以下步骤：

步骤1：按照极片辊的化学组分及重量百分含量用常规生产工艺制得轧辊辊坯：用电弧炉和LF精炼炉进行冶炼，模铸成电极锭，脱模后进行退火；电极锭进行电渣重熔；重熔后加热钢锭锻造成辊坯，对辊坯进行锻后热处理，最后进行车削加工检验合格即可作为辊坯；

步骤2：对辊坯进行粗车；

步骤3：预备热处理，加热温度为970℃，保温30h，进行水冷；冷却后进行700℃高温回火，保温时间为40h；

步骤4：感应淬火热处理，其加热温度为980℃；

步骤5：回火处理，其保温温度为180℃，保温时间为80h；

步骤6：精加工制成成品辊。

对上述制备的一种大型电池极片轧机工作辊，感应淬火+回火后辊身的金相组织进行检测，能够达到如图1所示，（a）图片为极片辊表面金相图，组织均匀，晶粒度达12级；（b）图片为极片辊30mm深处金相图，组织均匀，晶粒度达11级；碳化物颗粒、数量明显改善。进行性淬硬层解剖，能够达到如图2所示，淬硬层深度满足设计要求。取样检测耐磨性、粗糙度保持能力、热冲击性能等满足要求。

通过以上方法制备的大型电池极片轧机工作辊发货给用户使用，通过调研使用数据，进行分析、评价，本发明的大型电池极片轧机工作辊具有较高的辊身硬度和耐磨性，使用效果良好。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。