具有优异成型性的Al‑Mg‑Si合金轧制片材产品的制造方法 |
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| 申请号 | CN201480011882.X | 申请日 | 2014-02-18 | 公开(公告)号 | CN105026588B | 公开(公告)日 | 2017-08-25 |
| 申请人 | 阿莱利斯铝业迪弗尔私人有限公司; | 发明人 | 彼得·德斯梅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 铝 合金 轧制 片材产品的制造方法，该 铝合金 轧制片材产品具有优异的成型性，尤其适用于 汽车 车身 应用，该方法包括：(a) 铸造 铝合金 铸锭 ，该铝合金铸锭以wt％计具有由以下元素构成的组成：Si0.5‑1.5、Mg 0.2‑0.7、Fe 0.03‑0.30、Cu至多0.30、任选选自于由Mn、Zr、Cr、V所构成的组中的一种或多种元素、Zn至多0.3、Ti至多0.15、杂质和铝；(b)在450℃以上的 温度 ，将所铸造的铸锭均质化；(c)将该铸锭 热轧 成为热轧产品；(d)将该热轧产品 冷轧 成为中间规格的冷轧产品；(e)在360‑580℃的温度下，对该中间规格的冷轧产品进行连续中间 退火 ；(f)将中间退火后的冷轧产品冷轧至最终规格为至多2.5mm的片材产品；(g)对该片材产品进行固溶 热处理 ；(h)将 固溶热处理 后的片材产品淬火。 | ||||||
| 权利要求 | 1.铝合金轧制片材产品的制造方法，所述铝合金轧制片材产品具有优异的成型性和烤漆硬化性，尤其适用于汽车车身应用，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 具有优异成型性的Al-Mg-Si合金轧制片材产品的制造方法技术领域背景技术[0002] 在下文中将会明了的是，除非另有说明，铝合金牌号和状态代号(temper designations)是指在2013年由美国铝业协会(Aluminum Association)出版的Aluminum Standards and Data and the Registration Records中的Aluminum Association designations，其对于本领域技术人员而言是公知的。 [0003] 除非另有说明，对于合金组成或优选合金组成的任何描述，所指的百分数均为重量百分数。 [0004] 关于本发明，“片材(sheet)”或“片材产品”是指厚度为至多2.5mm的轧制产品。 [0005] 通常，车辆的外车身板需要在成型性、抗凹陷性、耐腐蚀性和表面质量上具有优异的物理性能。然而，常规的AA5000-系列合金片材并未受到青睐，这是因为它们即使在压制成型后仍具有低的机械强度，并且表现出较差的表面质量。因此，6000-系列片材合金已得到越来越多的应用。6000-系列合金提供了优异的烘烤硬化性(涂漆后)和由此得到的高的机械强度，从而可以制造具有更薄规格且更轻质、同时具有A级表面光洁度的片材。 [0007] [0008] [0009] 杂质各自<0.05，总量<0.15，余量为铝。 [0010] 在较高强度范围内，该AA6016轧制片材产品在用于汽车部件时，已知具有有限的成型性和有限的卷边性能。 [0011] 需要对用于生产车辆部件或构件的铝合金轧制片材产品和方法进行选择，为车辆部件提供良好的强度和成型性水平。 发明内容[0012] 本发明的目的是提供成型性得以提高的Al-Mg-Si合金或AA6000-系合金轧制片材产品的制造方法。 [0013] 本发明的另一目的是提供成型性得以提高的Al-Mg-Si合金或AA6000-系列合金轧制片材产品的制造方法(或至少提供替代方法)，其中该片材产品具有0.35以上的各向异性Lankford值。 [0014] 本发明达到或超过这些和其它目的以及进一步的优点，提供铝合金轧制片材产品的制造方法，该铝合金轧制片材产品具有优异的成型性和烤漆硬化性，优选该片材产品具有0.35以上的各向异性Lankford值，并且尤其适用于汽车车身部件的应用，该方法包括以下加工步骤： [0015] (a)铸造铝合金铸锭，该铝合金铸锭以wt％计具有由以下元素构成的组成：Si 0.5-1.5；Mg 0.2-0.7；Fe 0.03-0.3；Cu至多0.30；任选选自于由Mn 0.01-0.5、Zr 0.01- 0.15、Cr 0.01-0.15、V 0.01-0.2所构成的组中的一种或多种元素；Zn至多0.3；Ti至多 0.15；杂质各自<0.05，总量<0.20；余量为铝； [0016] (b)在450℃以上的温度，将所铸造的铸锭均质化； [0017] (c)将该铸锭热轧成为热轧产品； [0018] (d)将该热轧产品冷轧成为中间规格的冷轧产品； [0019] (e)在360℃-580℃的温度下，对中间规格的冷轧产品进行连续中间退火； [0020] (f)将中间退火后的冷轧产品冷轧至最终规格为至多2.5mm、优选0.7mm-2mm、更优选0.8mm-1.5mm的片材产品； [0023] 根据本发明已经发现，将铝合金中相对低的Fe含量与连续中间退火相结合，提供了提高的成型性、特别是提高的深拉性(deep drawability)。 [0024] 优选地，铝片材产品具有0.4以上、更优选0.5以上的各向异性Lankford值。 [0025] 令人惊讶的是，依据此方法生产的铝片材产品不仅具有高的各向异性Lankford值，而且在L方向和LT方向上具有高的r值。通常，在L方向(轧制方向)的r值为至少0.75，优选至少0.80，更优选至少0.90。铝片材产品通常在LT方向(相对于轧制方向的横向)具有至少0.65、优选至少0.75、更优选至少0.80的r值。 [0026] 应在450℃以上的温度进行均质化。如果均质化温度低于450℃，均质化以及铸锭偏析的减少可能不充分。这导致对强度作出贡献的Mg2Si组分溶解不充分，由此会使得成型性降低。优选在480℃以上的温度进行均质化，更优选在540℃-580℃的温度范围内进行至少一个均质化步骤。可采用的升温速率是本领域中常规的升温速率。 [0027] 均质化的均热时间应为至少约2小时，更优选至少约10小时。均质化均热时间的优选上限为约48小时，更优选24小时。 [0028] 在本发明的实施方式中，通过采用热轧操作可进一步提高各向异性Lankford值，其中，热轧机出口温度(即为热轧材料卷曲的温度)相对较高，通常高于260℃，优选高于约300℃，更优选高于340℃。热轧机出口温度不宜太高，优选不超过400℃，优选不超过380℃，更优选不超过360℃。 [0029] 本发明所述方法中的必要加工步骤是在360℃-580℃的退火温度下，采用连续中间退火处理，从而在铝片材中实现再结晶，该再结晶影响结晶织构生长(crystallographic texture development)，并认为产生所期望的高各向异性Lankford值以及在L方向和LT方向上高的r值。优选的退火温度下限为380℃，更优选为400℃。优选的退火温度上限为500℃，更优选为460℃。为了充分获得连续中间退火处理的益处、以实现提高的成型性，在进入连续退火炉时铝片材的温度应快速提高，在退火温度下进行限定时间的均热，并在均热后优选快速冷却(例如通过淬火的方式)至低于150℃、优选低于100℃。在连续退火炉的加热区段中，铝片材的加热速率为至少1℃/s以上，优选至少10℃/s以上，更优选至少50℃/s以上，例如约70℃/s或约100℃/s。在退火温度下的均热时间为至少1秒，优选至少5秒。在退火温度下的均热时间应优选不超过300秒。更优选该均热时间不超过60秒，最优选不超过30秒。在退火之后，立即采用至少1℃/s、优选至少10℃/s、更优选至少100℃/s的冷却速率将铝片材快速冷却。 [0030] 在上述方法的优选实施方式中，固溶热处理温度相对较低，但至少应至少超过500℃，优选530℃-560℃，更优选540℃-555℃，更优选恰好高于的Mg2Si相和Si相的溶线温度(solvus temperature)，以进一步提高铝合金片材产品的可成型特性。 [0031] 在本发明的实施方式中，在对片材产品进行固溶热处理和淬火之后，在成型为汽车车身构件之前对片材产品进行预时效和自然时效。 [0032] 在本发明的实施方式中，在对片材产品进行固溶热处理和淬火之后，在成型为汽车车身构件之前，优选在170℃-230℃的温度下，在固溶热处理后的7天内对片材产品进行60秒以下的回溶处理(reversion treatment)。 [0033] 成型汽车车身构件包括保险杠、车门、发动机罩、行李箱盖、挡泥板、地板、车轮和汽车或车身的其它部分。由于其优异的深拉性能，合金片材产品也非常适合制作内门板、轮拱内板、侧板、备胎支架板及具有高深拉高度的类似的板。成型包括深拉、压制和冲压。 [0034] 在成型操作后，成型部件作为本领域常规的其它金属组件组装件的一部分用于制造车辆组件，并进行烤漆操作，从而将所施用的任何涂料或漆层固化。烤漆操作或循环包括在140℃-210℃下进行的一个或多个连续的短热处理，为期10分钟到少于40分钟，通常少于30分钟。通常的烤漆循环包括在180℃下进行20分钟的第一热处理，冷却至环境温度，然后在160℃下进行20分钟的热处理，再冷却到环境温度。取决于OEM，这样的烤漆循环可以包括 2-5个连续的步骤，并包括干燥步骤。 [0035] 在实施方式中，铝合金具有落入AA6016、AA6016A、AA6116、AA6005A、AA6014、AA6022或AA6451范围内的组成，更优选如下文所述的窄范围。 [0036] 在特定实施方式中，铝合金具有落入AA6016A范围内的组成。 [0037] 在特定实施方式中，铝合金具有落入AA6022范围内的组成。 [0038] 在依照本发明方法生产的Al-Mg-Si合金片材中，对合金元素加以限定的作用和原因如下文所述。 [0039] 有目的性地添加Mg和Si使合金强化，这是由于在Mg的共存下形成的Mg2Si和元素Si得以沉淀硬化。依照本发明，为了在片材产品中提供足够的强度水平，Si含量应为至少0.5％，优选至少0.6％，更优选至少0.9％。Si含量的优选上限为1.3％，更优选1.2％。Si的存在也提高了成型性。 [0040] 基本上出于与Si含量同样的原因，Mg的含量应为至少0.2％，优选至少0.3％，更优选至少0.35％，从而为片材产品提供足够的强度。Mg含量的优选上限为0.5％。 [0041] 在铝合金的可替代的实施方式中，Si含量为0.5％-0.7％，同时Mg水平为0.5％-0.7％，从而使得强度和成型性的平衡得以改进。 [0042] 为了得到提高的成型性，重要的是该合金片材产品中的Fe含量应不超过0.3％，优选应不超过0.25％。更优选的Fe含量上限为0.18％，更优选0.15％，进一步更优选0.12％。较低的Fe含量对片材产品的成型性是有利的。Fe含量的下限为0.03％，优选0.05％，更优选 0.06％。过低的Fe含量可能导致不期望的再结晶晶粒粗化，并使得铝合金过于昂贵。 [0043] Mn、Cr、V和Zr可各自存在，以控制合金片材产品中的晶粒尺寸。 [0044] 在优选的实施方式中，至少Mn以0.01％-0.5％的范围存在。Mn含量的优选下限为约0.05％。Mn含量的更优选上限为约0.25％，更优选0.2％。添加Mn以控制晶粒尺寸。 [0045] 在优选的实施方式中，有目的性地添加0.01％-0.15％范围内的Cr。Cr添加量的优选上限为约0.10％，更优选0.08％，更优选0.05％。 [0046] 在优选的实施方式中，有目的性地添加至少Mn与Cr的组合。 [0047] Cu可存在于片材产品中，但应不超过0.30％，以维持良好的耐蚀性能。在优选的实施方式中，有目的地添加至少0.01％、优选至少0.02％的Cu。Cu的优选上限为0.2％，更优选0.15％，最优选0.10％。 [0048] 锌是杂质元素，可以容忍含量为至多0.3％，优选尽可能地低，例如0.1％以下。 [0049] 在铸造合金铸锭期间，除其它元素外，可向片材产品中添加Ti，用于细化晶粒的目的。Ti的添加应不超过约0.15％，优选应不超过约0.1％。Ti添加量的优选下限为约0.01％，通常Ti的优选上限为约0.05％，可作为单一元素加入、或与用作铸造助剂的硼或碳一起加入，以控制晶粒尺寸。 [0050] 不可避免的杂质以各自至多0.05％、总量至多0.20％存在，余量由铝组成。 [0051] 现依照本发明的非限制性实施方式对本发明加以说明。 具体实施方式[0052] 已采用不同的加工路线，对两种组成略有不同的铝片材产品进行了工业规模的生产。两种合金的合金组成列于表1，其中，主要区别是Fe含量。在T4条件下，测定了片材材料的各种性能并汇总在表2中。 [0053] 将所有铸锭EMC铸造成厚度为约500mm的轧制铸锭，在560℃下均质化10小时，然后热轧至7.5mm的规格，再在350℃温度下卷曲。冷轧至3mm并通过分批退火或连续退火进行中间退火(IA)，然后进一步冷轧至1mm，并在550℃下固溶热处理10s，淬火并进行预时效。 [0054] 分批退火包括以30℃/h升温至380℃，并在该温度下均热1小时，随后进行卷曲冷却。 [0055] 连续退火包括以100℃/s的升温速率升至450℃，并在此温度下均热约2s。然后进行水淬火。 [0056] 自然时效(T4条件)6周后，通过拉伸实验测量拉伸性能(拉伸强度(UTS)、屈服强度(YS)、总伸长率(A80)和均匀伸长率(Au))。 [0057] 各向异性Lankford值通常也被称为delta-r或Δr或平面各向异性系数，通过下述过程对该值进行测定：收集三个方向(在轧制方向的0°、45°和90°)上的拉伸试样，进行拉伸试验以测定10％形变时的r值，使用公式1/2.(R0-2.R45+R90)计算各向异性Lankford值。 [0058] 经过6周的自然时效，随后施加2％的拉伸形变，并在185℃的油浴中热处理20分钟后，通过测定屈服强度(YS)来评估烘烤硬化性(BH)。测试材料具有200MPa以上的屈服强度是可接受的。 [0059] 表1：化学组成(以质量百分数计，余量为杂质和铝) [0060]合金 Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti 1 1.2 0.1 0.06 0.1 0.40 0.03 0.02 2 1.2 0.2 0.06 0.1 0.37 0.06 0.02 [0061] 表2：测试结果 [0062] [0063] 从表2的结果可以看出，对于分批退火和连续退火，铝合金中的Fe含量对各向异性Lankford值或Δr都有显著效果。较低的Fe含量(合金1)产生较高的各向异性Lankford值。 [0064] 中间退火工艺(分批和连续)似乎对片材产品中的晶粒尺寸没有显著影响。 [0065] Fe含量似乎对烘烤硬化性有影响，由此至少在这一模拟的烤漆循环中，较低的Fe含量(合金1)产生较高的屈服强度。 [0066] 根据本发明已经发现，将在冷轧期间进行的连续中间退火与较低的Fe含量相结合，得到下述非常令人满意的性质组合：增加的各向异性Lankford值、在0°和90°方向上增加的r-值、高拉伸伸长率和模拟烤漆后的高屈服强度。这使得该铝合金片材成为制造成型汽车部件的良好候选材料，特别是在通过深拉工艺成型时。 |
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