CN101437677B - 包覆薄板产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及理想地适合于车身薄板的包覆薄板产品，其包含芯部薄板和在一个或两个芯部薄板表面上的包覆层，所述芯部薄板由AA6000系列合金的铝合金构成，并且至少一个包覆层由Cu含量小于0.25重量％的AA6000系列合金的铝合金构成。

Description

包覆薄板产品
发明领域
本发明涉及能够形成平卷边的AA6000或AA6xxx系列铝薄板并且该薄板可以用作车身薄板。
发明背景
通常，车辆的外部车身板件(panel)需要可成形性、凹痕抗力、耐腐蚀性和表面品质方面的优异物理性能。然而，常规AA5000系列合金薄板不是有利的，这是因为它们即使在压制成形后仍具有低的机械强度并且还可表现出差的表面品质。因此，AA6000系列薄板合金的应用逐渐增加。AA6000系列合金在涂漆后提供优异的烘烤硬化性且因此提供高机械强度，所以使得有可能制造兼有A级表面光洁度的厚度更薄且重量更轻的薄板。
一般而言，通过内部零件和外部零件之间的机械组装来制造车辆的车身零件例如引擎盖等。例如，制得合适长度的凸缘并将其形成在车辆外部板件的端部。将内部板件固定到外部板件的内侧，并将外部板件的所述凸缘弯曲折叠以产生机械结合。所描述的该整个过程称为“卷边”。
在卷边加工中，优选进行平卷边(180°加工)，其具有非常严格的加工条件和相对低的弯曲中心半径(r)与薄板厚度(t)之间的比例(r/t)。然而，AA6000系列薄板产品的弯曲性能比AA5000系列合金差。因此在压致性能相对高的部分(即具有很大变形或形变的部分)进行平卷边导致较高的缺陷率。
美国专利No.5,266,130公开了制造用于汽车工业的铝合金板件的方法。所述合金包括宽范围的Si和Mg作为基本组分并且还包括Mn、Fe、Cu、Ti等。
美国专利No.5,616,189公开了生产用于汽车工业的铝薄板的方法。将由合金制成的铝薄板在85℃下预时效处理5小时。用于该专利的铝薄板是连铸薄板，且据报导发现通过该途径生产的板产品表现出差的可弯曲性。
美国专利No.6,780,259公开了生产AA6xxx系列的铝合金的方法，所述铝合金具有仔细选择的Mg、Si和Mn含量并且具有特定的预时效处理，从而产生用于汽车成形板件的改善的可弯曲性(包括卷边)。
国际申请WO-98/24571公开了一种通过复合流铸造获得的多层金属复合产品。该产品包含优选为铝合金的芯部、在该芯部的至少一侧上与芯部结合的中间层和与该中间层结合的包覆层。根据产品的应用，形成复合产品外表面的包覆层可以是用于钎焊薄板的铝钎焊合金、用以获得镜面状表面光洁度的AA1xxx系列合金、或者含锌的铝合金、或者锌或锌合金以改善耐腐蚀性。
尽管公开了这些，但仍存在对用于生产车辆零件或构件的铝合金薄板和方法进行选择的很大需要，所选择的铝合金薄板和方法提供良好的强度和可成形性水平，这允许易于形成复杂零件而不开裂。
发明概述
本发明的一个目的是提供具有一致卷边水平的AA6000系列薄板产品。
本发明的另一个目的是提供具有一致卷边水平和足够用于生产车辆零件或构件的强度的AA6000系列薄板产品。
通过关于包覆薄板产品的本发明，满足和超过了这些和其它目的及另外的优点，所述包覆薄板产品具有芯部薄板和在一个或两个芯部薄板表面上的包覆层，所述芯部薄板由AA6xxx系列合金的铝合金构成，并且至少一个包覆层由Cu含量小于0.25重量％的AA6xxx系列合金的不同铝合金构成。
在下文中应理解的是，所有铝合金名称是指铝业协会于2006年发布的铝标准和数据以及注册记录中的铝业协会名称，除非另外指出。
对于本发明，术语“薄板”和“薄板产品”是指厚度超过0.15mm至2.5mm的具有剪切边、切割边或锯开边的轧制产品形式。
对于本发明，术语“车身薄板”或“ABS”是指用于汽车车身应用的铝合金薄板，特别是外部板件、内部板件和结构部件。
对于本发明，术语“汽车”意指包括本文所述的汽车和其它车辆部件或构件以及具有类似构造的其它运输部件或构件。
对于合金组成或优选合金组成的任何描述，提到的所有百分数均以重量百分数计，除非另外指明。
优选实施方案的详细描述
本发明提供了具有芯部薄板和在一个或两个芯部薄板表面上的包覆层，所述芯部薄板由AA6xxx系列合金的铝合金构成，并且至少一个包覆层由Cu含量小于0.25重量％、优选小于0.20重量％且更优选小于0.10重量％的AA6xxx系列合金的铝合金构成。
根据本发明，芯部薄板的性能与对包覆薄板产品表面的要求没有关系。因此，可对芯部薄板合金进行选择以尽可能好地满足机械要求，而可对包覆层进行选择以满足对与环境相互作用且特别是其成形特性的要求。与未包覆芯部薄板相比，包覆薄板产品能够形成改善的平卷边，并且包覆薄板产品可应用为车身薄板。
通过选择比芯部薄板的合金软(或具有较低的硬度)的包覆层所用合金，卷边行为得到改善并同时总体上将包覆薄板产品的强度维持在如所得芯部薄板的足够高的水平。从用于包覆薄板产品的AA6000系列选择芯部材料产生优异的机械性能，因为这些性能基本上由芯部薄板决定，并且这些性能比得上用于这种应用的标准工业薄板合金。对根据本发明的包覆薄板产品的样品进行的测试进一步显示，包覆层厚度和机械性能之间不存在明显相关性，因此证实了上文所述关于芯部材料的整体性能和对包覆层的要求没有关系。
将包覆层中的Cu含量控制到所指示的量，以便维持良好的腐蚀性能以及特别是控制抗丝状腐蚀性，这在包覆薄板产品用作车身薄板时是重要的性能。
与具有显著较低硬度的备选AA1000或AA3000系列包覆层相比，AA6000系列包覆层的使用还致使包覆薄板产品在包覆薄板产品处理期间具有改善的抗划伤性。
通过对芯部和包覆薄板均使用AA6000系列，尽管组成不同，但由于合金组成十分相似，在生产这样的包覆薄板时包覆薄板产品非常易于再循环并且在废料管理中允许一些弹性。
在一个实施方案中，芯部薄板是还包含至多1.1％且优选至多0.9％的Cu的AA6000系列合金。
在一个优选实施方案中，芯部薄板是选自AA6016、AA6022、AA6056、AA6013和AA6111系列合金的铝合金。
这些铝合金在涂漆并烘烤后提供良好的强度平衡，提供可弯曲性并且具有足够的强度以抵抗凹痕。
在一个优选实施方案中，根据本发明的包覆薄板上的包覆层包含低合金化的AA6000系列铝合金，并且优选包含具有基本平衡的Mg2Si组成的AA6000系列合金，以改善根据本发明的包覆薄板产品的可弯曲性、卷边性能和碰撞性能。优选的铝合金具有包含如下的化学组成，以重量％计：
Si     0.40-0.9，优选0.5-0.9
Mg     0.40-0.8，优选0.4-0.7
Fe     最大0.35，且优选<0.25
Cu     <0.25，优选<0.20，且更优选<0.10
Mn     <0.50
Cr     <0.30
V      <0.30
Zr     <0.30
Zn     <0.3，优选<0.1
Ti     <0.1，
其它及不可避免的杂质，每种<0.05，总计0.15，
余量是铝。
更优选的选择是AA6005合金，并且特别更优选AA6005A系列合金，对于这两种合金，具有的条件是Cu含量<0.25％且优选<0.20％。对于AA6005A合金，Mn+Cr的总和优选小于0.50％且更优选为0.1-0.50％。
选择这种特定的AA6005或AA6005A系列铝合金作为包覆层使得能够获得包覆薄板产品关于环境的优异性能。例如，可将其对晶间腐蚀的敏感性控制在可接受的限度内，并且还可减小其对特别与涂漆表面相结合的丝状腐蚀的敏感性。AA6005或AA6005A系列合金特别在具有平衡的Mg2Si组成时，比AA6000系列芯部薄板提供显著更好的卷边性能。
虽然可按许多方式改变包覆薄板产品的尺寸(主要受具体应用和同时的要求影响)，但对于作为车身薄板的优选应用，芯部材料具有约0.5-2mm、优选约0.7-1.3mm且最优选约1mm的厚度。一个或多个包覆层比芯部薄板薄很多，每个包覆层构成包覆薄板产品总厚度的约1-25％。包覆层更典型地构成包覆薄板总厚度的约2-14％左右。
在一个实施方案中，仅将包覆层施加在一个芯部薄板表面上。
在另一个实施方案中，将包覆层施加在芯部薄板两个表面上，并且优选每个包覆层由所选相同的AA6000系列合金制成。其结果是，复合材料表现出优异的均衡性能，即强度和可成形性相对于腐蚀性能、凹痕抗力和卷边性能。
在包覆薄板产品的一个实施方案中，使至少AA6000系列芯部薄板和优选还有包覆层达到T4或T4P状态条件，在该状态下，将包覆薄板产品成形为成型板件或结构部件。在该状态下，包覆薄板产品提供了通过测量强度、延展性和导致破坏的变形量所评价的可成形特性的最佳平衡。“T4P”状态是其中用预时效以T4工艺生产薄板产品的条件。预时效处理是将包覆薄板产品成形为用于车辆的成型板件或结构部件之前工序中的最后一步。“T4P”典型地表示将合金薄板进行固溶热处理、预时效和自然时效至少几个小时的处理。
另一方面，本发明涉及由根据本发明的包覆薄板产品制成的成形车身板件，例如内部板件或外部板件或者成形的汽车结构部件或构件。因此，根据本发明的包覆铝薄板提供了具有用作车辆或汽车薄板的强度和可成形性的材料，该材料可成形为许多不同的汽车结构构件例如前围板(dash panel)、地板、车门面板、板用加强件等。
另一方面，本发明涉及生产包覆薄板产品的方法，在该方法中，将包覆层施加到芯部材料的至少一侧。根据本发明，所述芯部材料包含所限定的AA6000系列的铝合金，并且其中所限定的包覆薄板通过辊压接合方式附着于所述芯部材料，以实现芯部合金和包覆层之间的所需冶金接合。
这种辊压接合方法非常经济并且产生表现出所需性能的非常有效的复合板材料。
当然，辊压接合处理可伴随有若干附加的处理步骤例如退火用以获得包覆薄板产品形式的车身薄板的最终性能。
当根据本发明进行这样的辊压接合处理来生产包覆产品时，优选在辊压接合期间芯部和包覆层均经历厚度减薄。
例如，芯部材料初始可为约400mm厚的坯块，在两侧具有初始约24mm厚的包覆层。在辊压接合后，芯部材料的最终宽度为约1mm，而包覆层的最终厚度为例如约60μm。
应注意的是，包覆薄板产品的初始尺寸和最终尺寸由辊压接合处理的细节以及最终包覆薄板产品的所需性能共同决定。
可按不同方式进行辊压接合处理。例如，辊压接合加工有可能包括热轧和冷轧。
另外，辊压接合处理可以是一步处理或多步处理，其中在连续轧制步骤期间降低材料的厚度。可以通过其它处理步骤例如退火步骤、加热步骤、冷却步骤等将不同的轧制步骤隔开。
在根据本发明的另一实施方案中，通过例如EP-1638715(通过引用并入本文)中所公开的铸造技术将所限定的包覆薄板附着于芯部材料。
如上文所述和权利要求书中所阐明，根据本发明的包覆薄板产品适合用作车辆中的车身薄板。
将参考根据本发明的非限制性实施方案来说明本发明。
实施例1.
以工业规模制造两种不同的裸薄板产品并且将其处理成处于T4P状态的1mm薄板产品。两种合金是AA6016和AA6111系列合金，它们均常用于车身薄板应用。还以工业规模制造使用相同受热历程(例如在560℃均匀化10小时)且处于相同状态的包覆薄板产品，然而其中用AA6005A系列合金组合物通过常规辊压接合作业包覆在AA6016和AA6111系列合金的两侧上。通过热轧，包覆产品被轧制至7.5mm的中间厚度，其中热压机出口温度为约300℃，然后冷轧至1mm的最终厚度。该包覆薄板具有1mm的总厚度并且每个包覆层具有55μm的厚度。
在表1中列出了AA6016和AA6005A的精确合金组成。将所有产品在560℃进行固溶热处理并然后淬火，在1小时内再次加热至约80℃，接着旋管冷却至室温，然后在2周后当处于所谓的T4P状态时于室温下测试其强度、总延伸率和卷边性能。在模拟成形和烤漆循环后测量强度、抗晶间腐蚀性和凹痕抗力，其中将处于T4P状态的产品进一步经受2％冷伸展后接着在185℃下热处理20分钟。
通过平卷边试验对均处于T4P状态的裸薄板产品和包覆薄板产品进行测试以获得它们的卷边性能(如ASTM标准E290-97A所包括的，将样品以0.0mm的弯曲半径弯曲180°)，并接着进行视觉评价。根据下列等级给出分数：等级“5”表示没有可见缺陷，“4”表示轻微的表面粗糙化，“3”表示严重的粗糙化，“2”表示小的表面裂纹，“1”表示连续的表面裂纹，并且使用例如31/4、31/2和33/4的进一步的亚等级。
此外，依照关于抗拉试验的ASTM标准EN10002，对裸AA6016薄板产品和包覆有AA6005A的AA6016就它们的机械性能进行评价。在所述的T4P状态下并且还在模拟成形及烤漆循环后测量拉伸性能。依照欧洲规范ASTM G110-92测量模拟成形和烤漆循环后的抗晶间腐蚀性(″IGC)并将结果表示为以μm计的穿透深度。另外，测量模拟成形和烤漆循环后的静态凹痕抗力，其中将该产品固定并随后施用半径为63.5mm的钢制压头以2mm/min速度加载，从而由力-位移曲线，确定作为产生0.1mm深的压痕所需的力(以N计)的静态凹痕抗力F0.1mm。在表2中列出了所有测试结果，并且其中“n.t.”代表未测试。
表1.AA6016和AA6005A以重量％计的合金组成，余量为铝和不可避免的杂质。
 
合金 Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti
AA6016 1.0 0.23 0.15 0.07 0.60 0.03 0.02
AA6005A 0.6 0.20 0.09 0.12 0.55 0.01 0.01
表2.裸合金薄板和包覆有AA6005A的合金薄板的测试结果。
 
性能和状态 裸AA6016 裸AA6111 包覆有AA6005A的AA6016 包覆有AA6005A的AA6111
屈服强度(MPa)T4P下 141 n.t. 137 n.t.
总延伸率(％)T4P下 23.8 n.t. 24.7 n.t.
卷边性能T4P下 13/4 11/2 31/4 31/4
2％+185℃/20分钟后的屈服强度 258 n.t. 253 n.t.
2％+185℃/20分钟后的IGC(μm) 118 n.t. 76 n.t.
2％+185℃/20分钟后的凹痕抗力F0.1mm(N) 260 n.t. 256 n.t.
由表2的结果可看出，通过施加AA6005A合金的薄包覆层，AA6016和AA6111的卷边性能均得到改善，同时由裸AA6016和包覆AA6016的对比可看出，抗晶间腐蚀性得到显著改善。在获得这些改善的同时维持了高强度水平和以延伸率表示的良好可成形性，而没有不利地影响凹痕抗力。认为裸AA6016和包覆AA6016之间的凹痕抗力不存在区别，因为偏差在正常的测量不准确度内。
在本实施例中，在生产中出于实际原因而在芯部合金的两侧进行包覆，但对本领域技术人员直接清楚的是，通过仅使用单一包覆层可获得同样的益处。
该实施例说明了本发明的原理，即可通过提供适宜的包覆层来改善适合于车身薄板的AA6000系列合金的卷边性能，并同时具有耐腐蚀性的显著改善，然而仍受益于芯部薄板的有利特性例如其强度、烤漆响应和凹痕抗力。
本发明不限于上述实施方案，而是可在所附权利要求书限定的发明范围内广泛变化。

Claims (11)

1.包覆薄板产品，该包覆薄板产品是由仅在一个薄板表面上具有包覆层的芯部薄板构成，所述芯部薄板是选自AA6016、AA6022、AA6056、AA6013和AA6111系列合金的铝合金，并且包覆层是Cu含量小于0.25重量％的铝合金AA6005或AA6005A，并且其中所述芯部薄板具有不同于所述包覆层的组成。
2.根据权利要求1的包覆薄板产品，其中所述芯部薄板是还包含至多1.1重量％Cu的选自AA6016、AA6022、AA6056、AA6013和AA6111系列合金的铝合金。
3.根据权利要求1的包覆薄板产品，其中所述芯部薄板是还包含至多0.9重量％Cu的选自AA6016、AA6022、AA6056、AA6013和AA6111系列合金的铝合金。
4.根据权利要求1或2的包覆薄板产品，其中所述芯部薄板比所述包覆层硬。
5.根据权利要求1或2的包覆薄板产品，其中包覆层包含AA6005或AA6005A铝合金，各自具备的条件是Cu含量＜0.20重量％。
6.根据权利要求1或2的包覆薄板产品，其中所述芯部薄板具有0.5-2mm的厚度。
7.根据权利要求1或2的包覆薄板产品，其中所述包覆层的厚度是包覆薄板产品总厚度的1-25％。
8.根据权利要求1或2的包覆薄板产品，其中所述包覆层的厚度是包覆薄板产品总厚度的2-12％。
9.根据权利要求1或2的包覆薄板产品，其中至少所述芯部薄板处于T4状态或T4P状态。
10.成形汽车结构部件，其由根据权利要求1-9中任一项的包覆薄板产品制成。
11.由根据权利要求1至9中任一项的包覆薄板产品制成的成形车身板件，其中所述成形车身板件是外部车身板件。
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