CN104451208B - 汽车车身用6xxx系铝合金板材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车车身用6XXX系铝合金板材的制造方法，包括以下步骤：（1）将合金按配比造成铸锭，合金组分为：Si：0.5～1.5 wt％、Mg：0.25～0.6 wt％、Fe≤0.3 wt％、Mn≤0.2 wt％，余量为Al及正常杂质；（2）均匀化处理,均匀化温度500～600℃；（3）冷却并进行热轧,热轧开轧温度为450～550℃；（4）中间退火处理，退火温度为300～400℃，退火时间为1～5小时；（5）冷轧至0.8～1.2mm厚度，冷轧压下率为30％～70％；（6）在500～560℃温度下固溶、水淬处理，然后在60～100℃温度下预时效处理2～10h。本发明可以改善最终成品板材的金属组织，消除了板材中立方取向晶粒的呈带状分布现象，从而消除了板材的漆刷线、橘皮等缺陷，使其更好地适用于汽车车身覆盖件。

Description

汽车车身用6XXX系铝合金板材的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金板制造方法，具体涉及一种汽车车身用6XXX系合金板材的制造方法。

背景技术

随着世界各国汽车保有量的持续增长，燃油消耗和废气污染日益加剧，以提高燃油利用率和降低尾气排放为目的的汽车轻量化成为汽车公司的重要发展目标。铝及其合金由于具有比强度和比刚度高、抗冲击性能良好、加工成形性优异以及极高的再回收率等一系列优良特性，成为汽车轻量化最理想的材料。

用于汽车车身板的铝合金主要有5XXX系和6XXX系合金，对于表面质量要求高、形状简单的汽车覆盖件，常使用6XXX系合金材料。可热处理强化的6XXX系合金板材能够在固溶、淬火处理后具有较低屈服强度的状态下供货，具有良好的冲制成形性能，并且能够在汽车涂装烘烤处理过程中获得强度提高。

作为汽车覆盖件材料，其表面质量至关重要。若6XXX系合金板材制造过程中加工工艺不当，则会导致成品板材中立方织构分布不均匀，在后续冲制成形过程中导致不均匀变形，从而引起表面带状隆起，造成后期涂装过程中的涂漆不均匀，形成漆刷线缺陷；不当的加工工艺还可能会引起成品板材晶粒粗大，导致成形后的零件表面出现橘皮状缺陷。

生产好的成品铝合金板材需经包装、运输、储存等环节后再由汽车公司进行冲制成形，故对材料室温停放过程中力学性能稳定性具有较高的要求。若6XXX系合金板材制造过程中加工工艺或热处理工艺选择不当，则一方面会导致板材在室温停放期间屈服强度随停放时间的增加而迅速增加，根据汽车公司的调研，板材在停放六个月期间，如果屈服强度超过140MPa，将显著影响板材冲压成形性；另一方面可能导致板材烤漆后屈服强度不足，汽车公司一般要求烤漆后屈服强度不低于180MPa。

专利CN 200810091201.1公开了一种成型性及涂敷烧结硬化性优良的铝合金板及其制造方法，合金含有Si：0.5～2.0％、Mg：0.2～1.5％，采用专利所制造的合金板材具有良好的成型性和烤漆硬化性能，但其表面质量及室温存放性能稳定性等特征不明。

专利CN 200480042140.X公开了一种烘烤硬化性优异的Al-Mg-Si系铝合金板的制造方法，合金含有Si：0.3～1.5％、Mg：0.3～1.0％、Cu：1.0％以下、Fe：1.2％以下，采用该专利制造的合金板材烘烤硬化性能优异，但表面质量及室温存放性能稳定性等特征不明。

专利CN 200580049284.2公开了一种铝合金薄板及其制备方法，合金含有Si：0.5～0.75％、Mg：0.4～0.65、Cr：0.05～0.2％、Fe：0.1～0.4％，采用该专利制造的合金板材具有烘烤硬化性能、弯曲性能及表面质量(无橘皮)，但表面漆刷线及室温存放性能稳定性等特征不明。

上述专利均未对铝合金板材室温存放性能稳定性以及板材加工后的表面漆刷线缺陷进行检测，而这两个方面的性能是汽车覆盖件用铝合金板材所必须的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种表面质量优异、力学性能稳定、烤漆硬化性能良好的汽车车身用6XXX系铝合金板材的制造方法。

本发明的技术方案如下：

一种汽车车身用6XXX系铝合金板材的制造方法，包括以下步骤：①将纯铝、各种中间合金按配比进行熔化，熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭；

②将铸锭进行切头和铣面处理后放入热处理炉中进行均匀化处理,所述均匀化处理温度500～600℃，保温时间为5～20h；

③完成均匀化处理后的铸锭冷却至开轧温度，保温1～10h后开始进行热轧,所述热轧开轧温度为450～550℃，热轧终轧厚度为3～10mm；

④将热轧板进行多道次冷轧至1.5～5mm厚度后再进行中间退火处理；

⑤将退火后的板材冷轧至0.8～1.2mm厚度，保证冷轧压下率为30％～70％,所述中间退火处理的条件是，退火温度为300～400℃，退火时间为1～5h；

⑥将⑤中得到的冷轧板材在500～560℃温度下固溶、水淬处理15s～30min，然后在60～100℃温度下预时效处理2～10h，即可获得成品板材。

进一步地，所述6XXX系合金各组分及其质量百分比为：Si：0.5～1.5wt％、Mg：0.25～0.6wt％、Fe≤0.3wt％、Mn≤0.2wt％，余量为Al及正常杂质；且，杂质总量低于0.15wt％，每个杂质元素含量低于0.05wt％。

本发明突出的实质性特点和显著的技术进步主要体现在：

(1)将热轧板冷轧到一定厚度后引入中间退火处理，之后再将板材冷轧至最终厚度，提高了材料的表面质量；

(2)引入中间退火处理可改善最终成品板材的金属组织，消除了板材中立方取向晶粒的呈带状分布现象，从而消除了板材的漆刷线缺陷；

(3)本发明通过对固溶处理温度和时间的控制，来控制固溶处理后板材中Mg、Si元素的固溶度，并通过对预时效处理温度和时间的控制，调节原子团簇的析出，从而保证成品板材在六个月的存放期限内的屈服强度稳定在100～140MPa；

(3)经本发明制造的6XXX系合金板材室温停放六个月过程中屈服强度保持为110～140MPa，延伸率≥24％，板材在六个月存放期间，经2％预拉伸+185℃×20min模拟烤漆(BH)后，屈服强度大于180MPa，加工过程中无表面漆刷线、橘皮等缺陷，适用于汽车车身覆盖件。

具体实施方式

本发明的发明人在车身用6XXX系铝合金板材开发过程中，根据对实验现象及数据的分析总结发现，其表面质量(表面漆刷线和表面橘皮缺陷)和材料室温停放过程中力学性能稳定性均与板材的加工工艺密切相关，采用半连续铸造技术将铝合金熔体制备成铸锭，而后进行均匀化、热轧、冷轧、中间退火、最终冷轧、连续退火以及预时效处理，能够获得表面质量良好、成形性能优异以及力学性能稳定的铝合金板材。

由此，本发明提供一种汽车车身用6XXX系铝合金板材的制造方法，其具体步骤及技术要领如下：

(1)合金熔炼及铸造：将纯铝、各种中间合金按下述配比进行配料：Si：0.5～1.5wt％；Mg：0.25～0.6wt％；Fe≤0.3wt％；Mn≤0.2wt％；余量为Al及正常杂质，且，杂质总量低于0.15wt％，每个杂质元素含量低于0.05wt％。然后进行熔化，熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭。

(2)均匀化：铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理，以消除铸锭中存在的溶质元素偏析、溶断晶间共晶相以及促进针状β相(AlFeSi)向团状α相(AlFeMnSi)转变；均匀化加热温度为500～600℃，保温时间为5～20h，可有效地消除微观偏析、熔断非平衡相以及促进β相向α相转变；若加热温度过低，或者保温时间过短，则无法获得以上效果，将导致后续热轧过程中铸锭加工性能较差和成品板材中化合物尺寸过大；若加热温度过高或保温时间过长，则容易发生过烧或晶粒异常长大。

(3)热轧：均匀化处理完成之后，将铸锭冷却到热轧开轧温度并保持一段时间后进行热轧；保温时间一般为1～10h，以保证铸锭整体温度均匀性，开轧温度一般为450～550℃，若低于450℃，则材料的变形抗力较大，所需热轧道次增多，使生产效率降低，同时也会导致热轧过程中析出较多粗大的Mg₂Si相；若高于550℃，热轧过程中会形成粗大的再结晶晶粒，容易造成组织的不均匀。热轧终轧温度控制在300℃以下，热轧板厚度为3～10mm。

(4)冷轧与中间退火：对热轧板进行冷轧、中间退火以及再次冷轧以获得最终厚度的冷态板材。引入中间退火处理的目的一方面是软化冷轧变形态金属，提高其塑性加工性能，另一方面是调整板材中的织构分布，以消除成品板材的漆刷线缺陷。优选地，中间退火处理的条件是：退火温度为300～400℃，退火时间为1～5h。中间退火处理需保证退火后的板材为完全再结晶状态；中间退火处理的位置至关重要，需保证中间退火后板材冷轧到最终厚度板材的冷轧压下率为30～70％；若此冷轧压下率小于30％，则会导致成品板材的晶粒粗大，板材在冲制成形后会形成橘皮状粗糙表面不利于板材表面质量；若冷轧压下率高于70％，则会导致成品板材立方取向晶粒呈现带状分布，使板材在冲制形成中产生漆刷线缺陷。

(5)固溶、水淬处理：固溶、水淬处理一方面使变形态材料发生完全再结晶，另一方面使材料中的Mg、Si等元素固溶入基体中，以使板材在烤漆过程中形成足够量β″强化相，达到提高烤漆硬化性能的目的。固溶处理温度为500～560℃，保温时间为15s～30min。若固溶温度过低或保温时间过短，则不能保证材料发生完全再结晶和足够的Mg、Si等元素固溶入基体中，降低板材力学性能及烤漆硬化性能；若固溶温度过高或保温时间过长，会引起再结晶晶粒粗大，不利于成品板材的表面质量。

(6)预时效处理：固溶、水淬处理后的板材应进行预时效处理，最终获得T4P态成品板材；预时效处理的目的是稳定材料的屈服强度，同时提高材料的烤漆硬化性能。过饱和的6XXX系铝合金材料在室温停放过程中会发生自然时效形成不稳定Mg、Si原子团簇，从而导致材料在存放过程中性能不稳定；同时自然时效过程中形成的Mg、Si原子团簇在后续烤漆烘烤过程中会发生溶解，导致材料的烤漆硬化性能降低。故为了避免自然时效给板材带来的不利影响，需在固溶、淬火之后立即进行预时效处理，以促进稳定Mg、Si原子团簇的形成，抑制自然时效进程，提高了材料在室温停放过程中的稳定性；同时在烤漆过程中稳定的Mg、Si原子团簇可直接作为β″强化相的形核核心，提高了材料烤漆硬化性能。预时效处理温度为60～100℃，保温时间为2～10h。

以下对比说明本发明的实施例和比较例，根据这些实施例和比较例可以进一步印证本发明的技术效果。但是，所列举的实施例仅为本发明优选的实施方式，不应将其理解为本发明上述主题的范围仅限于此，凡基于本发明技术构思所形成的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

【实施例】

以下各实施例和比较例所采用的6XXX系铝合金成分均为：Si：1.18wt％、Mg：0.41wt％、Fe：0.21wt％、Mn：0.11wt％，余量为Al及正常杂质，杂质总量低于0.15wt％，每个杂质元素含量低于0.05wt％。

将上述成分的6XXX铝合金经半连续铸造获得的扁锭进行切头、铣面后进行均匀化处理，以30℃/h的速率随炉升温至550℃保温10h，之后再随炉冷却至500℃保温2h进行热轧，热轧终轧厚度为6mm。将获得的热轧板冷轧至不同厚度进行中间退火处理，中间退火工艺为330℃×2h，之后冷轧至1mm，再进行不同工艺的固溶处理以及不同工艺的预时效处理获得成品板材。板材冷轧、固溶及预时效工艺如表1所示。

对所获得成品板材停放一周和六个月后进行屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)和延伸率(EL)测试；板材经2％预拉伸+185℃×20min模拟烤漆(BH)后进行YS测试。所有力学性能测试样品沿垂直轧制方向进行取样，试样尺寸采用GB/T228的推荐的A50拉伸试样。

将存放一周后的成品板材，截取长度为250mm，宽度为35mm的矩形样品进行表面漆刷线和橘皮缺陷评价，样品长度方向垂直于轧制方向，宽度方向沿轧制方向。将样品沿长度方向预拉伸10％，再用320#砂石对板材表面轻微打磨，然后进行板材表面漆刷线强度评价，漆刷线强度计算方法见附录1；将样品沿长度方向预拉伸10％后，目视进行橘皮缺陷评价。

表2给出了实施例和比较例的力学性能及表面质量评价结果。其中，板材表面漆刷线缺陷评价方法如下——

漆刷线强度：I＝L/W

表示试样宽度方向最长连续隆起的长度；W表示试样宽度。

当I＞40％时，表示漆刷线缺陷强烈，无法满足使用要求；

当I≤40％时，漆刷线缺陷微弱；

当I＝0％时，无漆刷线。

以下结合表1和表2的实施例及对比例数据进行详细比对，以彰显本发明的创新性技术效果。

如表1所示的实施例中，按照序号1～9工艺制备的板材满足本发明要求，板材停放6个月后屈服强度保持为110～140MPa，延伸率≥24％，经2％预拉伸+185℃×20min模拟烤漆(BH)后，屈服强度大于180MPa，无表面漆刷线、橘皮等缺陷。而比较例中，按照序号10～17工艺制备的板材因不满足本发明的工艺范围，导致如下结果(如表2)：

比较例10因最终冷轧率偏低，导致成品板材晶粒粗大，导致板材表面严重橘皮缺陷。

比较例11因最终冷轧率偏高，导致成品板材中立方晶粒沿轧制方向呈带状分布，导致板材表面严重漆刷线缺陷。

比较例12因固溶处理时间太短，导致板材中的Mg、Si原子未能完全固溶，导致板材烤漆后屈服强度低于180MPa。

比较例13因固溶处理时间太长，导致Mg、Si原子固溶量过大以及成品板材晶粒尺寸粗大，引起板材力学性能稳定性能较差，六个月存放后屈服强度超过140MPa，此外，板材表面出现严重橘皮缺陷。

比较例14因预时效处理温度太低，导致预时效过程中形成的原子团簇数量过少且不稳定，引起板材室温停放过程中力学性能不稳定，六个月存放后屈服强度超过140MPa，同时烤漆后屈服强度低于180MPa。

比较例15因预时效处理温度太高，导致预时效过程中形成的原子团簇数量过多，导板材六个月存放后屈服强度超过140MPa，同时烤漆后屈服强度低于180MPa。

比较例16因预时效处理时间太短，导致预时效过程中形成的原子团簇数量过少，引起板材室温停放过程中力学性能不稳定，六个月存放后屈服强度超过140MPa，同时烤漆后屈服强度低于180MPa。

比较例工艺17因预时效处理时间太长，导致预时效过程中形成的原子团簇数量。

综上所述，本发明通过合理的冷轧、固溶及预时效工艺控制，同时保证了6XXX系铝合金板材在六个月停放期间的力学性能稳定性、烤漆硬化性能及表面质量。

表1：实施例和比较例所采用的冷轧、固溶及预时效工艺

Claims (1)

1.一种汽车车身用6XXX系铝合金板材的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

①将纯铝、各种中间合金按配比进行熔化，熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭，所述6XXX系合金各组分及其质量百分比为：Si：0.5～1.5 wt％、Mg：0.25～0.6 wt％、Fe≤0.3 wt％、Mn≤0.2 wt％，余量为Al及正常杂质，且，杂质总量低于0.15 wt％，每种杂质元素的含量低于0.05 wt％；

②将铸锭进行切头和铣面处理后放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化加热温度为500～600℃，保温时间为5～20h；

③完成均匀化处理后的铸锭冷却至开轧温度，保温1～10h后开始进行热轧，所述热轧开轧温度为450～550℃，热轧终轧厚度为3～10mm；

④将热轧板进行多道次冷轧至1.5～5mm厚度后再进行中间退火处理，所述中间退火处理的条件是，退火温度为300～400℃，退火时间为1～5h；

⑤将退火后的板材冷轧至0.8～1.2mm厚度，保证冷轧压下率为30％～70％；

⑥将⑤中得到的冷轧板材在500～560℃温度下固溶、水淬处理15s～30min，然后在60～100℃温度下预时效处理2～10h，即可获得成品板材。