CN104775062B

CN104775062B - 一种高强度铝合金材料、铝合金板及其制造方法

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Publication number: CN104775062B
Application number: CN201510198770.6A
Authority: CN
Inventors: 徐世伟; 蒋浩民; 唐伟能; 张丕军
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: CN104775062A

Abstract

本发明公开了一种高强度铝合金材料，其化学元素质量百分比含量为：1.5％≤Mg≤3.0％；0.05％≤Si≤0.2％；0.1％≤Mn≤0.2％；0.2≤Fe≤0.4％；0＜Cu≤0.03％；0＜Ti≤0.05％；0.05％≤Ca≤0.15％和0.05％≤Sr≤0.15％的至少其中之一；其余为Al和其他不可避免杂质。本发明还公开了一种由上述铝合金材料制成的铝合金板。本发明又公开了一种铝合金板的制造方法，其包括步骤：双带式铸造、冷轧、在线固溶处理和在线时效预处理。本发明所述的高强度铝合金材料和铝合金板具有较高的强度和良好的自然时效稳定性。经喷漆烘烤后，该高强度铝合金材料和铝合金板的屈服强度＞300Mpa。

Description

一种高强度铝合金材料、铝合金板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种合金材料，尤其涉及一种铝合金材料。本发明还涉及了一种由该铝合金材料制成的铝合金板及其制造方法。

背景技术

汽车用材轻量化是当前汽车制造商关注的焦点。将铝合金板材用于汽车结构件制造的情况也日益增多，可选用材料有2000系、5000系和7000系合金材料。然而，含Cu的2000系合金材料的耐腐蚀不佳，5000系合金材料在烘烤处理过程中容易发生软化现象，而7000系合金材料的延伸率不足而会造成材料加工的困难。可进行热处理强化的6000系Al-Mg-Si合金材料因具备较好的成形性、耐腐蚀性和可焊接性能，目前正逐渐得到广泛地应用，尤其在汽车的内外板和结构件制造领域。

但是6000系Al-Mg-Si合金材料在固溶处理后会发生自然时效现象，镁硅原子在室温下会发生偏聚，引起屈服强度的升高。特别在铝合金板材的运输和存储过程中，随着时间的推移，板材的机械性能会不稳定，经常是屈服强度和抗拉强度均上升，而延伸率则显著下降，导致时效后的铝合金板材在冲压时回弹现象严重，甚至在包边加工时发生开裂，严重影响产品质量。此外，6000系Al-Mg-Si合金材料在常规的铸造和轧制条件下经喷漆烘烤处理后的屈服强度通常都会低于300MPa，无法满足汽车工业对于更高强度的汽车用轻量化铝板结构件的需求。

公开号为CN1974814A，公开日为2007年6月6日，名称为“一种汽车用Al-Mg-Si-Cu合金及其加工工艺”的中国专利文献公开了一种Al-Mg-Si-Cu合金及其制造方法。该专利文献所公开的Al-Mg-Si-Cu合金包括(以质量百分比含量计)：Mg：0.4～2wt％，Si：0.5～1.5wt％，Cu：0.01～0.5wt％，Fe：0.05～0.15wt％，Mn：0.01～0.1wt％，Cr：0～0.15wt％，Zn：0～0.30wt％。该Al-Mg-Si-Cu合金的加工工艺的步骤包括：将熔铸得到的铸锭在450～600℃下均匀化退火10～20小时，然后在400～550℃下保温1～2小时后进行热轧；热轧结束后，板材在280～560℃保温退火1～2小时，接着进行冷轧；冷轧结束后，在530～580℃之间保温1～2小时进行固溶处理。

公开号为CN101490291A，公开日为2009年7月22日，名称为“高强度铝合金板及其制造方法”的中国专利文献。此专利文献记载了一种铝合金板及其制造方法。该专利文献所公开的铝合金板包括化学元素：2.0-3.3wt.％的Mg、0.1-0.5wt.％的Mn和0.2-1.0wt.％的Fe，余量为不可避免杂质和Al，不可避免杂质当中Si少于0.20wt.％；且金属间化合物的平均圆形当量直径为1μm或更小；金属间化合物的面积比为1.2％或更多；再结晶颗粒的平均直径为10μm或更小。该铝合金板的制造方法的步骤包括：将具有上述化学组成的铝合金熔体浇注在双带式铸造机中，在1/4铸坯厚度位置处以50-200℃/秒冷却速率铸造厚度6-15mm的薄板坯，并将其卷绕成卷，然后以60-98％的冷轧压下率对其进行冷轧以形成板，通过连续退火炉以100℃/分钟或更高的加热速率、并在400-520℃保持温度下以5分钟内的保持时间对其进行最终退火。

日益发展的汽车制造工业亟需具有高强度(尤其是经喷漆烘烤处理后的屈服强度较高)、良好的长时间自然时效稳定性且可以实现规模化大工业生产的铝合金材料及铝合金板材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度铝合金材料，其具有较高的强度，尤其在经过喷漆烘烤处理后，该铝合金材料的屈服强度较高。同时，该高强度铝合金材料具备优良的自然时效稳定性，经过长时间自然时效后，铝合金材料的屈服强度、抗拉强度及延伸率等各项综合性能的稳定性好。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高强度铝合金材料，其化学元素质量百分比含量为：

1.5％≤Mg≤3.0％；

0.05％≤Si≤0.2％；

0.1％≤Mn≤0.2％；

0.2≤Fe≤0.4％；

0＜Cu≤0.03％；

0＜Ti≤0.05％；

0.05％≤Ca≤0.15％和0.05％≤Sr≤0.15％的至少其中之一；

其余为Al和其他不可避免杂质。

本发明所述的高强度铝合金材料中的各化学元素的设计原理为：

Mg：Mg通过溶解在Al基体中来增加铝合金材料的强度，同时添加Mg还可以增加铝合金材料的加工硬化性能，从而有助于改善材料的成形性。如果Mg含量小于1.5wt％时，则材料的强度变低，如果Mg含量大于3.0wt％，则材料的屈服强度太高，而材料的形状固定性会显著下降。对于本发明所述的高强度铝合金材料来说，需要将Mg含量控制为：1.5-3.0wt.％。

Si：Si是铝合金材料添加的主要合金元素，是形成Mg-Si系金属间化合物的关键元素。由于Si的原子半径比Al原子小，而Mg的原子半径比Al原子大，同时Mg和Si元素之间混合焓的负值较大，故Mg原子和Si原子能够形成稳定的原子间结合，在变形过程中可以形成纳米团簇、规则G.P区和稳定的金属间化合物，在热变形过程中可以起到析出强化、弥散强化和促进再结晶的作用，在后续喷漆后的烘烤处理过程中就可以发展成纳米级的析出物，从而使得该铝合金材料具有更高的强度。经固溶处理后，Mg、Si原子固溶在基体中，在随后的自然时效、低温人工时效或烘烤处理中偏聚长大并析出，有助于强度的提升，但是也会引起自然时效。另外，如果Si元素的含量过高，也容易在铸造过程中形成粗糙的金属间化合物，使得材料的成形性下降。因此，本发明中优选Si：0.05-0.2wt.％。

Mn：Mn在均热化处理中生成弥散颗粒，这个颗粒可以妨碍再结晶后的晶粒长大，以起到细化晶粒的效果。同时，该颗粒能够溶解杂质铁，以形成Al₆(FeMn)，减少铁的有害作用。如果Mn的含量小于0.1wt.％，则该效果并不充分，如果Mn的含量超过0.2wt.％，则容易生成粗大的树枝状AlFeSiMn系金属间化合物，严重地恶化材料的包边性能。鉴于此，本发明所述的高强度铝合金材料中的Mn元素应当控制在0.1wt.％-0.2wt.％范围之间。

Fe：Fe是作为基体金属杂质存在于铝合金材料中的，需要对其含量进行控制。在铸造凝固过程中与Mn、Si一起以片层状的Al₆(FeMn)和Al₁₂(FeMn)₃Si金属间化合物形式析出，热轧卷取后以该结晶物为形核点进行再结晶，得到微细的再结晶晶粒，从而增加材料的强度并改善材料的成形性。一旦Fe含量小于0.2wt.％，则材料就不能获得以上效果，若是Fe含量大于0.4wt.％，则会引起粗大的树枝状金属间化合物，尤其是，当这些金属间化合物的片层厚度大于0.5μm时，更容易造成材料的强度和成形性的劣化。为此，本发明的高强度铝合金材料中的Fe含量应当控制为：0.2wt.％≤Fe≤0.4wt％。

Cu：Cu在铝合金材料中固溶，在时效过程中，Cu形成Q'相析出(Q'相为一种沿着铝基体<001>_Al方向生长的板条状的析出相)，以有效地提高材料的烘烤硬化性能。但是，Cu易于在晶界聚集，会显著地降低材料的耐腐蚀性能和成形性能。基于此，在本发明的技术方案中需要添加一定含量的Cu，并需要将Cu含量的上限设定为0.03wt.％。

Ti：Ti是优良的铸锭细化剂。铸锭的晶粒得到微细化后，能够有效地提高材料的成形性。可是，若Ti的含量超过0.05wt.％，在材料中会形成粗大的结晶物，这样反而会劣化材料的成形性。故而，本发明所述的高强度铝合金材料中的Ti的含量不得超过0.05wt.％。

Ca、Sr：Ca和Sr的原子半径均大于Al，Ca、Sr原子和Al原子的混合焓的负值分别是Al-Si原子混合焓的10倍和8倍，Ca、Sr原子和Si原子的混合焓的负值分别是Mg-Si原子混合焓的3.4倍和3.2倍。在热变形或时效时更易于形成稳定的纳米团簇或规则G.P区。但是，过量的Ca和/或Sr容易形成块状的金属间化合物(例如，Al₂Ca、Al₄Ca、Al₂Sr、Al₄Sr等)，该金属间化合物会恶化材料的性能。为了保证有效的固溶和析出，在本发明的技术方案中需要添加0.05-0.15wt.％的Ca和/或0.05-0.15wt.％的Sr。需要注意的是，这两种元素可以同时添加，也可以仅添加任意的其中一种。此外，Ca和Sr是成本较低、微量添加的合金元素。

本发明的技术方案，适当添加上述微量、廉价的合金元素，充分利用析出强化、晶粒细化及弥散强化来提高铝合金材料的强度，优化现有的铝合金材料的化学成分。

需要说明的是，本发明所述的高强度铝合金材料在确保以上各项化学元素含量在上述限定的范围的情况下，可以大量使用再生铝或废铝，以提高资源的循环利用。

进一步地，本发明所述的高强度铝合金材料中的其他不可避免的杂质总量控制为≤0.15％。

除了上述化学元素成分和Al元素之外，本发明的高强度铝合金材料中还含有其他不可避免的杂质，例如，Cr、Zn等。为了避免这些杂质影响本发明的铝合金材料的综合性能，需要对其总量进行控制，即其总量不得超过0.15wt.％。

进一步地，本发明所述的高强度铝合金材料的微观组织包括α(Al)固溶体以及细小的析出相，该析出相在形态上包括纳米团簇、规则G.P区和纳米颗粒。

其中，数个到数百个原子偏聚在一起，形成的纳米尺度的超微粒子称之为纳米团簇。团簇是介于原子、分子与宏观固体物质之间的物质结构的新层次，是各种物质由原子向大块物质转变的过渡状态。较之于块体材料和原子，纳米团簇具有完全不同的物理和化学性能，并且其性能随着尺寸变化具有显著变化的特征，其表面能非常高，且表现出量子效应特性。规则G.P区是指合金固溶体中形成的过渡组织形态，具体来说，是指溶质原子的富集区，该规则G.P区的晶体结构与基体相同。例如该铝合金中，Cu等溶质原子集中在Al晶格的{100}面上，形成的规则G.P区中的成分w_Cu约为90％，其形状为圆盘形，直径5nm(室温)-60nm(150℃)，厚度<1nm。高温下时效时，规则G.P区的直径急剧长大，且Cu原子和Al原子逐渐形成规则的排列，即形成正方有序化结构。纳米颗粒则是指纳米尺寸的析出物。

更进一步地，上述析出相在成分上包括：AlMgSi、AlCaSi、AlSrSi、AlMnSi、AlMgSiCa、AlMgSiSr和AlFeMnSi的至少其中之一。

在本发明所述的高强度铝合金材料中包括Mg、Si、Mn、Cu、Fe、Ti及Ca(和/或Sr)，通过对于前述添加的合金化元素的热力学计算后所获得的结果，可知Ca、Mn、Sr与Al、Si元素之间也具有很好的匹配关系。Ca、Mn、Sr的原子半径均大于Al原子，Si的原子半径小于Al原子，同时Ca-Al、Sr-Al、Al-Mn、Ca-Si、Sr-Si、Sr-Mn原子间的混合焓的负值比较大，因此，可以形成更为稳定的纳米团簇、规则G.P区和纳米颗粒，以使得铝合金材料经过长时间自然时效后仍具有良好的强度稳定性。

由于上述多种元素的添加，故而，析出相在成分上至少包括：AlMgSi、AlCaSi、AlSrSi、AlMnSi、AlMgSiCa、AlMgSiSr和AlFeMnSi的至少其中之一。析出相形成了多种细小强化相的复合组织，其兼具较好的强化效果和热稳定性，有利于保证铝合金材料兼具良好的自然时效稳定性和综合力学性能。经过喷漆烘烤处理后，铝合金材料中大量的析出物也可以显著地提高材料的强度。

更进一步地，上述α(Al)固溶体的平均晶粒尺寸在15μm以下。

粗大晶粒逐渐得到破碎细化，即晶粒细化，不仅能提高材料的加工塑性，还能提高其强度和抗凹性能，从而令材料获得更为优良的综合力学性能。本发明所述的铝合金材料基于合理的成分设计并结合优化的工艺步骤，通过析出物对再结晶的行核促进，并对再结晶晶粒长大的抑制，以将α(Al)固溶体晶粒尺寸控制得细小且尺寸大小均匀(平均晶粒尺寸≤15μm)，从而令铝合金材料具备更高的强度。

更进一步地，上述析出相的等效圆直径在1μm以下。等效圆直径是指一不规则的几何形状，与其面积相同的圆形的直径。

更进一步地，上述析出相占微观组织的面积比率约为1.3-1.5％。

上述析出相均匀分散在基体中并在铝合金材料变形时有效地钉扎位错，从而有利地提高铝合金材料的强度，尤其是经喷漆烘烤处理后铝合金材料的屈服强度。

本发明的另一目的在于提供一种铝合金板，该铝合金板具有较高的强度，该铝合金板经过喷漆烘烤处理后的屈服强度超过300Mpa。经过长时间自然时效后，该铝合金板的屈服强度、抗拉强度及延伸率等各项力学性能稳定。该铝合金板适合于对强度要求较高的汽车轻量化零部件的制造领域。

为了达到上述目的，本发明所提供的铝合金板是通过上文所提及的高强度铝合金材料而制得的。

相应地，本发明还提供了上述铝合金板的制造方法，该制造方法包括步骤：双带式铸造、冷轧、在线固溶处理和在线时效预处理。

基于本发明的技术方案，双带式铸轧是一种将熔体浇铸于在垂直方向上相对的水冷旋转带之间的连续铸造方法，其通过由带表面进行冷却而使熔体固化，从而得到铝合金板坯，并将该板坯从浇铸相反侧连续拔出，并将卷取其成卷。

进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述在线固溶处理步骤中，将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到500～560℃，保温5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

在线固溶处理步骤是本发明所述的铝合金板的制造方法中的一个关键步骤，其目的在于使得Mg、Si、Ca(和/或Sr)原子尽可能多地固溶，以确保成形后板材的烘烤硬化性能。加热温度不低于500℃，但是，若温度超过560℃时，则共晶熔融将导致板材的延伸率下降，并且使得板材表面性能劣化。铝合金板的加热速度为80～120℃/s，达到指定范围温度后(即500～560℃)，保温时间5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

在本技术方案中，可以通过调节轧制速率或调节产线长度来实现达到以上保温时间。加热方式也可以采取多种方式，例如，感应加热或加热炉加热。相较于电阻加热炉，以感应加热方式加热板材的加热效率高，预热时间短，生产效率提高，缩短生产时间。

更进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述在线固溶处理步骤中，以水冷的方式冷却到20～60℃。

基于本发明的技术方案，在线固溶处理步骤中的冷却方式可以采用空冷、风冷或水冷。优选地，采用水冷方式冷却到20～60℃。

更进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述在线固溶处理步骤中，将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到500～520℃。

进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，可以采用在线退火步骤替代所述在线固溶处理步骤。在线退火处理的目的是利用冷轧过程中板材内部积累的位错移动和重排形成微细的再结晶组织。

更进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述在线退火步骤中，将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到400～520℃，保温5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

在线退火处理的加热温度为400～520℃，其原因在于：一旦加热温度低于400℃，则板材内的再结晶缓慢或是再结晶无法进行，然而，当加热温度高于520℃，则板材内的再结晶会迅速长大，不容易得到微细的再结晶组织。铝合金板的加热速度为80～120℃/s，达到指定范围温度后(即400～520℃)，保温时间5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

在本技术方案中，可以通过调节轧制速率或调节产线长度适当保温。加热方式也可以采取多种方式，例如，感应加热或加热炉加热。优选采用感应加热装置，以提高加热效率，缩短加热时间。

更进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述在线退火步骤中，以水冷的方式冷却到20～60℃。

在线退火步骤中的冷却方式可以采用空冷、风冷或水冷。优选地，采用水冷方式冷却到上述指定温度范围。

进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述在线时效预处理步骤中，将铝合金板以10～100℃/s的加热速度加热到85～120℃，保温5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

更进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述在线时效预处理步骤中，以水冷的方式冷却到20～60℃。

进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述双带式铸造步骤中，以100～500℃/s的冷却速度从液相线温度冷却到固相线温度，以控制成分偏析并抑制粗大结晶物的生成，从而使得板坯中的各种金属间化合物微细、均匀地析出，进而保证各种金属间化合物或析出物平均晶粒尺寸细小且均匀。

更进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述双带式铸造步骤中，冷却速度进一步控制为100～150℃/s。

更进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，在上述双带式铸造步骤中，铸造板坯的厚度为8～10mm。

进一步地，在本发明所述的铝合金板的制造方法中，上述冷轧步骤中，控制冷轧压下率为70～90％。

冷轧压下率越高，其应变畸变能越高，以使得后续的在线固溶处理步骤或在线退火步骤中的再结晶组织的晶粒越细小，从而令板材的表面性能越好，因此，需要将冷轧压下率控制为70～90％。

本发明的技术方案，在冷轧前，通过双带式铸造控制板坯内的成分偏析并控制粗大结晶物的生成，在冷轧后，通过在线固溶处理(或者在线退火步骤)和在线时效预处理，进一步地细化组织中的晶粒，以获得强度高且各项综合力学性能更为优异的铝合金板材。

本发明所述的高强度铝合金材料具有较高的强度，经喷漆烘烤的该铝合金材料的屈服强度大于300Mpa。

另外，本发明所述的高强度铝合金材料经过长时间自然时效后仍具有优良的强度稳定性。

此外，较之于现有的铝合金材料，本发明所述的铝合金材料的各项综合性能更为优化。

本发明所述的高强度铝合金材料中仅添加种类较少的微量合金元素，合金效果好，生产成本低。

本发明所述的铝合金板具有较高的强度，优异的自然时效稳定性，优良的表面性能，良好的加工性能和较好的烘烤硬化性。该铝合金板适合于对强度要求较高的汽车轻量化零部件的生产制造，例如汽车外板。

通过本发明所述的铝合金板的制造方法能够生产获得强度高，自然时效稳定性优异，表面性能优良，加工性能良好且烘烤硬化性好的铝合金板。经喷漆烘烤的该铝合金板的屈服强度大于300Mpa。

由于本发明所述的铝合金板的制造方法采用了在线固溶处理步骤(或在线退火步骤)和在线时效预处理步骤，因此，加工效率显著提高，单位时间内产量增加，降低了生产成本。同时，在线处理工艺减少了中间环节、减少了人为因素对于制造过程的影响，提高了铝合金板产品质量的一致性和稳定性，大大地节省了生产时间。

附图说明

图1为实现本发明所述的铝合金板的制造方法中的冷轧、在线固溶处理(或在线退火)和在线时效预处理的轧机设备的结构示意图。

图2为实施例A1中的铝合金板的微观组织图。

具体实施方式

下面将结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的高强度铝合金材料、铝合金板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1显示了实现以下制造方法中的冷轧、在线固溶处理(或在线退火)和在线时效预处理的轧机设备的结构。

如图1所示，该轧机设备沿板坯的行进方向X依次设置有：左卷取机11，右转向辊12，轧机支承辊13，轧机工作辊14，第一在线感应加热装置15a，第一水冷装置16a，第一风冷装置17a，第二在线感应加热装置15b，第二水冷装置16b，第二风冷装置17b和右卷取机18。该轧机设备可以解决铝合金板在现有设备上的在线固溶处理(或在线退火)和在线时效预处理的问题，减少了中间环节，避免了人为因素对于生产进程的影响，提升了产品质量，大幅度节省了工业化生产时间，能够实现规模化的工业生产。但是需要说明的是，该设备并不是实施本技术方案的唯一设备，该设备也不作为对本技术方案的限定。

参见图1，按照下述步骤制造实施例A1-A8和对比例B1-B2中的铝合金板：

1)熔炼：以常规熔炼方法在熔融铝水中加入中间合金和细化剂，并控制各化学元素的质量百分比配比如表1所示；

2)双带式铸造：以100-500℃/s的冷却速度从液相线温度(720℃)冷却到固相线温度，铸造板坯厚度为8～10mm；

3)冷轧：右转向辊12将板坯输送至工作辊处，通过轧机工作辊14轧制板坯，控制冷轧压下率为70～90％，以获得厚度为1mm的冷轧板坯；

4)在线固溶处理：通过第一在线感应加热装置15a将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到500～560℃，保温5s～15s，然后通过第一水冷装置16a，以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃；

5)在线时效预处理：通过第二在线感应加热装置15b将铝合金板以10～100℃/s的加热速度加热到85～120℃，保温5s～15s，然后通过第二水冷装置16b，以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

需要说明的是，上述步骤(4)在线固溶处理步骤，可以采用在线退火步骤来替代，为了便于标识，将替代在线固溶处理步骤的在线退火步骤称为步骤(4)’。仍可以采用图1所示的轧机设备来实现在线退火步骤，通过第一在线感应加热装置15a将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到400～520℃，保温5s～15s，然后通过第一水冷装置16a，以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

此外，第一风冷装置17a和第二风冷装置17b可以作为辅助冷却装置，以更加快速地将板坯冷却到上述限定范围之内。

上述制造方法所涉及各步骤中的具体工艺参数详细参见表2。

表1列出了实施例A1-A8和对比例B1-B2的铝合金板中的各化学元素的质量百分比含量。

表1.(wt.％，余量为Al和其他不可避免的杂质)

序号	Mg	Si	Mn	Fe	Cu	Ti	Ca	Sr
									A1	1.5	0.05	0.12	0.21	0.01	0.03	0.09	-
A2	2.5	0.10	0.11	0.22	0.03	0.02	0.15	-
									A3	3.0	0.11	0.13	0.20	0.02	0.01	0.12	-
A4	2.5	0.2	0.20	0.39	0.01	0.04	0.05	-
									A5	1.5	0.09	0.10	0.25	0.02	0.03	-	0.09
A6	3.0	0.10	0.19	0.20	0.01	0.01	-	0.05
									A7	2.5	0.11	0.10	0.34	0.02	0.02	-	0.15
A8	2.5	0.15	0.13	0.23	0.02	0.03	0.10	0.05
									B1	1.5	0.10	0.11	0.20	0.01	0.01	-	-
B2	2.5	0.09	0.13	0.21	0.02	0.02	-

表2列出了实施例A1-A8和对比例B1-B2的铝合金板的制造方法的工艺参数。

表2.

将实施例A1-A8和对比例B1-B2中的铝合金板在室温中分别保持7天、30天和120天的自然时效，通过检测这些铝合金板的力学性能来评估其自然时效的稳定性。按照ASTM标准测试力学性能，检测项目包括0.2％屈服强度、抗拉强度、总延伸率。分别测试自然时效后铝合金板的单向拉伸性能(T4态)和烘烤硬化后性能(T8态)。其中，烘烤硬化后性能的测试条件是在预拉伸2％条件下，加热到185℃并烘烤20分钟，测试0.2％屈服强度的变化，其增长值为BH2。测试结果均列于表3中。

表3列出了实施例A1-A8和对比例B1-B2中的铝合金板自然时效后的单向拉伸的状态下(T4态)和烘烤硬化后的状态下(T8态)的力学性能参数。

表3.

由表3可以看出，相较于未添加Ca或Sr元素的对比例B1和B2，本案实施例A1-A8中的铝合金板未烘烤前经过长时间自然时效后的单向拉伸性能(屈服强度YS和抗拉强度TS)更为稳定，屈服强度波动相对较小，BH2值也较为稳定。与此同时，实施例A1-A8中的铝合金板的强度均高于对比例B1和B2中的铝合金板的强度，延伸率也并未发生明显的衰减，表现出优异的自然时效稳定性和优良的综合力学性能。尤其是，经喷漆烘烤后(T8)的实施例A1-A8中的铝合金板的屈服强度(YS)均超过300Mpa，然而，对比例B1和B2中的铝合金板的屈服强度(YS)却都小于300Mpa。

图2显示的是实施例A1中铝合金板在高倍透射电镜观察下的微观组织。从图2可以看出，该铝合金板在室温下放置120天后，板材中的微观组织包括α(Al)固溶体以及细小的析出相，其中，α(Al)固溶体的晶粒尺寸细小且尺寸大小均匀，其平均晶粒尺寸在15μm以下。同时，细小的析出相的等效圆直径均不超过1μm，并且析出相约占微观组织的面积比率在1.5％左右。

本发明通过合理的成分设计结合在线固溶处理工艺+在线时效预处理工艺来获得强度高，自然时效稳定性优异，表面性能优良，加工性能良好且烘烤硬化性好的铝合金板。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高强度铝合金材料，其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：

1.5％≤Mg≤3.0％；

0.05％≤Si≤0.2％；

0.1％≤Mn≤0.2％；

0.2≤Fe≤0.4％；

0＜Cu≤0.03％；

0＜Ti≤0.05％；

0.05％≤Ca≤0.15％和0.05％≤Sr≤0.15％的至少其中之一；

其余为Al和其他不可避免杂质；

所述高强度铝合金材料的微观组织包括α(Al)固溶体以及细小的析出相，所述析出相在形态上包括纳米团簇、规则G.P区和纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的高强度铝合金材料，其特征在于，其他不可避免的杂质总量控制为≤0.15％。

3.如权利要求1所述的高强度铝合金材料，其特征在于，所述析出相在成分上包括：AlMgSi、AlCaSi、AlSrSi、AlMnSi、AlMgSiCa、AlMgSiSr和AlFeMnSi的至少其中之一。

4.如权利要求1所述的高强度铝合金材料，其特征在于，所述α(Al)固溶体的平均晶粒尺寸在15μm以下。

5.如权利要求1所述的高强度铝合金材料，其特征在于，所述析出相的等效圆直径在1μm以下。

6.如权利要求1所述的高强度铝合金材料，其特征在于，所述析出相占微观组织的面积比率为1.3-1.5％。

7.采用如权利要求1-6中任意一项所述的高强度铝合金材料制得的铝合金板。

8.如权利要求7所述的铝合金板的制造方法，其包括步骤：双带式铸造、冷轧、在线固溶处理和在线时效预处理。

9.如权利要求8所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述在线固溶处理步骤中，将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到500～560℃，保温5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

10.如权利要求9所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述在线固溶处理步骤中，以水冷的方式冷却到所述20～60℃。

11.如权利要求9所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述在线固溶处理步骤中，将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到500～520℃。

12.如权利要求8所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，采用在线退火步骤替代所述在线固溶处理步骤。

13.如权利要求12所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述在线退火步骤中，将铝合金板以80～120℃/s的加热速度加热到400～520℃，保温5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

14.如权利要求13所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述在线退火步骤中，以水冷的方式冷却到所述20～60℃。

15.如权利要求8或12所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述在线时效预处理步骤中，将铝合金板以10～100℃/s的加热速度加热到85～120℃，保温5s～15s，然后以30～150℃/s的冷却速度冷却到20～60℃。

16.如权利要求15所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述在线时效预处理步骤中，以水冷的方式冷却到所述20～60℃。

17.如权利要求8或12所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述双带式铸造步骤中，以100～500℃/s的冷却速度从液相线温度冷却到固相线温度。

18.如权利要求17所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述双带式铸造步骤中，所述冷却速度进一步控制为100～150℃/s。

19.如权利要求17所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，在所述双带式铸造步骤中，铸造板坯的厚度为8～10mm。

20.如权利要求8或12所述的铝合金板的制造方法，其特征在于，所述冷轧步骤中，控制冷轧压下率为70～90％。