CN105908026A - 汽车车身用5xxx系铝合金板材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

汽车车身用5xxx系铝合金板材及其制造方法，该板材各成分含量为：Mg：4.4~5.0wt%，Si≤0.1wt%，Fe≤0.25wt%，Mn≤0.25wt%，Cr≤0.05wt%，Cu≤0.3wt%，其余为Al以及难以避免的杂质元素；制造方法为：先将铝合金熔炼铸造成锭；然后进行双级均匀化处理，先以≥50℃/h升温至400~440℃，保温2h以上，然后再以≤30℃/h，升温至500~540℃，保温5h以上；之后进行热轧、冷轧、中间退火和最终冷轧；最后在450~530℃进行最终退火，退火方式为连续退火。本发明通过控制合金成分和铝合金板材的制备工艺，提高了铝合金板材的屈服强度和延伸率，在一定范围内增大晶粒尺寸，保证成形后板材表面不出现吕德斯带。

Description

汽车车身用5xxx系铝合金板材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种汽车车身用5xxx系铝合金板材及其制造方法，属于合金材料技术领域。
背景技术
随着全球汽车保有量的持续增加，能源消耗、环境污染及安全问题已成为全球汽车工业面临的三大严峻课题。为了在控制成本和保证性能的前提下，降低汽车能耗，提高燃油经济性，减少环境污染，进而保护地球环境、节约有限的能源，汽车公司正在积极推进汽车的轻量化。铝合金由于具有质轻、耐腐蚀、良好的加工成形性能及高回收再利用率等优良特性而成为实现汽车轻量化的理想材料。
汽车车身重量约占整车重量的30～40％，车身减重可带来显著的节能减排效果，因此车身的铝制轻量化一直是全球汽车企业轻量化工作的焦点。使用铝合金板材的汽车部件主要包括引擎盖、行李箱盖和前后车门等。其中引擎盖内板、车门内板等由于形状复杂，对板材的冲压成形性能要求较高。5xxx系铝合金板材因其优异的成形性能和较高的强度，可加工成形状复杂的零部件，比较适合用作汽车车身内板部件。
现有技术生产的5xxx系铝合金板材，延伸率偏低，导致汽车车身内板部件在后期冲压成形中易开裂，且深冲过程中通常会在产品表面产生吕德斯带，严重影响产品表面质量，不能满足汽车车身的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种延伸率高、冲压成形后表面不产生吕德斯带的汽车车身用5xxx系铝合金板材。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种汽车车身用5xxx系铝合金板材，其特征在于：该铝合金板材的成分为：Mg：4.4～5.0wt％，Si≤0.1wt％，Fe≤0.25wt％，Mn≤0.25wt％，Cr≤0.05wt％，Cu≤0.3wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。
前述汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，包括以下步骤：
①将铝合金按所述配比熔炼铸造成铸锭，并将铸锭进行铣面；
②将经步骤①处理后的铸锭进行均匀化处理，所述均匀化处理采用双级均匀化工艺，先以50～80℃/h升温至400～440℃，保温2h以上，然后再以10～30℃/h升温至500～540℃，保温5h以上，之后取出空冷；
③将经步骤②处理后的铸锭进行热轧，开轧温度＜500℃，终轧温度≥300℃，保证板材完全再结晶；
④将经步骤③处理后的板材进行中间退火及冷轧，中间退火温度300～350℃，保证板材完全再结晶且板材表面不发生严重氧化，冷轧率控制在50～70％；
⑤将经步骤④处理后的板材进行最终退火，退火温度控制在450～530℃之间。
进一步地，上述汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，其中，所述步骤①中，具体熔炼铸造的步骤为：首先将工业纯铝锭在710～770℃熔化，然后加入铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝通中间合金、铝铬中间合金、纯镁锭等，熔融净化、除气后进行铸造，铸造过程中加入含Ti晶粒细化剂，之后再进行浇注，浇注温度＜680℃。
进一步地，上述汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，其中，所述步骤2○中，先以50℃/h升温至420℃，保温2h，然后再以30℃/h升温至540℃，保温8h，之后取出空冷。
进一步地，上述汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，其中，所述步骤⑤中，所述最终退火采用连续退火。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：通过成分设计和优化，提高5xxx系铝合金板材的屈服强度和延伸率，在一定范围内增大晶粒尺寸，保证晶粒尺寸≥20微米，减小YPE至0，保证成形后板材表面不出现吕德斯带。同时，利用双级均匀化工艺，先在400～440℃保温让β相充分固溶，之后再在500～540℃保温让溶质元素扩散分布均匀，防止升温过快导致β相过烧，进而对板材的延伸率产生影响。
具体实施方式
本发明发明人在探索汽车车身用5xxx系铝合金板材制造过程中，发现汽车车身用5xxx系铝合金板中各成分含量对该板材的制造和质量有一定的影响。具体如下：
Mg：Mg是5xxx系铝合金的主要强化元素，主要以固溶强化的方式提高合金板材的屈服强度(YS)。Mg含量低于4.4％，合金强度太低；Mg含量高于5.0％，易形成吕德斯带，因此，Mg含量应严格控制在4.4～5.0％。
Fe:Fe元素对5xxx系铝合金来说均是有害的，会对合金板材的延伸率产生不利影响，因此应尽量少。
Si:Si元素对5xxx系铝合金来说均是有害的，会对合金板材的延伸率产生不利影响，因此应尽量少。
Mn：在一定范围内能提高5xxx系铝合金板材的晶粒尺寸，有利于消除YPE，但当Mn含量超过0.25wt％时，板材的延伸率会降低。因此，Mn含量≤0.25wt％。
Cr：Cr含量增加，板材的屈服强度(YS)和屈服应变(YPE)均增大，当Cr含量超过0.05％时，屈服应变(YPE)太大，导致成形后板材表面会出现吕德斯带，因此Cr含量≤0.05wt％。
因此，本发明提供一种汽车车身用5xxx系铝合金板材，所使用的合金成分如下：Mg：4.4～5.0wt％，Si≤0.1wt％，Fe≤0.25wt％，Mn≤0.25wt％，Cr≤0.05wt％，Cu≤0.3wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。
应用上述铝合金各成分的配比，本发明按照以下方法制造汽车车身用5xxx系铝合金板材，按所述成分进行熔炼铸造、铣面、均匀化处理、热轧、冷轧、中间退火，最后轧到成品厚度，进行最终退火得到成品板材。其中均匀化工艺采用双级均匀化，先以≥50℃/h升温至400～440℃，保温2h以上，然后再以≤30℃/h升温至500～540℃，保温5h以上，取出空冷。最终退火在连续退火炉中进行，处理温度为450～530℃，处理时间在10s以上。
具体步骤如下：
(1)熔炼铸造：首先将工业纯铝锭在710～770℃熔化，加入铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝通中间合金、铝铬中间合金、纯镁锭等，熔融净化、除气后进行浇铸，保证浇注温度＜680℃，防止过烧。浇铸过程中在流槽内加入含Ti晶粒细化剂，同时，需严格控制氢含量＜0.25ml/100g。
(2)均匀化处理：采用双级均匀化工艺，先以50～80℃/h升温至400～440℃，保温2h以上，然后再以10～30℃/h升温至500～540℃，保温5h以上，取出空冷。在400～440℃进行第一级均匀化是为了让β相充分溶解，之后在500～540℃进行第二级均匀化是为了保证溶质元素充分扩散，分布均匀，同时使金属间化合物分段。由于β相熔点较低，若β相过烧会对板材的延伸率产生不利影响，采用双级均匀化可以防止升温过快导致β相过烧。同时，采用双级均匀化可增大基体固溶量，对板材起固溶强化作用，同时可防止成品板材的晶粒长大太多，起到细晶的作用，有利于提高板材的屈服强度。
(3)热轧：开轧温度＜500℃，防止粘铝，终轧温度≥300℃，保证板材完全再结晶。
(4)中间退火与冷轧：
中间退火需保证板材发生完全再结晶，同时温度不能太高，以防止板材表面氧化严重，中间退火温度300～350℃。中间退火后的冷轧：保证冷轧率在50％～70％范围内，冷轧率太小或太大都会导致板材各向异性太大，板材成形性能不好。
(5)最终退火：最终退火采用连续炉退火，退火温度控制在450～530℃之间。低于450℃，最终板材的晶粒太小，屈服应变值高，易出现吕德斯带。高于520℃，最终板材晶粒太大，板材强度太低，不能满足汽车板对强度的要求。
上述方法制备得到的铝合金板材，本发明按照以下方法对其性能进行评价：根据GB/T228的要求，沿垂直轧制方向取样制备A50拉伸试样。评价板材抗拉强度、屈服强度、延伸率和r值，并测量应力应变曲线上第一个峰值与平台末端的区域，即屈服应变。且，根据ASTM-E112的要求，用晶界节点法对成品板材的平均晶粒尺寸进行统计。
以下，对比地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1
表1为通过本发明的合金成分制备出满足要求的铝合金板材实施例，以及使用本发明的合金成分之外的合金所制造出的铝合金板的性能。利用实施例和比较例中的合金成分制备铝合金板的工艺为：熔炼、铸造并对铸锭进行铣面和均匀化处理，其中均匀化工艺采用双级均匀化，先以50℃/h升温至420℃，保温2h，然后再以30℃/h升温至540℃，保温8h，取出空冷。对均匀化处理后的铸锭进行热轧，冷轧，中间退火，最终冷轧，之后在465℃进行连续退火，得到成品板材。最后根据GB/T228的要求，对所得成品板材进行力学性能评价实验，试验结果中屈服强度不在110～150MPa范围内、延伸率不在24％以上，屈服应变不为0的，晶粒尺寸小于20微米的，在其数值下面划下划线表示。
如表1所示的实施例中，序号1-5满足本发明的范围，屈服强度、延伸率与屈服应变均满足本发明的要求。另一方面，比较例中，序号6～10因不满足本发明的成分范围，所以导致如下结果：
比较例6因Mg元素含量过低，导致屈服强度不满足本发明的范围。
比较例7因Si含量过高，导致延伸率过低，不满足本发明要求。
比较例8因Fe含量过高，导致延伸率过低，不满足本发明要求。
比较例9因Mn含量过高，导致延伸率过低，不满足本发明要求。
比较例10因Cr含量过高，导致屈服应变过高，不满足本发明要求。
实施例2
对表1中的合金C按照熔炼→铸造→铣面→均匀化→热轧→冷轧→中间退火→冷轧→最终退火的工艺顺序进行板材制备。表2表示制备工艺对合金性能的影响。试验结果中屈服强度不在110～150MPa之间、延伸率＜24％、屈服应变值＞0，晶粒尺寸小于20微米的，在其数值下面划下划线表示。
如表2所示，表2为实施例与比较例的制备工艺与性能，实施例中，序号10-13的制备工艺满足本发明的范围，所得铝合金板材的屈服强度、延伸率、屈服应变值满足本发明的要求。比较例中，序号14-16因不满足本发明的工艺范围，所以导致如下结果：
比较例14因采用单级均匀化工艺，导致成品板材的屈服强度和延伸率均较低，不符合本发明的要求。
比较例15因第一级均匀化温度过高，第二级均匀化升温速率过快，温度过高，导致板材的延伸率低，不符合本发明要求。
比较例16因最终退火温度低于450℃，导致板材屈服应变值超过0.6％不符合本发明的要求。
综上所述，本发明通过合理的成分及均匀化、最终退火工艺的控制，进行5xxx系铝合金板材的制备，可获得高延伸率、屈服应变为0(不会引起吕德斯带)，晶粒尺寸≥20微米，屈服强度、抗拉强度和r值在汽车板使用要求范围内的5xxx系铝合金板材。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
表1：合金成分对合金性能的影响
表2：实施例与比较例的制备工艺与性能

Claims (5)

1.一种汽车车身用5xxx系铝合金板材，其特征在于：该铝合金板材的成分为：Mg：4.4~5.0wt%，Si≤0.1wt%，Fe≤0.25wt%，Mn≤0.25wt%，Cr≤0.05wt%，Cu≤0.3wt%，其余为Al以及难以避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
将铝合金按所述配比熔炼铸造成铸锭，并将铸锭进行铣面；
将经步骤处理后的铸锭进行均匀化处理，所述均匀化处理采用双级均匀化工艺，先以50~80℃/h升温至400~440℃，保温2h以上，然后再以10~30℃/h升温至500~540℃，保温5h以上，之后取出空冷；
将经步骤处理后的铸锭进行热轧，开轧温度＜500℃，终轧温度≥300℃；
将经步骤处理后的板材进行中间退火及冷轧，中间退火温度300~350℃，冷轧率控制在50~70%；
将经步骤处理后的板材进行最终退火，退火温度控制在450~530℃之间。
3.根据权利要求2所述的汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，其特征在于：所述步骤中，具体熔炼铸造的步骤为：首先将工业纯铝锭在710~770℃熔化，然后加入铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝通中间合金、铝铬中间合金、纯镁锭，熔融净化、除气后进行浇铸，浇铸过程中加入含Ti晶粒细化剂，浇注温度＜680℃。
4.根据权利要求2所述的汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，其特征在于：所述步骤中，先以50℃/h升温至420℃，保温2h，然后再以30℃/h升温至540℃，保温8h，之后取出空冷。
5.根据权利要求2所述的汽车车身用5xxx系铝合金板材的制造方法，其特征在于：所述步骤中，所述最终退火采用连续退火。
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