CN106906435B - 一种汽车车身用铝合金板材的高效制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车身用铝合金板材的高效制备工艺。包括以下步骤：(1)铝合金熔铸；(2)均匀化热处理；(3)对坯料进行热轧和/或冷轧，获得板带卷材；(4)对板带卷材进行连续式在线处理，包括预时效加热、涂油、卷取及控温冷却处理等工序；带材在预时效加热装置中以加热速率V_加热进行连续式升温至T₁，随后带材经过连续式涂油和卷取工序，成卷后卷材的温度为T₂，最后将卷材经过时长为t的控温冷却，冷却至60℃及以下处理结束，其中，1℃/s≤V_加热≤30℃/s，90℃≤T₁≤150℃，70℃≤T₂≤120℃，T₁≥T₂+15℃，60min≤t≤900min。本发明很好地解决了传统预时效技术对连续生产线占用时间长、生产效率低的突出问题，实现板材的高效率、节能生产。

Description

一种汽车车身用铝合金板材的高效制备工艺

技术领域

本发明涉及由国际铝业协会和中国有色金属标准化技术委员会所注册的6000系(Al-Mg-Si系)铝合金的制备工艺，特别设计一种汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，属于铝合金材料制备加工技术领域。

背景技术

对于汽车制造行业，降低汽车燃料消耗、节省能源，是全世界汽车工业永恒的发展主题。据资料显示，传统燃油汽车的整车重量每减少100kg，油耗可降低0.3-0.6L/100km，CO₂排放量可减少5g/km。作为汽车节能减排的有效途径之一，汽车轻量化已经成为世界汽车工业发展的主要潮流。铝合金的比重仅为钢的1/3，同时具有质轻、耐磨、耐腐蚀、比强度高，抗冲击性能好，易表面着色等特点，并且80％以上的铝材可以回收再利用，使得铝合金成为理想的汽车轻量化材料；而且承力相同时，铝合金比钢轻50％左右，承受同样的冲击，铝板比钢板多吸收50％的冲击能，更具安全性。汽车车身质量约占汽车总质量的30％以上，对车身进行铝化举足轻重。在所有车用铝合金材料中，6000系铝合金因具有优良综合特性特别是具有可热处理强化的特点，已成为汽车车身用铝合金的主要发展趋势。

铝合金车身板材在冲压成形前一般要求较低的屈服强度和较高的延伸率以保证具有良好地深冲成形工艺性能；而烤漆处理后，要求具有尽可能高的强度，以满足抗冲击性能的要求。在铝合金车身板材的生产过程中，由于运输和存储，固溶处理后的板材需要在室温放置一段时间后才能在汽车厂进行冲压和烤漆处理。众所周知，合金在固溶淬火过程中形成的过饱和固溶体在后续处置过程中倾向于形成原子团簇和析出相，这种倾向在室温放置的过程中即可发生，可称为自然时效过程(可使得合金获得T4状态)；这种倾向也可在当材料被加热到一定温度范围内发生(比如汽车常用烘烤温度范围170～200℃)，这种情况被称为人工时效。另外，在固溶处理和自然时效过程中间也可有选择性地施加一种预时效工艺，以提高板材的烤漆硬化响应能力，经这种预时效工艺处理后的合金板材可称之为T4P状态。对于汽车车身板用铝合金板材，其烤漆硬化响应能力是最为关键的使用性能指标之一。烤漆硬化响应通常是指T4或T4P状态板材经过深冲成形及烤漆处理后屈服强度值的增量。在实际应用过程中，一般要求合金板材具有快速烤漆硬化响应能力，从而保证烤漆后的钣金件具有高的抗凹性。

专利ZL200610046027.X公开了一种改善6111铝合金汽车板成形性及烤漆硬化性预热处理工艺，将6111铝合金板材固溶水淬后，室温下停放2小时～5天，进行预热处理，处理温度180℃～200℃，处理时间7min～15min，改善了合金板材的成形性及烤漆后的强度。专利文献201010545156.X(公开号CN101985728A)公开了一种改善6022铝合金烘烤硬化性能及成形性能的预热处理方法，将6022铝合金板材在530℃～555℃固溶处理10～20分钟后，水淬，然后在1天之内进行预热处理，处理温度为180～250℃，时间为20～60秒，可显著提高6022铝合金烘烤硬化性，同时对材料的成形性能也有一定的改善。专利ZL200710190078.4公开了一种改善低Cu含量铝合金汽车板烘烤硬化性能的方法，将6022板材固溶水淬后，在1h内进行预热处理，处理温度为60～200℃，处理时间在2min～30min，使得板材烘烤硬化性得到显著提高。

但上述专利以及其他公开文献报道的相关技术存在明显的不足，主要体现在两个方面：一是处理温度高或处理时间长，难以满足工业化连续式处理生产线对预时效设备提出的温度(最高温度一般为140℃)和时间(受生产线走带速度影响，速度越快越有利于减少连续式生产线的占用时间，提高生产效率)的设计要求，不适于进行工业化批量连续化生产；二是没有考虑利用工业化连续式生产线处理后带卷的余温进行预时效保温处理。

发明内容

本发明的目的是针对制约汽车车身用铝合金板材工业化连续式生产的技术瓶颈，提供一种汽车车身用铝合金板材的高效制备工艺，在保证6000系铝合金的优良烤漆硬化响应能力及成形性能兼顾的前提下，解决传统预时效技术对连续生产线占用时间长、生产效率低的突出问题，实现板材的高效率、节能生产。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车车身用铝合金板材的高效制备工艺，主要包括以下步骤：

(1)铝合金熔铸，获得半连续铸造扁锭；

(2)对半连续铸造扁锭进行均匀化热处理得坯料；

(3)对坯料进行热轧和/或冷轧，获得某一厚度规格的板带卷材；

(4)对板带卷材进行连续式在线处理。

其特征在于，连续式在线处理包括开卷、清洗、固溶淬火处理、张力矫直、碱洗、酸洗、转化处理、预时效加热、涂油、卷取工序，最后对卷材进行控温冷却处理；其中，带材在预时效加热装置中以加热速率V_加热进行连续式升温至T₁，随后带材经过连续式涂油和卷取工序，成卷后卷材的温度为T₂，最后将卷材置于某一环境中经过时长为t的控温冷却，冷却至50℃及以下处理结束，其中，1℃/s≤V_加热≤30℃/s，90℃≤T₁≤150℃，70℃≤T₂≤120℃，T₁≥T₂+15℃，60min≤t≤900min。

所述预时效加热的方式可以选择气体燃烧加热、感应加热、红外加热、电炉加热等加热方式中的一种或两种以上的组合。

所述控温冷却的实现方式可以选择在室温环境中进行自然冷却、在某一控温装置中进行人工保温、在某一控温装置中加速冷却等方式中的一种或两种以上的组合。

本发明的制备工艺主要适用于已在AA注册的各种车身用6000系铝合金牌号，尤其适用于Zn元素含量高于0.25％(质量分数)的新型6000系铝合金车身板材。

经本发明的制备工艺制备的6000系铝合金车身带材经170-180℃×20-30min烤漆处理后，其烤漆硬化响应能力(屈服强度增加值)不低于70MPa，优选不低于100MPa，更为优选不低于120MPa。该板材主要应用于汽车车身覆盖件的制造，尤其适用于载人轿车车身覆盖件的制造。

本发明的有益效果是：

本发明通过对铝合金车身板材制造方过程中的预时效处理技术参数及实现方式进行精细选择与合理搭配，使得6000系合金板材能够获得与现有T4P技术方案相当或更为优越的烤漆硬化响应能力及成形性能指标，同时很好地解决传统预时效技术对连续生产线占用时间长、生产效率低的突出问题，实现板材的高效率、节能生产。本发明对提高生产线的产量和减少连续式处理专用线的投资有重要意义。

附图说明

图1为本发明中的预时效加热以及卷材控温冷却处理工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，但发明的实施方式不仅限于此。

本发明的汽车车身用铝合金板材的高效制备工艺的主要步骤包括：(1)铝合金熔铸，获得半连续铸造扁锭；(2)对半连续铸造扁锭进行均匀化热处理；(3)对坯料进行热轧和/或冷轧，获得某一厚度规格的板带卷材；(4)对板带卷材进行连续式在线处理，包括开卷、清洗、固溶淬火处理、张力矫直、碱洗、酸洗、转化处理、预时效加热、涂油、卷取工序，最后对卷材进行控温冷却处理。如图1所示，步骤(4)中的卷材的预时效加热以及控温冷却处理技术细节是本发明的技术关键，其主要技术特征是，带材在预时效加热装置中以加热速率V_加热进行连续式升温，带材在预时效加热装置的出口位置的温度为80℃至150℃温度范围内某一温度点T₁，带材在经过连续式涂油、卷取工序后温度会有所下降，成卷后卷材的温度T₂，随后将卷材在某一环境中进行控温冷却，当卷材温度降低至60℃及以下时处理过程结束。

实施例1

将本发明应用于商业化AA6016铝合金，其名义成分范围(质量分数，％)：Si 1.0-1.5，Fe不高于0.5，Cu不高于0.2，Mn不高于0.2，Mg 0.25-0.6，Cr不高于0.1，Zn不高于0.2，Ti不高于0.15，余量Al以及不可避免的其他杂质；在其中选择一种典型合金成分：1.04％Si，0.44％Mg，0.1％Cu，0.08％Mn，0.05％Zn，0.02％Cr，余量Al以及不可避免的其他杂质。合金经熔铸、均匀化处理、热轧、中间退火以及冷轧等环节获得厚度为0.95mm的合金带卷，在连续式生产线上进行开卷、清洗、固溶淬火处理、张力矫直、碱洗、酸洗、转化处理、预时效加热、涂油、卷取等工序，随后对带卷进行控温冷却处理，预时效加热及控温冷却技术方案如表1所示，获得T4P态样品。最后对T4P态样品进行变形量为2％的预变形以及170℃×20min模拟烤漆处理获得PB(Paint-baked)态样品。

表2所示为采用表1中不同技术方案后AA6016合金板材样品预时效处理占用连续式处理专用线时间和综合性能指标对比。从表中可以看出，与不进行预时效处理的T4处理工艺方案(1-1#工艺)，采用T4P预时效工艺(包括不属于本发明的1-2#～1-4#工艺和本发明范围内的1-5#～1-16#工艺)均可以使材料在供货状态下具有较好成形性(即拥有较低的屈服强度和较高的伸长率、杯突值、n值)的同时，获得优异的烤漆硬化响应特性，即烤漆后材料的屈服强度增量明显增加，这充分说明了预时效处理工艺(T4P)对于改善AA6016合金材料综合性能的重要意义。然而，与目前公开报道的T4P技术相比(1-2#～1-4#工艺)，本发明的T4P预时效处理技术(1-5#～1-16#工艺)不仅获得了上述综合性能的良好匹配，更为重要的是，其预时效处理占用连续式处理专用线时间大幅度减小，大幅度提高了工业化连续式生产效率，对提高产量、减少连续式处理专用线投资具有重要意义。

表1

表2

实施例2

将本发明应用于一种新型6000系铝合金，其名义成分范围(质量分数，％)：Si0.6-1.2，Cu 0.01-0.2，Mn 0.01-0.25，Mg 0.7-1.3，Zr 0.01-0.20，Zn 0.25-0.82，Fe不高于0.4，余量Al以及不可避免的其他杂质；在其中选择种典型合金成分：0.9％Si，0.95％Mg，0.16％Cu，0.10％Mn，0.5％Zn，0.11％Zr，余量Al以及不可避免的其他杂质。合金经熔铸、均匀化处理、热轧、中间退火以及冷轧等环节获得厚度为0.95mm的合金带卷，在连续式生产线上进行开卷、清洗、固溶淬火处理、张力矫直、碱洗、酸洗、转化处理、预时效加热、涂油、卷取等工序，随后对带卷进行控温冷却处理，预时效加热及控温冷却技术方案如表3所示，获得T4P态样品。最后对T4P态样品进行变形量为2％的预变形以及170℃×20min模拟烤漆处理获得PB(Paint-baked)态样品。

表4所示为采用表3中不同技术方案后新型6000系铝合金板材样品预时效处理占用连续式处理专用线时间和综合性能指标对比。从表中可以看出，采用本发明技术方案后，新型6000系铝合金获得了与实施例1中AA6016合金相似的效果，充分证明了本发明的创造性和实用性。

表3

表4

Claims (8)

1.一种汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，主要包括以下步骤：

(1)铝合金熔铸，获得半连续铸造扁锭；

(2)对半连续铸造扁锭进行均匀化热处理得坯料；

(3)对坯料进行热轧和/或冷轧，获得某一厚度规格的板带卷材；

(4)对板带卷材进行连续式在线处理，最后对卷材进行控温冷却处理；

其特征在于，连续式在线处理包括开卷、清洗、固溶淬火处理、张力矫直、碱洗、酸洗、转化处理、预时效加热、涂油、卷取工序，最后对卷材进行控温冷却处理；其中，带材在预时效加热装置中以加热速率V_加热进行连续式升温至T₁，随后带材经过连续式涂油和卷取工序，成卷后卷材的温度为T₂，最后将卷材置于某一环境中经过时长为t的控温冷却，冷却至60℃及以下处理结束，其中，1℃/s≤V_加热≤30℃/s，90℃≤T₁≤150℃，70℃≤T₂≤120℃，T₁≥T₂+15℃，60min≤t≤900min。

2.根据权利要求1所述的汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，其特征在于，预时效加热的方式为气体燃烧加热、感应加热、红外加热、电炉加热中的一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，其特征在于，控温冷却的实现方式为在室温环境中进行自然冷却、在控温装置中进行人工保温、在控温装置中加速冷却中的一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1所述的汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，其特征在于，主要适用于已在AA注册的各种车身用6000系铝合金牌号。

5.根据权利要求4所述的汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，其特征在于，适用于一种Zn元素质量百分含量高于0.25％的6000系铝合金车身板材。

6.根据权利要求1所述的汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，其特征在于，所制备的铝合金板材经170-180℃×20-30min烤漆处理后，其屈服强度增加值≥70MPa。

7.根据权利要求1所述的汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，其特征在于，所制备的铝合金板材主要应用于汽车车身覆盖件的制造。

8.根据权利要求7所述的汽车车身用6000系铝合金板材的高效制备工艺，其特征在于，所制备的铝合金板材适用于载人轿车车身覆盖件的制造。