CN109890536A - 高强度7xxx系列铝合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述具有出乎意料的特性的7xxx系列铝合金和生产这类铝合金的新方法。所述铝合金表现出高强度并且可高度成形。所述合金通过连续铸造生产，并且能够热轧至最终规格和/或最终回火状态。所述合金能够用于汽车、运输、工业和电子设备应用，仅举几例。

Description

高强度7XXX系列铝合金及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年10月27日提交并且题为“《高强度7XXX系列铝合金及其制造方法(HIGH STRENGTH7XXX SERIES ALUMINUM ALLOY AND METHODS OF MAKING THE SAME)》”的美国临时申请号62/413,764；2017年7月6日提交并且题为“《制造铝合金板的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR MAKING ALUMINUM ALLOY PLATES)》”的美国临时申请号62/529,028；2016年10月27日提交并且题为“《解耦的连续铸造和轧制线(DECOUPLEDCONTINUOUS CASTING AND ROLLING LINE)》”的美国临时申请号62/413,591；和2017年5月14日提交并且标题为“《解耦的连续铸造和轧制线》”的美国临时申请号62/505,944的权益，其内容以全文引用的方式并入本文。
另外，本申请涉及Milan Felberbaum等人于2017年9月27日提交的标题为“《金属铸造和轧制线(METAL CASTING AND ROLLING LINE)》”的美国非临时专利申请号15/717,361，其公开内容以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及材料科学、材料化学、金属制造、铝合金和铝制造领域。
背景技术
铝(Al)合金在多种应用如汽车、运输、工业或电子设备相关应用中越来越多地取代钢和其它金属。在一些应用中，这类合金可需要表现出高强度、高可成形性、耐腐蚀性和/或低重量。然而，生产具有上述特性的合金是挑战，因为当经由已建立的方法生产时，常规方法和组成不可实现不同应用所需的必要要求、规范和/或性能。举例来说，具有高溶质含量(包括铜(Cu)、镁(Mg)和锌(Zn))的铝合金在铸造时可导致开裂。
发明内容
本发明的涵盖实施例由权利要求书限定，而非由此发明内容限定。此发明内容为本发明的各种方面的高级概述，并且介绍下文在具体实施方式章节中另外描述的一些概念。此发明内容既不旨在识别所要求保护的主题的关键或必需特征，也不旨在单独地用于确定所要求保护的主题的范围。应参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每项权利要求来理解主题。
本文提供表现出高强度和高可成形性并且在铸造期间和/或之后不表现出开裂的铝合金，以及制造和加工合金的方法。合金可用于汽车、运输、航空航天、工业和电子设备应用，列举几例。
在一些实例中，生产铝合金产品的方法包含连续铸造铝合金以形成板坯，其中铝合金包含约0.03–1.2wt％Si、0.06–1.5wt％Fe、0.04–6.0wt％Cu、0.005–0.9wt％Mn、0.7–8.7wt％Mg、0–0.3wt％Cr、1.7–18.3wt％Zn、0.005–0.6wt％Ti、0.001–0.4wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al，和将板坯热轧至最终规格，而无需在最终规格之前冷轧板坯。在一些情况下，铝合金包含约0.06–0.35wt％Si、0.12–0.45wt％Fe、1.0–3.0wt％Cu、0.01–0.25wt％Mn、1.5–5.0wt％Mg、0.01–0.25wt％Cr、3.5–15.5wt％Zn、0.01–0.15wt％Ti、0.001–0.18wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al。在一些实例中，铝合金包含约0.07–0.13wt％Si、0.16–0.22wt％Fe、1.3–2.0wt％Cu、0.01–0.08wt％Mn、2.3–2.65wt％Mg、0.02–0.2wt％Cr、5.0–10.0wt％Zn、0.015–0.04wt％Ti、0.001–0.15wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al。在一些情况下，方法另外包括在从连续铸造板坯的连续铸造机离开时使板坯冷却。冷却步骤可包括用水使板坯淬火或使板坯空气冷却。任选地，在热轧板坯的步骤之前使连续铸造板坯卷绕。在一些实例中，方法可另外包括在将板坯热轧至最终规格之前将板坯卷绕成中间卷材、在将板坯热轧至最终规格之前预热中间卷材，和/或在将板坯热轧至最终规格之前将中间卷材均质化。任选地，方法另外包括使最终规格的铝合金产品固溶、使最终规格的铝合金产品淬火，和使最终规格的铝合金产品老化。在一些情况下，不执行冷轧步骤。在一些实例中，在连续铸造之后和在热轧之前，板坯没有长度大于约8.0mm的裂缝。
在一些实例中，生产铝合金产品的方法包含连续铸造铝合金以形成板坯，其中铝合金包含约0.03–1.2wt％Si、0.06–1.5wt％Fe、0.04–6.0wt％Cu、0.005–0.9wt％Mn、0.7–8.7wt％Mg、0–0.3wt％Cr、1.7–18.3wt％Zn、0.005–0.6wt％Ti、0.001–0.4wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al，和将板坯热轧至最终规格和最终回火状态。在一些情况下，铝合金包含约0.06–0.35wt％Si、0.12–0.45wt％Fe、1.0–3.0wt％Cu、0.01–0.25wt％Mn、1.5–5.0wt％Mg、0.01–0.25wt％Cr、3.5–15.5wt％Zn、0.01–0.15wt％Ti、0.001–0.18wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al。在一些实例中，铝合金包含约0.07–0.13wt％Si、0.16–0.22wt％Fe、1.3–2.0wt％Cu、0.01–0.08wt％Mn、2.3–2.65wt％Mg、0.02–0.2wt％Cr、5.0–10.0wt％Zn、0.015–0.04wt％Ti、0.001–0.15wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al。在一些情况下，铸造板坯在铸造期间和/或之后不表现出开裂。在一些情况下，在连续铸造步骤之后和在热轧步骤之前，板坯没有长度大于约8.0mm的裂缝。任选地，不执行冷轧步骤。
本文还提供根据本文所述方法制备的铝合金产品。铝合金产品可为铝合金片、铝合金板或铝合金薄板。当处于T6回火状态时，铝合金产品可包含至少560MPa的长横向拉伸屈服强度。任选地，当处于T6回火状态时，铝合金产品可包含约80°至约120°的弯曲角。任选地，当处于T4回火状态时和在漆层烘烤后，铝合金产品可包含约500MPa至约650MPa的屈服强度。铝合金产品可任选地为汽车主体部件、机动车辆部件、运输主体部件、航空航天主体部件或电子设备外壳。
本发明的其它目的和优点将从本发明的实施例的以下详细描述而显而易见。
附图说明
图1为示出本文所述的不同合金的三种不同加工路线的过程流程图。右侧加工路线不包括冷轧步骤，而中间和左侧比较加工路线包括冷轧步骤。
图2为示出通过示例性路线(铸造后水淬火、热轧至规格，称为“HRTG-WQ”，参见图1右侧路线)和比较加工路线(热轧、水淬火、冷轧，称为“HR-WQ-CR”和热轧、卷绕、冷却、冷轧，称为“HR-CC-CR”)加工的示例性合金(在从连续铸造机离开时连续铸造和水淬火，本文称为“A-WQ”)的屈服强度(直方图)和弯曲角(三角形)的图表。在相对于轧制方向的长横向方向上进行测量。
图3为示出在各种老化技术后测试的本文所述合金的拉伸特性的图表。合金在老化至T6-回火状态条件(称为“T6”)之后和在额外的漆层烘烤模拟热处理(称为“T6+PB”)之后进行测试。每组中的左直方图条表示根据不同制造方法制造的合金的屈服强度(“YS”)。每组中的右直方图条表示根据不同制造方法制造的合金的极限拉伸强度(“UTS”)。伸长率由圆圈表示。每组中的顶部菱形表示根据不同制造方法制造的合金的总伸长率(“TE”)，并且每组中的底部圆圈表示根据不同制造方法制造的合金的均匀伸长率(“UE”)。“HOMO-HR-CR”是指均质化、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“HTR-HR-CR”是指预热、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“WQ-HOMO-HR-CR”是指在铸造出口处水淬火、均质化、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“HOMO-HRTG”是指均质化、热轧至最终规格、固溶和老化的合金。
图4为示出通过图1中所述的路线加工的合金的弯曲角的图表。合金样品在老化至T6-回火状态条件(称为“T6”)之后和在额外的漆层烘烤模拟热处理(称为“T6+PB”)之后进行测试。“HOMO-HR-CR”是指均质化、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“HTR-HR-CR”是指预热、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“WQ-HOMO-HR-CR”是指在铸造出口处水淬火、均质化、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“HOMO-HRTG”是指均质化、热轧至最终规格、固溶和老化的合金。
图5为通过图1的左侧路线加工的合金的晶粒结构的数字图像。将铸态合金(在离开连续铸造机时连续铸造和空气冷却，本文称为“A-AC”)均质化、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化(“HOMO-HR-CR”)以实现T6回火状态特性。
图6为通过图1中所示的中间路线加工的合金的晶粒结构的数字图像。将连续铸造合金(A-AC)预热、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化(“HTR-HR-CR”)以实现T6回火状态特性。
图7为通过图1中所示的左侧路线加工的合金的晶粒结构的数字图像。将连续铸造合金(A-WQ)在铸造出口处水淬火、均质化、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化(“WQ-HOMO-HR-CR”)以实现T6回火状态特性。
图8为通过图1中的右侧路线加工的示例性合金的晶粒结构的数字图像。将连续铸造合金(A-AC)预热、热轧至最终规格、固溶和老化(热轧至规格，“HRTG”)以实现T6回火状态特性。
图9为示出与两种比较合金(B和C)的拉伸特性相比，如本文公开的两种合金(A-AC和A-WQ)的拉伸特性的图表。每组中的左直方图条表示根据不同制造方法制造的合金的屈服强度(YS)。每组中的右直方图条表示根据不同制造方法制造的合金的极限拉伸强度(UTS)。每组中的顶部圆圈表示根据不同制造方法制造的合金的总伸长率(TE)，并且每组中的底部菱形表示根据不同制造方法制造的合金的均匀伸长率(UE)。
图10为示出与两种比较合金(B和C)的弯曲角相比，如本文公开的两种合金(A-AC和A-WQ)的弯曲角的图表。“HOMO-HR-CR”是指均质化、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“HTR-HR-CR”是指预热、热轧、卷绕、冷却、冷轧、固溶和老化的合金。“HOMO-HRTG”是指均质化、热轧至最终规格、固溶和老化的合金。“HOMO_HR_CR”是指均质化、热轧、冷轧、固溶和老化的合金。
图11为通过示例性路线(HRTG-WQ，参见图1右侧路线)和比较加工路线(热轧、水淬火、冷轧，“HR-WQ-CR”和热轧、卷绕、冷却、冷轧，“HR-CC-CR”)加工的示例性合金(CC-WQ)的拉伸特性的图表。每组中的左直方图条表示根据不同制造方法制造的合金的屈服强度(YS)。每组中的右直方图条表示根据不同制造方法制造的合金的极限拉伸强度(UTS)。每组中的顶部菱形表示根据不同制造方法制造的合金的总伸长率(TE)，并且每组中的底部圆圈表示根据不同制造方法制造的合金的均匀伸长率(UE)。
图12示出本文所述的示例性和比较合金的晶粒结构的数字图像。顶行(“CC”)示出在加工路线中的四个步骤完成之后(包括在连续铸造(铸态)之后、在均质化(均质化的)之后、在热轧(再轧)之后和在轧制至最终规格(最终-规格)之后)示例性合金(A-AC)的晶粒结构。底行(“DC”)示出来自加工路线中相同点的比较直接冷硬铸造合金(C)的晶粒结构。
图13示出本文所述的示例性和比较合金的颗粒含量的数字图像。顶行(“CC”)示出在加工路线中的四个步骤完成之后(包括在连续铸造(铸态)之后、在均质化(均质化的)之后、在热轧(再轧)之后和在轧制至最终规格(最终-规格)之后)示例性合金(A-AC)的微粒含量。底行(“DC”)示出来自加工路线中相同点的比较直接冷硬铸造合金(C)的微粒含量。
具体实施方式
本文描述表现出高强度和高可成形性的7xxx系列铝合金。在一些情况下，7xxx系列铝合金可由于其高溶质含量而难以使用常规铸造过程进行铸造。本文所述的方法可允许在薄板坯(例如，厚度为约5mm至约50mm的铝合金体)中铸造本文所述的7xxx合金，在铸造期间和/或之后如通过目视检查确定的没有开裂(例如，根据本文所述方法制备的板坯中每平方米的裂缝少于直接冷硬铸锭中的裂缝)。在一些实例中，7xxx系列铝合金可根据如本文所述的方法连续铸造。在一些另外的实例中，通过在从铸造机离开时包括水淬火步骤，溶质可在基质中冻结，而不是从基质中沉淀出来。在一些情况下，溶质的冻结可防止下游加工中沉淀物的粗化。
定义和描述
如本文档中所用的术语“本发明(invention/the invention/this invention/the present invention)”旨在广泛地是指本专利申请和以下权利要求书的所有主题。含有这些术语的陈述应被理解为不限制本文所述的主题或不限制以下专利权利要求书的含义或范围。
如本文所用，除非上下文另外明确规定，否则“一(a/an)”和“所述”的含义包括单数和复数个参考物。
如本文所用，除非上下文另外明确规定，否则“金属”的含义包括纯金属、合金和金属固溶体。
在本说明书中，参考由AA编号和其它相关名称如“系列”或“7xxx”识别的合金。为了理解最常用于命名和识别铝以及其合金的编号名称系统，请参见“《用于锻铝和锻铝合金的国际合金名称和化学组成限制(International Alloy Designations and ChemicalComposition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys)》”或“《用于呈铸件和铸锭形式的铝合金的铝业协会合金名称和化学组成限制的登记记录(Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and ChemicalCompositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot)》”，其都由铝业协会(The Aluminum Association)出版。
在本申请中参考合金回火状态或条件。为了理解最常用的合金回火状态描述，请参见“《关于合金和回火状态代号系统的美国国家标准(ANSI)H35(American NationalStandards(ANSI)H35 on Alloy and Temper Designation Systems)》”。F条件或回火状态是指制作的铝合金。O条件或回火状态是指退火后的铝合金。T1条件或回火状态是指经过热加工冷却和自然老化(例如，在室温下)后的铝合金。T2条件或回火状态是指经过热加工冷却、冷加工和自然老化后的铝合金。T3条件或回火状态是指固溶热处理(即，固溶)、冷加工和自然老化后的铝合金。T4条件或回火状态是指固溶热处理随后自然老化后的铝合金。T5条件或回火状态是指经过热加工冷却和人工老化后的铝合金。T6条件或回火状态是指固溶热处理随后人工老化(AA)后的铝合金。T7条件或回火状态是指固溶热处理并且然后人工过老化后的铝合金。T8x条件或回火状态是指固溶热处理、随后冷加工，并且然后人工老化后的铝合金。T9条件或回火状态是指固溶热处理、随后人工老化，并且然后冷加工后的铝合金。W条件或回火状态是指固溶热处理后在室温下老化的铝合金。
如本文所用，板通常具有大于约15mm的厚度。举例来说，板可以指厚度大于15mm、大于20mm、大于25mm、大于30mm、大于35mm、大于40mm、大于45mm、大于50mm或大于100mm的铝产品。
如本文所用，薄板(也称为板片)的厚度通常为约4mm至约15mm。举例来说，薄板的厚度可为4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm。
如本文所用，片通常是指厚度小于约4mm的铝产品。举例来说，片的厚度可小于4mm、小于3mm、小于2mm、小于1mm、小于0.5mm、小于0.3mm或小于0.1mm。
本文公开的所有范围应理解为包括其中包含的任何和所有子范围。举例来说，陈述的范围“1至10”应被视为包括最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围(并且包括端点)；也就是说，以1或更大值(例如1至6.1)作为最小值开始并且以10或更小值(例如5.5至10)作为最大值结束的所有子范围。
在以下实例中，铝合金根据它们占整体重量百分比(wt％)的元素组成来描述。在每种合金中，剩余部分为铝，所有杂质的最大wt％为0.15wt％。
合金组成
本文所述的合金为含铝的7xxx系列合金。合金表现出出乎意料的高强度和高可成形性。在一些情况下，由于合金的元素组成，可实现合金的特性。合金可具有如表1中提供的以下元素组成。
表1
在一些实例中，合金可具有如表2中提供的元素组成。
表2
在一些实例中，合金可具有如表3中提供的元素组成。
表3
在一些实例中，本文所述的合金包括硅(Si)，其量为基于合金的总重量的约0.03wt％至约1.20wt％(例如，约0.06wt％至约0.35wt％或约0.07wt％至约0.13wt％)。举例来说，合金可包括0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.20wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％、0.30wt％、0.31wt％、0.32wt％、0.33wt％、0.34wt％、0.35wt％、0.36wt％、0.37wt％、0.38wt％、0.39wt％、0.40wt％、0.41wt％、0.42wt％、0.43wt％、0.44wt％、0.45wt％、0.46wt％、0.47wt％、0.48wt％、0.49wt％、0.50wt％、0.51wt％、0.52wt％、0.53wt％、0.54wt％、0.55wt％、0.56wt％、0.57wt％、0.58wt％、0.59wt％、0.60wt％、0.61wt％、0.62wt％、0.63wt％、0.64wt％、0.65wt％、0.66wt％、0.67wt％、0.68wt％、0.69wt％、0.70wt％、0.71wt％、0.72wt％、0.73wt％、0.74wt％、0.75wt％、0.76wt％、0.77wt％、0.78wt％、0.79wt％、0.80wt％、0.81wt％、0.82wt％、0.83wt％、0.84wt％、0.85wt％、0.86wt％、0.87wt％、0.88wt％、0.89wt％、0.90wt％、0.91wt％、0.92wt％、0.93wt％、0.94wt％、0.95wt％、0.96wt％、0.97wt％、0.98wt％、0.99wt％、1.00wt％、1.01wt％、1.02wt％、1.03wt％、1.04wt％、1.05wt％、1.06wt％、1.07wt％、1.08wt％、1.09wt％、1.10wt％、1.11wt％、1.12wt％、1.13wt％、1.14wt％、1.15wt％、1.16wt％、1.17wt％、1.18wt％、1.19wt％或1.20wt％Si。
在一些实例中，本文所述的合金还包括铁(Fe)，其量为基于合金的总重量的约0.06wt％至约1.50wt％(例如，约0.12wt％至约0.45wt％或约0.16wt％至约0.22wt％)。举例来说，合金可包括0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.20wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％、0.30wt％、0.31wt％、0.32wt％、0.33wt％、0.34wt％、0.35wt％、0.36wt％、0.37wt％、0.38wt％、0.39wt％、0.40wt％、0.41wt％、0.42wt％、0.43wt％、0.44wt％、0.45wt％、0.46wt％、0.47wt％、0.48wt％、0.49wt％、0.50wt％、0.51wt％、0.52wt％、0.53wt％、0.54wt％、0.55wt％、0.56wt％、0.57wt％、0.58wt％、0.59wt％、0.60wt％、0.61wt％、0.62wt％、0.63wt％、0.64wt％、0.65wt％、0.66wt％、0.67wt％、0.68wt％、0.69wt％、0.70wt％、0.71wt％、0.72wt％、0.73wt％、0.74wt％、0.75wt％、0.76wt％、0.77wt％、0.78wt％、0.79wt％、0.80wt％、0.81wt％、0.82wt％、0.83wt％、0.84wt％、0.85wt％、0.86wt％、0.87wt％、0.88wt％、0.89wt％、0.90wt％、0.91wt％、0.92wt％、0.93wt％、0.94wt％、0.95wt％、0.96wt％、0.97wt％、0.98wt％、0.99wt％、1.00wt％、1.01wt％、1.02wt％、1.03wt％、1.04wt％、1.05wt％、1.06wt％、1.07wt％、1.08wt％、1.09wt％、1.10wt％、1.11wt％、1.12wt％、1.13wt％、1.14wt％、1.15wt％、1.16wt％、1.17wt％、1.18wt％、1.19wt％、1.20wt％、1.21wt％、1.22wt％、1.23wt％、1.24wt％、1.25wt％、1.26wt％、1.27wt％、1.28wt％、1.29wt％、1.30wt％、1.31wt％、1.32wt％、1.33wt％、1.34wt％、1.35wt％、1.36wt％、1.37wt％、1.38wt％、1.39wt％、1.40wt％、1.41wt％、1.42wt％、1.43wt％、1.44wt％、1.45wt％、1.46wt％、1.47wt％、1.48wt％、1.49wt％或1.50wt％Fe。
在一些实例中，本文所述的合金包括铜(Cu)，其量为基于合金的总重量的约0.04wt％至约6.0wt％(例如，约1.0wt％至约3.0wt％或约1.3wt％至约2.0wt％)。举例来说，合金可包括0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2.0wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％、3.0wt％、3.1wt％、3.2wt％、3.3wt％、3.4wt％、3.5wt％、3.6wt％、3.7wt％、3.8wt％、3.9wt％、4.0wt％、4.1wt％、4.2wt％、4.3wt％、4.4wt％、4.5wt％、4.6wt％、4.7wt％、4.8wt％、4.9wt％、5.0wt％、5.1wt％、5.2wt％、5.3wt％、5.4wt％、5.5wt％、5.6wt％、5.7wt％、5.8wt％、5.9wt％或6.0wt％Cu。
在一些实例中，本文所述的合金可包括锰(Mn)，其量为基于合金的总重量的约0.005wt％至约0.9wt％(例如，约0.01wt％至约0.25wt％或约0.01wt％至约0.08wt％)。举例来说，合金可包括0.005wt％、0.006wt％、0.007wt％、0.008wt％、0.009wt％、0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.2wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％、0.3wt％、0.31wt％、0.32wt％、0.33wt％、0.34wt％、0.35wt％、0.36wt％、0.37wt％、0.38wt％、0.39wt％、0.4wt％、0.41wt％、0.42wt％、0.43wt％、0.44wt％、0.45wt％、0.46wt％、0.47wt％、0.48wt％、0.49wt％、0.5wt％、0.51wt％、0.52wt％、0.53wt％、0.54wt％、0.55wt％、0.56wt％、0.57wt％、0.58wt％、0.59wt％、0.6wt％、0.61wt％、0.62wt％、0.63wt％、0.64wt％、0.65wt％、0.66wt％、0.67wt％、0.68wt％、0.69wt％、0.7wt％、0.71wt％、0.72wt％、0.73wt％、0.74wt％、0.75wt％、0.76wt％、0.77wt％、0.78wt％、0.79wt％、0.8wt％、0.81wt％、0.82wt％、0.83wt％、0.84wt％、0.85wt％、0.86wt％、0.87wt％、0.88wt％、0.89wt％或0.9wt％Mn。
镁(Mg)可包括在本文所述的合金中，以用作合金的固溶强化元素。本文所述的合金可包括Mg，其量为0.7wt％至8.7wt％(例如，约1.5wt％至约5.0wt％或约2.3wt％至约2.65wt％)。在一些实例中，合金可包括0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2.0wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％、3.0wt％、3.1wt％、3.2wt％、3.3wt％、3.4wt％、3.5wt％、3.6wt％、3.7wt％、3.8wt％、3.9wt％、4.0wt％、4.1wt％、4.2wt％、4.3wt％、4.4wt％、4.5wt％、4.6wt％、4.7wt％、4.8wt％、4.9wt％、5.0wt％、5.1wt％、5.2wt％、5.3wt％、5.4wt％、5.5wt％、5.6wt％、5.7wt％、5.8wt％、5.9wt％、6.0wt％、6.1wt％、6.2wt％、6.3wt％、6.4wt％、6.5wt％、6.6wt％、6.7wt％、6.8wt％、6.9wt％、7.0wt％、7.1wt％、7.2wt％、7.3wt％、7.4wt％、7.5wt％、7.6wt％、7.7wt％、7.8wt％、7.9wt％、8.0wt％、8.1wt％、8.2wt％、8.3wt％、8.4wt％、8.5wt％、8.6wt％或8.7wt％Mg。
在一些实例中，本文所述的合金包括铬(Cr)，其量为基于合金的总重量的至多约0.3wt％(例如，约0.01wt％至约0.25wt％或约0.02wt％至约0.2wt％)。举例来说，合金可包括0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.2wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％或0.3wt％Cr。在某些方面，合金中不存在Cr(即，0wt％)。
在一些实例中，本文所述的合金包括锌(Zn)，其量为基于合金的总重量的约1.7wt％至约18.3wt％(例如，约3.5wt％至约15.5wt％或约5.0wt％至约10.0wt％)。举例来说，合金可包括1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2.0wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％、3.0wt％、3.1wt％、3.2wt％、3.3wt％、3.4wt％、3.5wt％、3.6wt％、3.7wt％、3.8wt％、3.9wt％、4.0wt％、4.1wt％、4.2wt％、4.3wt％、4.4wt％、4.5wt％、4.6wt％、4.7wt％、4.8wt％、4.9wt％、5.0wt％、5.1wt％、5.2wt％、5.3wt％、5.4wt％、5.5wt％、5.6wt％、5.7wt％、5.8wt％、5.9wt％、6.0wt％、6.1wt％、6.2wt％、6.3wt％、6.4wt％、6.5wt％、6.6wt％、6.7wt％、6.8wt％、6.9wt％、7.0wt％、7.1wt％、7.2wt％、7.3wt％、7.4wt％、7.5wt％、7.6wt％、7.7wt％、7.8wt％、7.9wt％、8.0wt％、8.1wt％、8.2wt％、8.3wt％、8.4wt％、8.5wt％、8.6wt％、8.7wt％、8.8wt％、8.9wt％、9.0wt％、9.1wt％、9.2wt％、9.3wt％、9.4wt％、9.5wt％、9.6wt％、9.7wt％、9.8wt％、9.9wt％、10.0wt％、10.1wt％、10.2wt％、10.3wt％、10.4wt％、10.5wt％、10.6wt％、10.7wt％、10.8wt％、10.9wt％、11.0wt％、11.1wt％、11.2wt％、11.3wt％、11.4wt％、11.5wt％、11.6wt％、11.7wt％、11.8wt％、11.9wt％、12.0wt％、12.1wt％、12.2wt％、12.3wt％、12.4wt％、12.5wt％、12.6wt％、12.7wt％、12.8wt％、12.9wt％、13.0wt％、13.1wt％、13.2wt％、13.3wt％、13.4wt％、13.5wt％、13.6wt％、13.7wt％、13.8wt％、13.9wt％、14.0wt％、14.1wt％、14.2wt％、14.3wt％、14.4wt％、14.5wt％、14.6wt％、14.7wt％、14.8wt％、14.9wt％、15.0wt％、15.1wt％、15.2wt％、15.3wt％、15.4wt％、15.5wt％、15.6wt％、15.7wt％、15.8wt％、15.9wt％、16.0wt％、16.1wt％、16.2wt％、16.3wt％、16.4wt％、16.5wt％、16.6wt％、16.7wt％、16.8wt％、16.9wt％、17.0wt％、17.1wt％、17.2wt％、17.3wt％、17.4wt％、17.5wt％、17.6wt％、17.7wt％、17.8wt％、17.9wt％、18.0wt％、18.1wt％、18.2wt％或18.3wt％Zn。
在一些实例中，本文所述的合金包括钛(Ti)，其量为基于合金的总重量的约0.005wt％至约0.60％(例如，约0.01wt％至约0.15wt％或约0.015wt％至约0.04wt％)。举例来说，合金可包括0.005wt％、0.006wt％、0.007wt％、0.008wt％、0.009wt％、0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.2wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％、0.3wt％、0.31wt％、0.32wt％、0.33wt％、0.34wt％、0.35wt％、0.36wt％、0.37wt％、0.38wt％、0.39wt％、0.4wt％、0.41wt％、0.42wt％、0.43wt％、0.44wt％、0.45wt％、0.46wt％、0.47wt％、0.48wt％、0.49wt％、0.5wt％、0.51wt％、0.52wt％、0.53wt％、0.54wt％、0.55wt％、0.56wt％、0.57wt％、0.58wt％、0.59wt％或0.6wt％Ti。
在一些实例中，本文所述的合金包括锆(Zr)，其量为基于合金的总重量的至多约0.4％(例如，约0.001wt％至约0.4％、约0.001wt％至约0.18wt％或约0.001wt％至约0.15wt％)。举例来说，合金可包括0.001wt％、0.002wt％、0.003wt％、0.004wt％、0.005wt％、0.006wt％、0.007wt％、0.008wt％、0.009wt％、0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.2wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％、0.3wt％、0.31wt％、0.32wt％、0.33wt％、0.34wt％、0.35wt％、0.36wt％、0.37wt％、0.38wt％、0.39wt％或0.4wt％Zr。在某些方面，合金中不存在Zr(即，0wt％)。
任选地，本文所述的合金组成可另外包括其它微量元素，有时称为杂质，其量各自为0.05wt％或更低、0.04wt％或更低、0.03wt％或更低、0.02wt％或更低，或0.01wt％或更低。这些杂质可包括但不限于V、Ni、Sn、Ga、Ca或其组合。因此，V、Ni、Sn、Ga或Ca在合金中的量可为0.05wt％或更低、0.04wt％或更低、0.03wt％或更低、0.02wt％或更低，或0.01wt％或更低。在一些实例中，所有杂质的总和不超过0.15wt％(例如，0.10wt％)。合金的剩余百分比为铝。
任选地，如本文所述的铝合金可为根据以下铝合金名称中的一种的7xxx铝合金：AA7011、AA7019、AA7020、AA7021、AA7039、AA7072、AA7075、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7019A、AA7024、AA7025、AA7028、AA7030、AA7031、AA7033、AA7035、AA7035A、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7004、AA7005、AA7009、AA7010、AA7011、AA7012、AA7014、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7034、AA7036、AA7136、AA7037、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7093、AA7095和AA7099。
制造方法
本文还描述生产铝片的方法。可铸造铝合金，并且然后可执行另外的加工步骤。在一些实例中，加工步骤包括任选的淬火步骤、预热和/或均质化步骤、热轧步骤、固溶步骤、人工老化步骤、任选的涂覆步骤和任选的漆层烘烤步骤。
在一些实例中，方法包含铸造板坯；热轧板坯以生产呈片、薄板或板形式的热轧铝合金；使铝片、薄板或板固溶；并且使铝片、薄板或板老化。在一些实例中，热轧步骤包括将板坯热轧至最终规格和/或最终回火状态。在一些实例中，消除(即，排除)冷轧步骤。在一些实例中，在从连续铸造机离开时使板坯热淬火。在一些另外的实例中，在从连续铸造机离开时使板坯卷绕。在一些情况下，卷绕的板坯在空气中冷却。在一些例子下，方法另外包括预热卷绕的板坯。在一些例子下，方法另外包括涂覆老化的铝片、薄板或板。在一些另外的例子下，方法另外包括烘烤涂覆的铝片、薄板或板。下面另外描述方法步骤。
铸造
可使用连续铸造(CC)过程将本文所述的合金铸造成板坯。连续铸造装置可为任何合适的连续铸造装置。CC过程可包括但不限于使用整体铸造机、双辊式铸造机或双带式铸造机。使用双带式铸造装置已经实现令人惊讶的期望结果，如美国专利号6,755,236中描述的带式铸造装置，所述专利标题为“《用于金属带的连续带铸造的带式冷却和引导装置(BELT-COOLING AND GUIDING MEANS FOR CONTINUOUSBELT CASTING OF METAL STRIP)》”，其公开内容以全文引用的方式并入本文。在一些实例中，通过使用带式铸造装置可实现特别期望的结果，所述带式铸造装置具有由具有高导热率的金属(如铜)制造的带。带式铸造装置可包括由具有至多400瓦/米/开尔文(W/m·K)的导热率的金属制造的带。举例来说，在铸造温度下，带导热率可为50W/m·K、100W/m·K、150W/m·K、250W/m·K、300W/m·K、325W/m·K、350W/m·K、375W/m·K或400W/m·K，尽管可使用具有其它导热率值的金属，包括碳钢或低碳钢。CC可以至多约12米/分钟(meters/minute、m/min)的速率执行。举例来说，CC可以12米/分钟或更低、11米/分钟或更低、10米/分钟或更低、9米/分钟或更低、8米/分钟或更低、7米/分钟或更低、6米/分钟或更低、5米/分钟或更低、4米/分钟或更低、3米/分钟或更低、2米/分钟或更低，或1米/分钟或更低的速率执行。
所得板坯的厚度可为约5mm至约50mm(例如，约10mm至约45mm、约15mm至约40mm，或约20mm至约35mm)，如约10mm。举例来说，所得板坯可为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm或50mm厚。
淬火
在从连续铸造机离开时可任选地使所得板坯热淬火。在一些实例中，用水执行淬火。任选地，水淬火步骤可以至多约200摄氏度/秒(例如，10摄氏度/秒至190摄氏度/秒、25摄氏度/秒至175摄氏度/秒、50摄氏度/秒至150摄氏度/秒、75摄氏度/秒至125摄氏度/秒，或10摄氏度/秒至50摄氏度/秒)的速率执行。水温可为约20℃至约75℃(例如约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃或约75℃)。任选地，在从连续铸造机离开时可使所得板坯卷绕。所得中间卷材可在空气中冷却。空气冷却步骤可以约1摄氏度/秒至约300摄氏度/天的速率执行。
在一些实例中，在从连续铸造机离开时使板坯水淬火导致铝合金板坯处于T4-回火状态条件。在任选的水淬火之后，然后可将处于T4-回火状态的板坯任选地卷绕成中间卷材并且储存至多24小时的时间段。出乎意料的是，在从连续铸造机离开时使板坯水淬火不导致板坯开裂，如通过目视检查确定的，使得板坯可没有裂缝。举例来说，与直接冷硬铸锭相比，根据本文所述方法生产的板坯的开裂趋势显著减小。在一些实例中，每平方米具有长度小于约8.0mm的约8个或更少的裂缝(例如，每平方米约7个或更少的裂缝、约6个或更少的裂缝、约5个或更少的裂缝、约4个或更少的裂缝、约3个或更少的裂缝、约2个或更少的裂缝，或约1个裂缝)。
卷绕
任选地，在从连续铸造机离开时，可将板坯卷绕成中间卷材。在一些实例中，在从连续铸造机离开时，将板坯卷绕成中间卷材导致处于F-回火状态。在一些另外的实例中，卷材在空气中冷却。在一些再另外的实例中，将空气冷却卷材储存一段时间。在一些实例中，中间卷材维持在约100℃至约350℃(例如，约200℃或约300℃)的温度。在一些另外的实例中，中间卷材维持处于冷藏以防止自然老化导致处于F-回火状态。
预热和/或均质化
当储存时，中间卷材可任选地在预热步骤中再加热。在一些实例中，再加热步骤可包括预热中间卷材用于进行热轧步骤。在一些另外的实例中，再加热步骤可包括以至多约150摄氏度/小时(例如，约10摄氏度/小时或约50摄氏度/小时)的速率预热中间卷材。中间卷材可被加热至约350℃至约580℃(例如，约375℃至约570℃、约400℃至约550℃、约425℃至约500℃，或约500℃至约580℃)的温度。中间卷材可浸泡约1分钟至约120分钟，优选约60分钟。
任选地，在从铸造机离开时储存和/或预热卷材或板坯之后的中间卷材可被均质化。均质化步骤可包括加热板坯或中间卷材以达到约300℃至约500℃(例如，约320℃至约480℃或约350℃至约450℃)的温度。在一些情况下，加热速率可为约150摄氏度/小时或更低、125摄氏度/小时或更低、100摄氏度/小时或更低、75摄氏度/小时或更低、50摄氏度/小时或更低、40摄氏度/小时或更低、30摄氏度/小时或更低、25摄氏度/小时或更低、20摄氏度/小时或更低，或15摄氏度/小时或更低。在其它情况下，加热速率可为约10摄氏度/分钟至约100摄氏度/分钟(例如，约10摄氏度/分钟至约90摄氏度/分钟、约10摄氏度/分钟至约70摄氏度/分钟、约10摄氏度/分钟至约60摄氏度/分钟、约20摄氏度/分钟至约90摄氏度/分钟、约30摄氏度/分钟至约80摄氏度/分钟、约40摄氏度/分钟至约70摄氏度/分钟，或约50摄氏度/分钟至约60摄氏度/分钟)。
然后允许卷材或板坯浸泡(即，保持在指示的温度下)一段时间。根据一个非限制性实例，允许卷材或板坯浸泡至多约36小时(例如，约30分钟至约36小时，包括端点)。举例来说，卷材或板坯可在一定温度下浸泡10秒、15秒、30秒、45秒、1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、21小时、22小时、23小时、24小时、25小时、26小时、27小时、28小时、29小时、30小时、31小时、32小时、33小时、34小时、35小时、36小时或其间的任何时间。
热轧
在预热和/或均质化步骤之后，可执行热轧步骤。热轧步骤可包括热可逆轧机操作和/或热串联轧机操作。热轧步骤可在约250℃至约500℃(例如，约300℃至约400℃或约350℃至约500℃)范围内的温度下执行。举例来说，热轧步骤可在约250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃或500℃的温度下执行。
在热轧步骤中，可将金属产品热轧至10mm规格或更小(例如，约2mm至约8mm)的厚度。举例来说，金属产品可热轧至约10mm规格或更小、9mm规格或更小、8mm规格或更小、7mm规格或更小、6mm规格或更小、5mm规格或更小、4mm规格或更小、3mm规格或更小，或2mm规格或更小。在一些情况下，由热轧步骤导致的厚度减少百分比可为约35％至约80％(例如，35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％)。任选地，热轧金属产品在热轧步骤结束时(例如，在从串联轧机离开时)淬火。任选地，在热轧步骤结束时，使热轧金属产品卷绕。
固溶
然后热轧金属产品可经历固溶步骤。固溶步骤可在约420℃至约490℃(例如，约440℃至约480℃或约460℃至约470℃)范围内的温度下执行。固溶步骤可执行约0分钟至约1小时(例如，约1分钟或约30分钟)。任选地，在固溶步骤结束时(例如，在从炉离开时)，使片经受热淬火步骤。可使用空气和/或水执行热淬火步骤。水温可为约20℃至约75℃(例如，约25℃或约55℃)。
任选地，热轧金属以最终规格和/或最终回火状态提供。在一些非限制性实例中，热轧步骤可提供具有期望机械特性的最终产品，使得不需要另外的下游加工。举例来说，最终产品可热轧并且以最终规格和回火状态交付，而无需任何冷轧、固溶、固溶后淬火、自然老化和/或人工老化。热轧至最终规格和回火状态，也称为“HRTGT”，可以显著降低的成本提供具有优化的机械特性的金属产品。
任选地，可执行另外的加工步骤，如老化、涂覆或烘烤。下面另外描述这些步骤。任选地，不执行冷轧步骤(即，从本文所述的过程中排除或消除)。在一些实例中，冷轧步骤可增加铝合金的强度和硬度，同时伴随地降低铝合金片、薄板或板的可成形性。消除冷轧步骤可保持铝合金片、薄板或板的延展性。出乎意料的是，消除冷轧步骤对本文所述的铝合金的强度没有不利影响，如将在本文提供的实例中详细描述。
老化
任选地，使热轧金属经受人工老化步骤。人工老化步骤发展合金的高强度特性并且优化合金中的其它期望特性。最终产品的机械特性可根据期望用途通过各种老化条件来控制。在一些情况下，本文所述的金属产品可以Tx回火状态(例如T1回火状态、T4回火状态、T5回火状态、T6回火状态、T7回火状态或T8回火状态)、W回火状态、O回火状态或F回火状态交付给客户。在一些实例中，可执行人工老化步骤。人工老化步骤可在约100℃至约140℃的温度下(例如，在约120℃或约125℃下)执行。老化步骤可执行约12小时至约36小时(例如，约18小时或约24小时)的一段时间。在一些实例中，可在125℃下执行人工老化步骤24小时以导致T6-回火状态。在一些再另外的实例中，使合金经受自然老化步骤。自然老化步骤可导致T4-回火状态。
涂覆和/或漆层烘烤
任选地，使金属产品经受涂覆步骤。任选地，涂覆步骤可包括锌磷化(Zn-磷化)和电涂(E-涂覆)。根据如本领域的技术人员已知的铝工业中常用的标准执行Zn-磷化和E-涂覆。任选地，涂覆步骤之后可进行漆层烘烤步骤。漆层烘烤步骤可在约150℃至约230℃的温度下(例如，在约180℃或在约210℃下)进行。漆层烘烤步骤可执行约10分钟至约60分钟(例如，约30分钟或约45分钟)的时间段。
特性
如本文所述的所得金属产品具有期望特性的组合，包括在各种回火状态条件(包括Tx-回火状态条件(其中Tx回火状态可包括T1、T4、T5、T6、T7或T8)、W回火状态、O回火状态或F回火状态下)的高强度和高可成形性。在一些实例中，所得金属产品的屈服强度为大约400至650MPa(例如，450MPa至625MPa、475MPa至600MPa，或500MPa至575MPa)。举例来说，屈服强度可为大约400MPa、410MPa、420MPa、430MPa、440MPa、450MPa、460MPa、470MPa、480MPa、490MPa、500MPa、510MPa、520MPa、530MPa、540MPa、550MPa、560MPa、570MPa、580MPa、590MPa、600MPa、610MPa、620MPa、630MPa、640MPa或650MPa。任选地，屈服强度在大约400和650MPa之间的金属产品可处于T6回火状态。在一些实例中，所得金属产品的最大屈服强度为大约560和650MPa。举例来说，金属产品的最大屈服强度可为大约560MPa、570MPa、580MPa、590MPa、600MPa、610MPa、620MPa、630MPa、640MPa或650MPa。任选地，最大屈服强度为大约560和650MPa的金属产品可处于T6回火状态。任选地，在以T4回火状态(即，没有任何人工老化)漆层烘烤金属产品之后，金属产品可具有大约500MPa至大约650MPa的屈服强度。
在一些实例中，所得金属产品的极限拉伸强度为大约500至650MPa(例如，550MPa至625MPa或575MPa至600MPa)。举例来说，极限拉伸强度可为大约500MPa、510MPa、520MPa、530MPa、540MPa、550MPa、560MPa、570MPa、580MPa、590MPa、600MPa、610MPa、620MPa、630MPa、640MPa或650MPa。任选地，具有大约500至650MPa的极限拉伸强度的金属产品处于T6回火状态。
在一些实例中，所得金属产品具有大约100°至160°(例如，大约110°至155°或大约120°至150°)的弯曲角。举例来说，所得金属产品的弯曲角可为大约100°、101°、102°、103°、104°、105°、106°、107°、108°、109°、110°、111°、112°、113°、114°、115°、116°、117°、118°、119°、120°、121°、122°、123°、124°、125°、126°、127°、128°、129°、130°、131°、132°、133°、134°、135°、136°、137°、138°、139°、140°、141°、142°、143°、144°、145°、146°、147°、148°、149°、150°、151°、152°、153°、154°、155°、156°、157°、158°、159°或160°。任选地，弯曲角为大约100°至160°的金属产品可处于T6回火状态。
使用方法
本文所述的合金和方法可用于汽车和/或运输应用，包括机动车辆、飞机和铁路应用，或任何其它期望的应用。在一些实例中，合金和方法可用于制备机动车辆主体部件产品，如保险杠、侧梁、顶梁、横梁、支柱加强件(例如，A柱、B柱和C柱)、内板、外板、侧板、内罩、外罩或行李箱盖板。本文所述的铝合金产品和方法还可用于飞机或铁路车辆应用，以制备例如外板和内板。
本文所述的合金和方法还可用于电子设备应用中。举例来说，本文所述的合金和方法还可用于制备电子装置的外壳，包括移动电话和平板电脑。在一些实例中，合金可用于制备移动电话(例如，智能电话)和平板电脑底架的外壳体的外壳。
在一些情况下，本文所述的合金和方法可用于工业应用中。举例来说，本文所述的合金和方法可用于制备用于一般分销市场的产品。
已详细地参考所公开的主题的各种实例，上文阐述所述主题的一个或多个实例。每个实例通过对主题的阐释而非其限制来提供。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可对本主题进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的部分而说明或描述的特征可与另一实施例一起使用以得到再另外的实施例。
下列实例将用来另外说明本发明，然而，同时不对其构成任何限制。相反，应清楚地理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可诉诸于各种实施例、其修改和等同物，在阅读本文中的描述之后，它们本身可暗示给本领域的技术人员。
实例
实例1
制备三种合金用于强度、伸长率和可成形性测试。表4中提供这些合金的化学组成。所有数值均以整体重量百分比表示(wt％)。在每种合金中，剩余部分为Al。
表4
根据本文所述的方法，使用双带式铸造机连续铸造合金A。合金A的两个样品，下文称为A-AC和A-WQ，在从铸造机离开时经受各种冷却技术。合金A-AC在从铸造机离开时在空气中冷却。合金A-WQ在从铸造机离开时用水淬火。
根据如本领域的技术人员已知的铝工业中常用的标准直接冷硬(DC)铸造合金B和C。合金B和C用作示例性合金A-AC和A-WQ的比较合金。
图1为描述比较和示例性加工路线的过程流程图。第一路线(均质化、热轧、冷轧；HOMO-HR-CR，图1中的左侧路线)包括传统的缓慢预热和均质化、随后热轧(HR)、使卷材冷却/水淬火、冷轧(CR)、固溶(SHT)和老化以获得T6-回火状态特性。第二路线(预热、热轧、冷轧；HTR-HR-CR，图1中的中间路线)包括预热至约450℃至约480℃的温度(峰值金属温度，PMT)、随后热轧、使卷材冷却/水淬火、冷轧、固溶(SHT)和老化以获得T6-回火状态特性。示例性第三路线(热轧至规格，HRTG，图1中的右侧路线)包括预热和均质化板坯和热轧至最终规格、随后使卷材冷却/水淬火、固溶(SHT)、任选的淬火和老化以获得T6-回火状态特性。每条路线包括T6老化后的漆层烘烤模拟，以评估强度的任何降低。
根据ASTM B557 2＂GL标准进行拉伸试验来测定机械特性。根据德国汽车工业联合会(Verband der Automobilindustrie)(VDA)标准在没有对样品进行预应变的情况下进行3–点弯曲试验来测定可成形性。图2为示出在相对于轧制方向的长横向(L)取向上测试的合金A-WQ的屈服强度(YS)(三角形)和弯曲角(直方图)的图表。在从双带式连续铸造机离开时的水淬火迫使溶质原子在基质内的适当位置冻结而不是沉淀出来，这防止下游加工中沉淀物的另外粗化。水淬火板坯直接热轧至最终规格产生高强度(约560MPa)和较低VDA弯曲角(约110°)的优异组合。较低弯曲角指示较高可成形性。
合金A-AC和A-WQ的机械特性在图3中示出。屈服强度(YS)(每组中的左直方图)和极限拉伸强度(UTS)(每组中的右直方图)由直方图表示，均匀伸长率(UE)由三角形表示，并且总伸长率(TE)由圆圈表示。合金在老化(T6)之后和在老化和漆层烘烤(T6+PB)之后进行测试。根据加工路线HOMO-HR-CR、HTR-HR-CR和HRTG加工合金A-AC，并且根据加工路线HOMO-HR-CR(指示为WQ_HOMO_HR_CR)加工合金A-WQ。没有任何冷轧步骤(HRTG)的第三加工路线提供572Mpa的最大YS与138°的弯曲角(参见图4)。经由第一路线(HOMO-HR-CR)加工合金提供20MPa的较低YS与类似弯曲角。经由第二路线(没有均质化)加工合金导致最低强度。与经由第二路线加工的合金A-AC相比，合金A-WQ(在铸造机出口处的水淬火)使YS增加6MPa。无论加工路线的强度任何，每条加工路线导致类似VDA弯曲角(参见图4)。无论漆层烘烤模拟(180℃持续30分钟)后的加工路线任何，观察到每个样品的YS降低大约20MPa。
图5–8示出图3和4中所述的示例性合金的晶粒结构。经受第一加工路线(HOMO-HR-CR，参见图5)和第二加工路线(HTR-HR-CR，参见图6)的合金A-AC的晶粒结构示出再结晶结构。在从铸造机离开时的水淬火(合金CC-WQ，参见图7)和没有冷轧的加工(HRTG，参见图8)导致未再结晶的晶粒结构，这由图像中发现的细长晶粒指示。HRTG样品中的细长晶粒解释了为什么它示出最高强度；然而，与传统的HR(热轧)和CR(冷轧)实践相比，弯曲角类似。
将示例性合金A-AC和A-WQ的强度和可成形性与相同组成(合金B)和AA7075铝合金(合金C)的直接冷硬铸造合金的强度和可成形性进行比较。结果在图9和10中示出。附图示出合金A-AC和A-WQ的特性优于通过更传统的路线(特别是包括冷轧步骤的加工路线)加工的类似合金。与合金B和合金C(即DC铸造铝合金)相比，经由连续铸造生产的合金提供高50–60MPa的强度与类似的弯曲角。
使合金A-WQ另外经受各种加工路线。强度和可成形性结果在图11中示出。当根据加工路线HOMO-HR-CR生产合金时和当热轧后水淬火并且随后冷轧至最终规格(指示为HR-WQ-CR)时，热轧至最终规格(HRTG)继续示出优异的YS和UTS与类似可成形性结果。
由连续铸造7xxx系列铝合金提供的强度和可成形性的增加可归因于在晶粒尺寸(参见图12)以及颗粒尺寸和形态(参见图13)上的差异。当与DC铸造合金(在图12和13中指示为DC)相比，在整个过程中，包括在铸造(铸态)、均质化(均质化的)、热轧和卷绕(再轧)和轧制至最终规格(最终-规格)之后，在连续铸造合金(在图12和13中指示为CC)中观察到较小的晶粒尺寸和颗粒。
实例2
制备八种铝合金即合金D-K用于强度和伸长率测试。表5中提供这些合金的化学组成。所有数值均以整体重量百分比表示(wt％)。在每种合金中，剩余部分为Al。
表5
合金 Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Cr Zr
D-G 1.67 0.18 2.53 0.07 0.10 0.02 5.90 0.04 0.12
H-K 1.20 0.19 2.28 0.05 0.10 0.02 9.11 0.03 0.13
L 1.57 0.12 2.70 0.01 0.08 0.03 5.59 0.24 0.00
合金D-G具有相同化学组成，但是根据不同方法加工，如表6所示。合金H-K具有相同化学组成，但是根据不同方法加工，如表6所示。合金L为AA7075合金。在表6中，“HR”是指热轧，“HRTG”是指热轧至规格，并且“SHT”是指固溶热处理。
表6
具体地，根据本文所述的方法，使用双带式铸造机连续铸造合金D-K。在表6中列出的条件下将连续铸造板坯预热并且均质化、热轧至2mm最终规格(表示减少50％)、淬火、在表6中列出的条件下再加热，并且在表6中列出的条件下固溶(SHT)。另外，制备并且测试比较合金(合金L)，以比较根据本文所述方法生产的合金的机械特性与通过常规方法生产的合金的机械特性。具体地，合金L通过直接冷硬(DC)铸造铸锭、将铸锭均质化、将铸锭热轧至中间规格铝合金制品、将中间规格铝合金制品冷轧至2mm最终规格铝合金制品，并且使最终规格铝合金制品固溶来制备。
合金D-L在125℃下老化24小时以导致T6回火状态。处于T6回火状态的合金的机械特性在下表7中示出。具体地，表7示出合金D-L中的每种的屈服强度(“YS”)、极限拉伸强度(“UTS”)、总伸长率和均匀伸长率。
表7
将处于T6回火状态的合金D-L在180℃下另外漆层烘烤(表8称为“PB”)30分钟。表8示出合金D-L中的每种的屈服强度(“YS”)、极限拉伸强度(“UTS”)、总伸长率和均匀伸长率。此外，表8示出在有和没有漆层烘烤的情况下T6回火状态合金之间的屈服强度的差异(“YSPBΔT6”)。
表8
在180℃下直接漆层烘烤(即，不执行导致T6回火状态的老化加工)30分钟之后，还以T4回火状态测试合金。表9示出合金D-L中的每种的屈服强度(“YS”)、极限拉伸强度(“UTS”)、总伸长率和均匀伸长率。
表9
如上表7、8和9所示，在有和没有漆层烘烤的情况下，合金D-K在T4和T6回火状态下表现出优异的强度。此外，在采用漆层烘烤步骤后，合金D-K示出强度增加或最小/可忽略的强度损失。如表8的YS PBΔT6所示，合金L(比较合金)在漆层烘烤步骤后表现出强度大幅降低。数据表明，DC铸造和常规加工的AA7075合金在漆层烘烤后经历过老化。令人惊讶的是，通过本文所述的示例性方法生产的合金D–K表现出经历热加工而没有任何负面影响(例如，没有过老化并且没有强度降低)的能力。
已经描述本发明的各种实施例以实现本发明的各种目的。应该认识到，这些实施例仅仅是对本发明原理的说明。在不脱离如以下权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下，多种修改和其改编对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种生产铝合金产品的方法，其包含：
连续铸造铝合金以形成板坯，其中所述铝合金包含约0.03–1.2wt％Si、0.06–1.5wt％Fe、0.04–6.0wt％Cu、0.005–0.9wt％Mn、0.7–8.7wt％Mg、0–0.3wt％Cr、1.7–18.3wt％Zn、0.005–0.6wt％Ti、0–0.4wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al；和
将所述板坯热轧至最终规格，而无需在所述最终规格之前冷轧所述板坯。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铝合金包含约0.06–0.35wt％Si、0.12–0.45wt％Fe、1.0–3.0wt％Cu、0.01–0.25wt％Mn、1.5–5.0wt％Mg、0.01–0.25wt％Cr、3.5–15.5wt％Zn、0.01–0.15wt％Ti、0.001–0.18wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述铝合金包含约0.07–0.13wt％Si、0.16–0.22wt％Fe、1.3–2.0wt％Cu、0.01–0.08wt％Mn、2.3–2.65wt％Mg、0.02–0.2wt％Cr、5.0–10.0wt％Zn、0.015–0.04wt％Ti、0.001–0.15wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其另外包含在从连续铸造所述板坯的连续铸造机离开时使所述板坯冷却。
5.根据权利要求4所述的方法，其中冷却步骤包含用水使所述板坯淬火。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述冷却步骤包含使所述板坯空气冷却。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在热轧所述板坯的步骤之前使所述连续铸造板坯卷绕。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其另外包含：
在将所述板坯热轧至所述最终规格之前将所述板坯卷绕成中间卷材；
在将所述板坯热轧至所述最终规格之前预热所述中间卷材；和
在将所述板坯热轧至所述最终规格之前将所述中间卷材均质化。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其另外包含：
使所述最终规格的所述铝合金产品固溶；
使所述最终规格的所述铝合金产品淬火；和
使所述最终规格的所述铝合金产品老化。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在所述连续铸造之后和在所述热轧之前，所述板坯没有长度大于约8.0mm的裂缝。
11.一种铝合金产品，其根据权利要求1至10中任一项所述的方法制备。
12.根据权利要求11所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品为铝合金片、铝合金板或铝合金薄板。
13.根据权利要求11或12所述的铝合金产品，其中当处于T6回火状态时，所述铝合金产品包含至少560MPa的长横向拉伸屈服强度。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的铝合金产品，其中当处于T6回火状态时，所述铝合金产品包含约80°至约120°的弯曲角。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的铝合金产品，其中当处于T4回火状态时和在漆层烘烤后，所述铝合金产品包含约500MPa至约650MPa的屈服强度。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品为汽车主体部件、机动车辆部件、运输主体部件、航空航天主体部件或电子设备外壳。
17.一种生产铝合金的方法，其包含：
连续铸造铝合金以形成板坯，其中所述铝合金包含约0.03–1.2wt％Si、0.06–1.5wt％Fe、0.04–6.0wt％Cu、0.005–0.9wt％Mn、0.7–8.7wt％Mg、0–0.3wt％Cr、1.7–18.3wt％Zn、0.005–0.6wt％Ti、0–0.4wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al；和
将所述板坯热轧至最终规格和最终回火状态。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述铝合金包含约0.07–0.13wt％Si、0.16–0.22wt％Fe、1.3–2.0wt％Cu、0.01–0.08wt％Mn、2.3–2.65wt％Mg、0.02–0.2wt％Cr、5.0–10.0wt％Zn、0.015–0.04wt％Ti、0.001–0.15wt％Zr和至多0.15wt％杂质，剩余部分为Al。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中在所述连续铸造之后和在所述热轧之前，所述板坯没有长度大于约8.0mm的裂缝。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中不执行冷轧步骤。
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