CN110643864A - 一种车身用合金板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种车身用合金板材及制备方法。本发明提供的合金,按质量百分比,该合金包括Si:≤0.4%;Fe:≤0.4%;Mn:0.2%~0.5%;Mg:3.0%~6.0%;Cr:≤0.03%;Cu:≤0.15%,余量为Al及杂质。本发明通过控制微量元素Cr含量以及最终退火工艺与矫直量,一方面降低了板材YPE,另一方面其仍具有优异的材料力学与成形等性能。其制备方法包括最终退火在连退线上进行,升温速度>20℃/s,在480~520℃下保温15s‑5min之后水淬,冷却速度>10℃/s。最终晶粒尺寸应控制在20~40μm,YPE≤0.2%。并对最终退火板材进行矫直处理,矫直量为0.5‑1%。本发明提供的方法制得的板材适用于汽车车身结构件及车身覆盖件内板。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金及其制备方法,具体为涉及一种低屈服点延伸率的车身用合金板材及制造方法。
技术背景
随着汽车行业的发展,汽车的销量逐年增加,给能源和环境带来了巨大压力。在保证汽车的强度和安全性能的前提下,最大限度地降低汽车的整体质量,可以有效减少燃料消耗,降低尾气污染。铝合金以其强度优异和刚度高、抗冲击性能良好、加工成形性优异以及极高的再回收率等特性,成为汽车轻量化理想的首选材料。
作为常用的汽车车身结构件和内板的5xxx系铝合金,除要求具有良好的力学性能,优异的成形性能外,要求表面减少吕德斯带,降低板材YPE值。
而5xxx系铝合金中Mg含量较高,一般通过加工硬化的方式强化板材,但也伴随在应力应变曲线中出现屈服平台,即YPE,在冲压成形过程中反应在外观上形成吕德斯带,影响铝合金板材外观。
近年来围绕着如何改善铝合金汽车板材吕德斯带的问题进行了大量研究。
CN 105908026 A号中国提出了一种汽车车身用5xxx系铝合金板材的生产方法,该法虽然提到出可以减小板材YPE,但由于其中对主元素Mg的限制较小,对Cr元素的限制较大,最终没有退火工艺,对矫直量严格控制。
CN 104988441 B号中国提出了一种消除5754铝合金板表面吕德斯带的制造方法,其主要是针对5754合金中Mg含量较低,且最终成品退火为箱式退火,升降温速率较慢,同时在成品退火后又增加一道次小变形量冷轧来改善吕德斯带,从而导致增加了成本。而且对组织也未明确限制。
另一CN 109554559 A中国提出了一种汽车用5754铝合金板的制备方法,该法消除表面吕德斯带,其主要是针对5754合金中的Mg含量较低,同时冷轧率较大,最终成品退火为箱式退火,升降温速率较慢,成品退火后又增加一道次预拉伸来改善吕德斯带,但增加了成本。与此同时,也并未对组织有明确限制。
CN 109988948 A号中国专利提出了一种5xxx系铝合金板材的生产方法,但主要措施是通过添加Cu、Zn元素从而提高板材的烘烤强化性能,但其中并未涉及YPE。
CN 108385044 A号中国专利提出了一种5xxx系铝合金板材的生产方法,主要是通过缩短工艺流程制备满足成形要求的板材,其中并未涉及YPE。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼具优异的力学性能、成形性能与表面质量的合金板材的制备方法,实现本发明发明目的的技术方案如下:
一种车身用合金板材,其特改进之处在于,所述合金包括按质量百分比计的如下组分:Si:≤0.4%;Fe:≤0.4%;Mn:0.2%~0.5%;Mg:3.0%~6.0%;Cr:≤0.03%;Cu:≤0.15%,余量为Al及杂质。
其中,所述合金板材的屈服点延伸率YPE≤0.2%;所述合金晶粒的平均晶粒尺寸为20~40μm。
其中,所述合金板材的制备方法包括如下步骤:
(1)制备所述合金熔体铸锭;
(2)对所得铸锭双级均匀化处理:
(3)将均匀化的铸锭热轧至4.0~9.0mm厚的板材;
(4)对所得热轧板进行冷轧;
(5)对冷轧后的板材箱式中间退火;
(6)对中间退火后板材再进行冷轧;
(7)对所得冷轧板进行最终成品退火处理;
(8)对最终退火板材进行矫直处理。
其中,
所述步骤2的均匀化处理为双级均匀化处理:第一级在380~440℃下保温3~8h;第二级在490~530℃下保温3~8h;
所述步骤5的箱式退火制度包括:以20-50℃/h的速度将所述板材升温至300-350℃后保温2h以上;或以大于20℃/s的升温速度将板材升温至460~520℃后保温15s-5min进行连续退火。
所述步骤6的冷轧制度包括:对中间退火后板材再冷轧至0.8~3.0mm的厚度的板材,其冷轧率为20~50%;
所述步骤7的最终退火处理制度包括:最终成品退火在连退线上进行,以大于20℃/s的升温速度,在480~520℃下保温15s~5min后水淬,以大于10℃/s的速度冷却;
所述步骤8的矫直制度包括:矫直量为0.5~1%。
与最接近的现有技术比,本发明提供的箱式退火,实现了更快的升温与冷却速度,从而更好的控了制晶粒尺寸以及限制Mg元素的扩散。
本发明提供的技术方案严格控制了Cr的含量,克服了Cr元素过多时,板材晶粒过细,使YPE过大的弊端。
本发明提供的技术方案消除了过大的冷轧率或过低的退火温度造成所得板材晶粒过于细小,从而产生YPE的弊端。另一方面也克服了过高的退火温度或过长退火时间会使晶粒过于粗大,从而产生橘皮组织,对板材外观造成不利影响的不足。
本发明提供的技术方案采用水淬实现了快速冷却,抑制了Mg元素的扩散所产生的柯垂尔气团钉扎效应,从而减小了YPE。
本发明提供的技术方案中,一定的矫直量不仅可以显著平整板型,同时还可以减小板材YPE,避免了过大会使强度过高,不利于板材后续成形的缺陷。
本发明提供的技术方案本发明在成分上仅通过限制Cr含量,克服了Cr元素过多时,板材晶过细(粒晶粒尺寸/μm小于21),使YPE过大的弊端,并未添加其他元素从而不会增加成本;
本发明在工艺上严格限制了成品退火工艺,采用连退线退火及水淬,从而保证了快速升温、短时保温、快速冷却,保证了晶粒尺寸满足要求,工业上容易实现。
本发明提供的技术方案最终仅通过严格限制矫直量,而不引入变形工序而增加成本负担。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部。
首先将纯铝、各种中间合金按表1所示的成分配比进行熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭,将铸锭进行切头和铣面后放入热处理炉中进行均匀化处理,将均匀化处理的铸锭冷却至开轧温度保温一段时间后热轧。热轧后,对所得热轧板进行冷轧和中间退火,再冷轧至最终成品板厚度;得到的冷轧板材经最终退火处理并矫直后即可获得O态成品板材。性能如表2所示。
屈服点延伸率(YPE)评价标准
经拉伸实验测定板材料的应力应变曲线,量取屈服点延伸率,即屈服平台的应变值YPE,YPE≤0.2%时认为满足要求,否则认为不满足要求。
成形性能评价标准
用板材成型试验机测定按本发明方法制得的板材成形极限曲线(FLC),进而测定板材冲压时能够达到的极限变形程度,在平面应变点≥0.20时,判定该板材的成形性能满足要求,否则为不满足要求。
晶粒尺寸统计
用直流电源对抛光后的本发明的板材样品进行阳极覆膜,之后利用金相显微镜在放大倍率100倍条件下拍摄金相照片,通过截距法统计铝合金板材纵截面晶粒平均尺寸,晶粒统计个数超过1000个。
附图说明:
图1为合金屈服点延伸率(YPE)统计方式示意图
图2为合金成形(FLC)性能评价示意图
实施例1:
熔化表1中1#配比的合金进行,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为420℃下保温3h后,再于530℃下保温3小时后热轧至5mm厚;将所得热轧板进行一次冷轧后再进行中间退火,以30℃/h的速度升温至350℃后保温2h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得2mm厚度冷轧板,最终冷轧率为30%,之后再在连退线上进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,在520℃下保温15s,水淬,矫直0.5%,最终获得O态成品板材。
实施例2:
将表1中1#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化在380℃下保温8h后490℃下再保温8小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h的速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.5mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%,之后进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,温度为500℃,保温时间为2min,水淬,矫直1%,最终获得O态成品板材。
实施例3:
将表1中2#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化在440℃下保温4h后,再于520℃下保温6小时后,热轧至4mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以20℃/h速度升温至300℃,保温6h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得0.8mm厚度冷轧板,最终冷轧率为50%。之后进行最终退火处理,升温速度>50℃/s,温度为480℃,保温时间为2min,水淬,矫直0.8%,最终获得O态成品板材。
实施例4:
将表1中2#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为420℃保温4h,之后510℃保温5小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得2.5mm厚度冷轧板,最终冷轧率为30%,之后进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,温度为500℃,保温时间为4min,水淬,矫直1%,最终获得O态成品板材。
实施例5:
将表1中2#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为420℃保温4h,之后510℃保温5小时;之后热轧至7mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得3.0mm厚度冷轧板,最终冷轧率为20%。之后进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,温度为500℃,保温时间为5min,水淬,矫直1%,最终获得O态成品板材。
比较例1:
将表1中3#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为400℃保温4h,之后500℃保温6小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.5mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%。之后进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,温度为500℃,保温时间为2min,水淬,矫直1%,最终获得O态成品板材。
比较例2:
将表1中1#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为400℃保温4h,之后500℃保温8小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1mm厚度冷轧板,最终冷轧率为80%。之后进行最终退火处理,升温速度>50℃/s,温度为460℃,保温时间为1min,水淬,矫直1%,最终获得O态成品板材。
比较例3:
将表1中1#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为420℃保温3h,之后520℃保温4小时;之后热轧至5mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至350℃,保温2h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得2mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%,之后进行最终退火处理,退火在连退线上进行,升温速度>20℃/s,温度为520℃,保温时间为10min,水淬,矫直0.8%,最终获得O态成品板材。
比较例4:
将表1中2#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为400℃保温3h,之后520℃保温8小时;之后热轧至5mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至340℃,保温2h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.5mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%,之后在连退线上进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,温度为500℃,保温时间为1min,空冷收卷,冷却速度约为70℃/h。矫直0.8%,最终获得O态成品板材。
比较例5:
将表1中1#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为380℃保温8h,之后490℃保温8小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.5mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%之后进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,温度为500℃,保温时间为2min,水淬,矫直0,最终获得O态成品板材。
比较例6:
将表1中1#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭经切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化为380℃保温8h,之后490℃保温8小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.5mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%,之后进行最终退火处理,升温速度>20℃/s,温度为500℃,保温时间为2min,水淬,矫直4%,最终获得O态成品板材。
比较例7:
将表1中1#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化在380℃下保温8h后490℃下再保温8小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h的速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.2mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%,之后进行最终退火处理,最终退火采用箱式退火,温度为360℃,保温4h,出炉空冷至室温,矫直1%,最终获得O态成品板材。
比较例8:
将表1中2#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化在380℃下保温8h后500℃下再保温8小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h的速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.6mm厚度冷轧板,最终冷轧率为30%,之后进行最终退火处理,最终退火采用箱式退火,温度为380℃,保温4h,出炉空冷至室温,矫直0.8%,最终获得O态成品板材。
比较例9:
将表1中1#合金熔化,熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造铸锭;将铸锭切头、铣面后进行均匀化处理,均匀化在380℃下保温8h后510℃下再保温8小时;之后热轧至6mm厚;将热轧板进行一次冷轧,之后进行中间退火,以30℃/h的速度升温至330℃,保温4h,出炉空冷至室温;然后再进行后续冷轧,获得1.5mm厚度冷轧板,最终冷轧率为40%,之后进行最终退火处理,最终退火采用箱式退火,温度为500℃,保温2h,出炉空冷至室温,矫直0.5%,最终获得O态成品板材。
经试验表明,本发明实施例1~5的合金和工艺制得的板材的屈服平台的应变值YPE≤0.2%,晶粒尺寸不小于21μm,不大于34μm,均满足要求,未出现橘皮组织。最终获得了优异的力学性能、成形性能和表面质量。
比较例1~6中成分和工艺制备不满足要求,存在如下弊端:
比较例1:Cr元素过多,大于0.03wt.%,导致晶粒尺寸过细,小于21μm,YPE大于0.2%,不满足性能要求。
比较例2:冷轧率大于50%,冷轧率过高,导致晶粒尺寸过细,小于21μm,YPE大于0.2%,不满足要求。
比较例3:保温时间过长造成晶粒大于40μm,板材变形后出现橘皮组织,不满足要求。
比较例4:降温时间过长,Mg原子扩散充分形成柯垂尔气团造成YPE大于0.2%,不满足性能要求。
比较例5:未进行矫直,板材板型不好,同时未通过矫直变形消除YPE,YPE大于0.2%,不满足性能要求,
比较例6:矫直量过大造成板材过硬,最终成形YPE小于0.2,不满足性能要求。
比较例7-8:最终退火方式为箱式退火,升、降温速率过慢,Mg原子扩散充分形成柯垂尔气团造成YPE大于0.2%,不满足性能要求。
比较例9:最终退火方式为箱式退火,升、降温速率过慢,且在本发明所述温度范围内高温退火时出现二次再结晶现象,所有性能均不满足要求。
表1 合金板材成分(.wt%)
表2 合金O态板材性能
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种车身用合金板材,其特征在于,所述合金包括按质量百分比计的如下组分:Si:≤0.4%;Fe:≤0.4%;Mn:0.2%~0.5%;Mg:3.0%~6.0%;Cr:≤0.03%;Cu:≤0.15%,余量为Al及杂质。
2.如权利要求1的一种车身用合金板材,其特征在于,所述合金板材的屈服点延伸率YPE≤0.2%;所述合金晶粒的平均晶粒尺寸为20~40μm。
3.如权利要求1或2所述合金板材,其特征在于,所述合金板材的制备方法包括如下步骤:
(1)制备所述合金熔体铸锭;
(2)对所得铸锭双级均匀化处理:
(3)将均匀化的铸锭热轧至4.0~9.0mm厚的板材;
(4)对所得热轧板进行冷轧;
(5)对冷轧后的板材箱式中间退火;
(6)对中间退火后板材再进行冷轧;
(7)对所得冷轧板进行最终成品退火处理;
(8)对最终退火板材进行矫直处理。
4.如权利要求3所述合金板材,其特征在于,
所述步骤2的均匀化处理为双级均匀化处理:第一级在380~440℃下保温3~8h;第二级在490~530℃下保温3~8h。
5.如权利要求3所述合金板材,其特征在于,
所述步骤5的箱式退火制度包括:以20-50℃/h的速度将所述板材升温至300-350℃后保温2h以上;或以大于20℃/s的升温速度将板材升温至460~520℃后保温15s-5min进行连续退火。
6.如权利要求3所述合金板材,其特征在于,
所述步骤6的冷轧制度包括:对中间退火后的板材再冷轧至0.8~3.0mm的厚度的板材,其冷轧率为20~50%。
7.如权利要求3所述合金板材,其特征在于,
所述步骤7的最终退火处理制度包括:最终成品退火在连退线上进行,以大于20℃/s的升温速度,在480~520℃下保温15s~5min后水淬,以大于10℃/s的速度冷却。
8.如权利要求3所述合金板材,其特征在于,
所述步骤8的矫直制度包括:矫直量为0.5~1%。
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