CN1252308C - 制造A1Mn带材或板材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造用于接下来通过钎焊来制造部件的AlMn带材或板材的方法。依据本发明的方法，输入原料由熔体制得，其包含(按wt.%)Si：0.3-1.2%，Fe：≤0.5%，Cu：≤0.1%，Mn：1.0-1.8%，Mg：≤0.3%，Cr+Zr：0.05-0.4%，Zn：≤0.1%，Ti：≤0.1%，Sn：≤0.15%，以及不可避免的伴生元素，其单种含量最大等于0.05%，然而，它们的总含量最大为0.15%，熔体的剩余部分由铝组成。输入原料在低于520℃的预加热温度下预加热，保持时间不长于12小时。然后将预加热后的输入原料热轧成热轧带，热轧的最终温度至少为250℃，将热轧带冷轧成冷轧带，不用中间退火。本发明的方法可以经济地制造甚至在钎焊后仍具有高强度水平，尤其是高的屈服点和优异的抗腐蚀性的铝板材。

Description

制造AlMn带材或板材的方法
本发明涉及一种制造用于通过钎焊来制造部件的AlMn带材或板材的方法。
例如，汽车热交换器一般用铝板材制造，其中，热交换器的单个预制部件，比如平板，导管和分布器彼此通过钎焊相互连接。在实际应用中，由于冲击，较长时间的震动，腐蚀效应以及其它类似的事件，作用于这样制造的并安装在汽车上的部件上的应力是很大的。这尤其发生在通过它来产生热耗散的平板上。
由于铝材的性能不足结果在这些热交换器部件中产生的缺陷可以带来很大的破坏。已经表明，本文中所关注的那些在钎焊过程中会因发热而发生微结构变化的部件上的区域在过去是尤其有问题的。
由于上述原因，所讨论的该类型的铝板除了需要对钎焊有好的适用性外，还要甚至在钎焊后仍具有高的强度，尤其是高的极限屈服强度Rp0.2和韧性。所关注的铝板材必须同时具有好的可变形性和高的抗腐蚀性。
从WO 97/18946中可以知道一种用于制造热交换器平板的材料，其包含(按重量百分比)0.2-0.5％的Fe，0.7-1.2％的Si，1.2-1.6％的Mn，≤0.3％的Mg，≤0.05％的Cu，≤0.2％的Zn，≤0.1％的Ti，以及不可避免的伴生元素，其单种含量至多0.05％，它们的总量至多为0.15％，剩下的是铝。用该材料铸成铸块作前体材料，随后预加热到至少为520℃的初始轧制温度并进行热轧。接下来进行至少两步的冷轧轧制到最终厚度，在冷轧步骤之间，必须进行两个小时的中间退火，退火温度在360℃到400℃之间。
依据这一所知的方法制造的材料的实际测试已经表明，依据相关技术制造的铝板的材料性能对具体的应用是不充分的。这尤其是对于钎焊后在钎焊结合区域里仍然存在的强度和抗腐蚀性来讲。另外，比如在热交换器的制造中已经表明，由于腐蚀电位的不同，将用WO97/18946中的材料制造的部件与用另一种轻金属材料制造的热交换器部件相结合的可能性受到了限制，其腐蚀电位太低了。
基于上述相关技术，本发明的目的是提供一种方法，使用该方法，可以以一种廉价的方式来制造铝板材，其甚至在钎焊之后，仍可靠地具有高的强度，尤其是高的屈服强度，以及优异的抗腐蚀性。
这一目的通过一种制造用于通过钎焊来制造部件的AlMn板材的方法来获得，
-其中，前体材料由下述熔体制得，该熔体包含(按重量百分比)O.3-1.2％的Si，≤O.5％的Fe，≤O.1％的Cu，1.O-1.8％的Mn，≤0.3％的Mg，0.05-0.4％的Cr+Zr，≤O.1％的Zn，≤O.1％的Ti，≤O.15％的Sn，以及不可避免的伴生元素，其单种含量至多0.05％，且它们的总量至多0.15％，剩余部分是铝，
-其中，将前体材料在低于520℃的预加热温度下预加热，保持续时间至多12小时，
-其中，将预加热的前体材料热轧成热轧带材，
-其中，不用中间退火将热轧带材冷轧成冷轧带材，并且-其中，最后将冷轧带材进行退火处理。
本发明建立在制造前体材料所用的熔体组合物之上，其合金成份彼此之间相互适应，由此，尤其将晶间腐蚀的危险减小到了最小，并使因点蚀而产生的腐蚀侵袭均匀地在表面分布。结果，确保了高的抗腐蚀性。
同时优化了依据本发明所用的合金及其处理方法的参数，这样可以在中等温度范围的热轧温度下，通过简单的方式来用它制造甚至在钎焊后仍具有好的可变形性和高的强度，尤其是高值的屈服强度Rp0.2以及具有抗断裂的好的延展性的铝板，而不必在冷轧的过程中使用中间退火。
已经测出，在依据本发明制造的板材中，钎焊后的屈服强度Rp0.2至少为60MPa。在许多情况下，可以确立至少为65MPa的弹性Rp0.2的极限。腐蚀电位通常小于-750mV，在许多情况下甚至小于-800mV(依照ASTM G69参比于GKE)。
在依据本发明制造的AlMn板材中，硅的含量也对钎焊后的板材强度有正面影响。然而，已经表明硅同时还会通过与锡的相互作用而影响晶间腐蚀的产生。所以，在依据本发明所用的合金中，硅含量的预定范围要联系锡的含量来进行选择，这样，才可以获得针对避免晶间腐蚀优化的组合物。这样可以确保依据本发明制造的AlMn板材的好的抗腐蚀性以及同时高的强度。
如果熔体中的锡含量[％Sn]和硅含量[％Si]的比率≥0.03，是尤其适应的。若比率[％Sn]/[％Si]可以设定到≥0.1，锡和硅量之间的相互作用能够进一步得到优化。
最迟，当熔体中的Si含量按重量百分比至少为0.75％时，按所示比率加入锡进行合金化是必要的。然而，甚至在Si含量按重量百分比为0.5％及更多时，按所示比率加入锡仍是可取的。
如果将Si含量的预定范围的上限限定在按重量百分比至多为1.0％，用依据本发明的方法就可以尤其可靠地制得一方面具有优化的高强度，另一方面具有最小化的晶间腐蚀危险的铝板材。
铁可以促进与硅结合的初始相的形成。所以，依据本发明，铁的含量按重量百分比限制在至多0.5％。在依据本发明的制造条件下，通过对铁含量的这一限定，确保了将硅保持在溶体中。如果将铁的含量按重量百分比限制在至多0.3％，这可以得到尤其可靠的保证。
在依据本发明的所用合金中，铜的含量按重量百分比限制在至多0.1％，优选的为0.05％。铜确实可以提高强度，但也会导致正的腐蚀电位。然而，正的腐蚀电位限制了与其它材料接合的可能性。另外，Cu含量的增加使尤其对于晶间腐蚀的腐蚀行为恶化。
依据本发明提供的熔体中的Mn含量按重量百分比至少为1.0％，至多为1.8％，该含量支持了依据本发明的板材的强度。如果熔体中的Mn含量按重量百分比至少为1.3％，至多为1.5％，则可以可靠地得到优化的强度值。
镁作为一种提高强度的元素加入到依据本发明所用的合金中。然而，由于在较高的含量下，镁对惰性气体钎焊(CAB钎焊)中的钎焊性能有负面影响，依据本发明，镁的含量按重量百分比限定在至多0.3％。如果要完成尤其关键的钎焊工序，将镁含量按重量百分比限定在至多0.1％会对加工结果有有利效果。
在依据本发明的所用合金中加入Cr和/或Zr进一步提高了强度和抗腐蚀性。如果将Cr和Zr总含量按重量百分比保持在0.05-0.4％的范围，可以形成长寿命的微结构(拉长的粗晶粒)，其中，由于晶界表面的减少会使晶间腐蚀的形成受到阻碍。然而，与Mn，Fe和Ti组合到一起的Cr和Zr可以导致粗析出，这结果对依据本发明制造的板材的可变形性和强度有负面影响。所以，在依据本发明的所用合金中，铬和/或锆的含量对于低Mn含量可以提高，而对高Mn含量就要减少。
如果熔体中的Cr含量按重量百分比在至少0.1％到至多0.2％的范围，且Zr含量按重量百分比至多为0.05％，则Cr和/或Zr的正面影响可以得到尤其可靠的应用。
为了避免锌对所讨论的该类型铝板材的腐蚀的负面影响，Zn的含量按重量百分比限定在0.1％，优选的在0.05％。
在依据本发明的所用合金中可以加入含量为按重量百分比最高达0.1％，优选的最高达0.05％的钛，以使铸造微结构晶粒细化。
依据目前的实践，从熔体中连续铸造铸块来作为前体材料。然而，当然也可以使用以另一种方式制造的前体材料来作为制造依据本发明的AlMn板材的起始品。
依据本发明的方法允许在一个低于520℃的相比而言较低的金属预加热温度下进行热轧，这使得制得的热轧带材的微结构对于可变形性和抗腐蚀性来讲是优化的。考虑到该前体材料的好的可轧制性，此时预加热温度至少为400℃。
若将该前体材料加热到至多470℃，并且为了最大程度的将Mn尽可能保持在溶体中，而将预加热的保持时间限制到至多5小时，将是尤其有利的。保持在溶体中的锰在后面的退火过程(软退火/再退火)和钎焊工序中可以良好分散地析出，这样可以得到所希望的高强度，尤其是高值的屈服强度Rp0.2。由于已经描述的原因，在热轧过程中，前体材料的起始温度优选的至少为400℃。此时，为了一方面确保前体材料的足够的可变形性，另一方面确保热轧过程中形成优化的微结构，热轧过程中的最终轧制温度在250℃以上，优选的在300℃以上。热轧带材的厚度在2-10mm的范围。
在依据本发明的方法的最后进行一次退火处理，用来调节送条件。此时，退火处理可以包括软退火或者在盘卷状态或在连续退火炉中对冷轧带材进行再退火。如果进行的是软退火，软退火过程中AlMn板材的温度至少为300℃，优选的至少为350℃。这样退火处理的带材以“0”的状态(软退火的)交送给制造商。
作为对比，如果交送的材料在回火的状态，例如在状态H22(应变硬化，再退火，1/4硬化)，H24(应变硬化，再退火，2/4硬化)或者H26(应变硬化，再退火，3/4硬化)的状态，则进行的退火处理是在盘卷或连续退火炉中进行的所用温度需要相应调整的再退火。
冷轧成品带材的厚度一般在50到500μm之间。
为了对依据本发明制造的带材作进一步的处理，用一种或者两种Al合金在带材的一面或者两面进行包覆也是有利的，每面所用包覆层的厚度是带材总厚度的3％-20％。例如，所关注的合金是典型的钎焊合金，比如EN AW-4045，EN AW-4343，EN AW-4004，EN AW-4104以及它们的改良产物，还有典型的保护包覆物，比如EN AW-1050，EN AW-1050A，EN AW-7072以及它们的改良产物。此时，包覆层优选的通过轧制包覆进行应用。
下面，参照实施例方案对本发明作更详尽的描述。
在表1中，列出了AlMn板材1-8的合金元素的含量。表1：
  Si   Fe   Cu   Mn   Mg   Cr   Zn   Ti   Zr   Sn
  1   0.89   0.31   0.011   1.08   0.001   0.170   0.006   0.008   -   -
  2   0.90   0.30   0.010   1.05   0.001   0.005   1.090   0.007   -   -
  3   0.55   0.27   0.009   1.42   0.031   0.011   0.007   0.005   -   -
  4   0.57   0.30   0.140   1.07   0.028   0.116   0.004   0.006   -   -
  5   0.84   0.29   0.008   1.33   0.063   0.111   0.005   0.009   -   -
  6   0.81   0.31   0.009   1.37   0.070   0.123   0.004   0.005   -   0.034
  7   0.43   0.31   0.013   1.03   0.001   0.015   0.007   0.008   -   -
  8   0.74   0.27   0.014   1.36   0.083   0.130   0.004   0.011   -   0.089
含量按重量百分比表示。
分别用具有每个相应组分的熔体来连续铸造铸块。随后，将铸块前体材料预加热到在400℃到520℃之间的预加热温度，优选的在400℃到470℃之间。
将以这种方式预加热后的前体材料进行热轧，所用热轧最终温度至少为250℃，优选的为300℃，所得热轧带材厚度为3.5mm。随后，将该热轧带材进行一次或者多次冷轧，直到其最终厚度为100μm。在冷轧过程中不进行中间退火。
最后，为了调节交送条件，通过依据制造商的指示进行的软退火或者再退火来进行一次退火处理。
最终，将冷轧带材包装成板材。
以这种方式制造的AlMn板材，在软退火交送状态下，极限屈服强度Rp0.2至多为80MPa，拉伸强度Rm至少为100MPa，断裂延伸率A100至少为3％。
将从1-8(实施例序号)中得到的AlMn板材制成平板，将用其来制造汽车发动机的热交换器。这些板材能够用小于1mm的弯曲半径冷成型成180°的弯曲。
通过钎焊制得热交换器后，这些平板各自具有的屈服强度Rp0.2至少为60MPa，在许多例子中大于65MPa，以及不同的抗腐蚀性。此时，对经过了模拟钎焊周期的带材部分进行拉伸测试，以确定其机械特性值。所进行的钎焊周期从室温开始，所用的加热速度大约为25K/min，在600℃时保持3min，然后用大约40K/min的冷却速度冷却到室温。在表2中，列出了板材1-8在钎焊状态下的屈服强度Rp0.2及其抗腐蚀性的评价。
表2：
                        已钎焊状态
  Rp0.2[MPa]   等级1)   腐蚀程度2)   抗晶间腐蚀倾向2)
  1   65   7   4.0   2.5
  2   62   2   2.5   1.5
  3   64   13   4.5   4.0
  4   66   9   3.0   3.0
  5   69   8   4.0   3.0
  6   70   11   4.0   4.0
  7   60   14   5.0   4.5
  8   70   15   4.5   5.0
1)15＝最优；1＝很差
2)5.0＝最优；1.0＝很差
值得注意的是Si含量[％Si]按重量百分比为0.84％而不含任何锡的板材5，其与相似组成的板材6相比腐蚀行为明显较差，板材6中的Sn含量[％Sn]按重量百分比为0.034％，Si含量[％Si]按重量百分比为0.81％，因此板材6中[％Sn]/[％Si]比率是0.042。板材8在已钎焊状态时具有更好的腐蚀性能，其中的[％Sn]/[％Si]比率是0.120。Si含量[％Si]按重量百分比为0.34％而不含锡的板材7的结果表明，通过低Si含量同样可以获得非常好的腐蚀行为。然而，这不能带来比如在Si含量较高的板材6和8中所获得的那样的高值屈服强度Rp0.2。进一步地，Cu(板材4)以及尤其是Zn(板材1)对腐蚀行为的负面影响是值得注意的。

Claims (31)

1.一种制造用于通过钎焊来制造部件的AlMn带材或者板材的方法，
-其中由熔体制造前体材料，该熔体按重量百分比包含
Si：0.3-1.2％，
Fe：≤0.5％，
Cu：≤0.1％，
Mn：1.0-1.8％，
Mg：≤0.3％，
Cr+Zr：0.05-0.4％，
Zn：≤0.1％，
Ti：≤0.1％，
Sn：≤0.15％，以及
不可避免的伴生元素，其单种含量至多0.05％，且它们的总含量至多0.15％，以及
其余的铝，
-其中熔体中的Sn含量和Si含量的比率为[％Sn]/[％Si]≥0.03，
-其中，将前体材料在低于520℃的预加热温度下预加热，保持时间至多为12小时，
-其中将预加热后的前体材料热轧成热轧带材，所用最终热轧温度至少为250℃，
-其中将热轧带材冷轧成冷轧带材，不用中间退火。
2.权利要求1中的方法，其特征在于该比率[％Sn]/[％Si]≥0.1。
3.权利要求1或2中的方法，其特征在于熔体中的Si含量按重量百分比至少为0.5％。
4.权利要求3中的方法，其特征在于熔体中的Si含量按重量百分比至少为0.75％。
5.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Si含量按重量百分比至多为1.0％。
6.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Fe含量按重量百分比至多为0.3％。
7.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Cu含量按重量百分比至多为0.05％。
8.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Mn含量按重量百分比至少为1.3％，且至多为1.5％。
9.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Mg含量按重量百分比至多为0.1％。
10.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Cr含量按重量百分比至少为0.1％，且至多为0.2％。
11.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Zr含量按重量百分比至多为0.05％。
12.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Zn含量按重量百分比至多为0.05％。
13.权利要求1的方法，其特征在于熔体中的Ti含量按重量百分比至多为0.05％。
14.权利要求1的方法，其特征在于钎焊后的AlMn板材的屈服强度Rp0.2至少为60MPa。
15.权利要求14的方法，其特征在于钎焊后的AlMn板材的屈服强度Rp0.2至少为65MPa。
16.权利要求1的方法，其特征在于将从熔体中连续铸造的铸块作为前体材料处理。
17.权利要求1的方法，其特征在于前体材料的预加热温度至多为470℃。
18.权利要求1的方法，其特征在于预加热温度至少为400℃。
19.权利要求1的方法，其特征在于预加热保持时间至多为5小时。
20.权利要求1的方法，其特征在于热轧带材的厚度为2-10mm。
21.权利要求1的方法，其特征在于热轧过程中最终的轧制温度至少为250℃。
22.权利要求21的方法，其特征在于热轧过程中最终的轧制温度至少为300℃。
23.权利要求1的方法，其特征在于对冷轧带材进行退火处理。
24.权利要求23中的方法，其特征在于冷轧带材在盘卷状态下退火。
25.权利要求24中的方法，其特征在于冷轧带材在连续退火炉中退火。
26.权利要求24或25中的方法，其特征在于退火过程中AlMn板材的温度至少为300℃。
27.权利要求26中的方法，其特征在于退火过程中AlMn板材的温度至少为350℃。
28.权利要求1的方法，其特征在于冷轧带材的厚度在50μm到500μm之间。
29.权利要求1的方法，其特征在于用一种或者两种铝合金在带材的一面或者两面进行包覆，每面所用包覆层的厚度为带材总厚度的3％-20％。
30.权利要求29中的方法，其特征在于包覆层通过热轧包覆进行施加。
31.一种用于通过钎焊来制造部件的AlMn带材或者板材，其特征在于该AlMn带材或板材是依据权利要求1-30之一中的方法制造的。
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