CN1860246A - 具有优异抗烘焙软化性的铝合金板 - Google Patents
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Abstract
烘焙处理前具有高强度和高抗烘焙软化性的铝－镁合金板，含有质量百分比，2－5％镁，大于0.05％和1.5％或更少的铁，0.05－1.5％锰，和晶体颗粒细化剂，剩余包括铝和不可避免杂质，不可避免杂质中，可含有少于0.20％硅，铁和锰总含量大于0.3％，溶解再固溶体中的铁含量50ppm或更多，每平方毫米存在圆周当量直径1－6μm的金属间化合物5000个或更多，重结晶颗粒平均直径20μm或更小。
Description
技术领域
本发明涉及在其上进行烘焙处理的铝合金板，如在喷漆后，烘焙处理后希望材料具有高强度，如家用电器产品和汽车的外板等结构材料。
背景技术
由于铝-镁合金具有优异的可成型性，多种形式已被应用在上述提到的技术领域，并已被用在样品和其它产品上。
例如，JP-AH07-278716公开了通过添加硅和铁，具有优异的局部伸长的用于成型的铝合金板，向含有一定量镁的铝-镁合金中，允许添加的硅和铁的量可相当高，浇铸中，使浇铸厚板变薄，调节熔融合金的固化速率，限制金属间化合物的尺寸。
尽管如此，在上面提到的技术领域，近年内，期望材料烘焙后能有增加的高强度，铝-镁合金在烘焙前具有高强度，是被选的，此外，烘焙后强度降低非常小，也就是烘焙软化率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝-镁合金板，烘焙前它的强度高，此外抗烘焙软化性高，也就是烘焙软化率低。
本发明的发明者通过发现使溶解在铝-镁合金板固溶体中的铁含量高，此外，使重结晶颗粒小，烘焙处理前强度变高，同时抗烘焙软化性变得非常优异以完成本发明。
本发明提供一种具有优异抗烘焙软化性的铝-镁合金板，特征在于含有2-5％重量份的镁，超过0.05％和1.5％或更小量的铁，0.05-1.5％的锰，以及结晶颗粒细化剂，其余还包括铝和不可避免的杂质，在不可避免的杂质中，硅含量小于0.20％，铁和锰的总量大于0.3％，溶解在固溶体中的铁为50ppm或更多，每平方毫米存在当量圆周直径1-6μm的金属间化合物5000个或更多，此外，平均重结晶颗粒直径为20um或更低。
通过溶解在固溶体中的铁含量提高和细化重结晶颗粒尺寸，可制得具有高强度和优异抗烘焙软化性的铝合金板。
在本发明中，除了上述组份外，可含有超过0.05％和大于0.5％的铜。通过含有铜，使强度和抗烘焙软化性进一步提高。
发明的最佳实施方式
下面说明限定本发明铝合金板组成的原因。如果没有特别说明，每种组分含量单位以重量百分比表示。
[镁：2-5％]
添加镁是为了提高强度和赋予可成型性，如果镁的含量低于较低的临界值2％，上述提到的效果将很小。如果超过上限值，容易产生应力腐蚀裂纹区，为了防止发生，特定的处理是需要的，因此这是不希望的。镁的含量较适合为4.5％或更小。
[铁：大于0.05％和1.5％或更少；锰：0.05-1.5％；铁和锰的总量：大于0.3％]
铁对提高抗烘焙软化性是有效的，通过增加固溶体中铁的含量从而抑制乱层重排。另外，由于铁和锰共存在，可促进许多金属间化合物的沉积，如铝-铁和铝-铁-锰化合物，这样重结晶成核点的数量增加，重结晶颗粒尺寸减小。如果铁含量为0.05％或更少，或锰的含量小于0.05％，上述效果将小。另一方面，如果铁的含量或锰的含量超过上限值1.5％，将生成粗糙的金属间化合物，可成型性变差，因此，这是不希望的。
为了解释本发明指定的金属间化合物的尺寸和数量，铁和锰必须共存在。为了获得这种共存在效果，铁和锰的总量必须大于0.3％。铁和锰的总量较适合为0.35％或更多，更合适为0.4％或更多。此外，从解释限定铁和锰含量的各个上限值的原因，铁和锰含量的总量较适合小于2％。
[铜：大于0.05％，0.5％或更少]
添加铜是为了进一步提高强度和抗烘焙软化性。如果铜含量为0.05％或更少，上述效果小，如果超过上限值0.5％，抗腐蚀性劣化。
[晶体颗粒细化剂]
添加晶体颗粒细化剂是为了防止熔融合金固化过程中由于快速冷却生成浇铸裂纹。锆、钛和硼是用作晶体颗粒细化剂典型的元素。0.001-0.2％锆或0.001-0.3％钛可被单独加入，或两者结合加入。0.0001-0.1％硼可被单独加入，但还可与锆或钛结合加入。特别是，当与钛结合加入时，具有增效作用。晶体颗粒细化剂的总量较适合为0.001-0.3％。
[不可避免的杂质]
从铝块、回收废料，熔融夹具以及类似物混入不可避免的杂质，硅、铬、镍、锌、镓和钒是典型的元素。
特别是，大量的硅从回收废料混入，因此在共混时需要小心。如果含有过量的硅，Mg2Si沉淀，可成型性变差。因此，硅含量的上限将被限定为小于0.2％。较适合小于0.15％。
为了防止铝-镁合金应力腐蚀裂纹，铬被加入，尽管它容易从回收废料中混入，在本发明中，允许含量小于0.3％。
镍含量较适合小于0.2％，镓含量和钒含量分别小于0.1％。
除了上述提到的，不可避免杂质的总含量应限定在小于0.3％，尤其是从保持高可成型性的观点看。
[溶解在固溶体中铁的量：50ppm或更多]
使溶解在固溶体中铁的含量高的原因是为了提高强度和抗烘焙性。通过增加溶解在固溶体中铁的量，轧制处理后强度提高，烘焙处理中乱层重排被限制，因此软化度降低。较适合的溶解在固溶体中的铁含量为60ppm或更多，更适合为70ppm或更多。
[每平方毫米圆周当量直径1-6μm的金属间化合物的数量为5000个或更多]
圆周当量直径1-6μm的金属间化合物可成为重结晶颗粒的成核点，有助于重结晶颗粒细化。直径小于1μm的金属间化合物不能成为重结晶颗粒的成核点。此外，如果直径1-6μm的金属间化合物的数量小于每平方毫米5000个，依据本发明细化的重结晶颗粒不能得到。较适合的数量是每平方毫米6000个或更多。
[重结晶颗粒平均直径为20μm或更小]
最终退火后重结晶颗粒的细化是为了提高板的强度，与具有粗结晶颗粒聚集的板相比。如果平均重结晶颗粒直径大于上限值，强度的提高小，这是不希望的。较适合重结晶颗粒的平均直径为15μm或更小，更合适为10μm或更小。
接着，将解释较适合的生产工艺。尽管不需要限定于此方法。
在本发明铝合金熔融过程中，调节熔融合金的组成后，脱气和固化，如果需要微调组成，将结晶颗粒细化剂加入熔炉或槽中，然后浇铸。
不特别限定浇铸方法。叠可使用箱铸模、具有更细量规的直流浇铸、双辊浇铸、带型浇铸、3C方法或整铸方法的任一种。
在浇铸中，熔融合金的冷却速率设定在每秒40-90℃之间在1/4厚板的厚度，这样大量的微小金属间化合物形成。如果本发明组成范围的熔融合金冷却速率小于每秒40℃，颗粒尺寸变大，圆周当量直径1-6μm的化合物的密度将小于每平方毫米5000个，如果冷却速度大于每秒90℃，化合物尺寸变小，圆周当量直径1-6μm的化合物的密度将小于每平方毫米5000个。金属间化合物的平均直径为2-3μm。
如果希望，在得到的厚片上进行热轧，为了得到希望厚度的片可进行冷轧，为了发生重结晶最后进行退火。退火可在冷轧前或之间进行，但在轧制的板上进行最后退火，冷轧收缩率85％或更大。最终退火可是连续退火(CAL)或间歇退火。连续退火包括连续退火卷材，同时将其卷起，片材的加热速率设定为每秒5℃或更大，在400-520℃保持1秒～10分钟以使重结晶。在间歇退火中，在退火炉中处理卷材，片材的加热速率约为每小时40℃，在300-400℃保持10min～5小时使重结晶。由于上面提到的金属间化合物的尺寸和数量，最终退火前冷轧收缩，板的平均重结晶颗粒直径变成20μm或更小。该片材然后被提供以实际使用，或为了得到平面，被放置通过表皮通道或轧平机，冷轧收缩率约0.5-5％。
实施例1：
表1描述组成的熔融合金脱气和固化后，用带有细刻度的DC浇铸方法浇铸成厚板。刮光后，在厚板上进行冷轧使板的厚度为1mm。然后，板材进行连续退火。金属间化合物的尺寸、数量、重结晶颗粒平均直径、溶解在固溶体中的铁含量、0.2％屈服强度(YS)，拉伸强度(UTS)，延伸率(EL)被测量。然后，退火后在上述板材上施加5％的拉伸应变，测试0.2％屈服强度。然后，在预应变片上进行热处理(180℃，30分钟)以模拟烘焙处理，测试冷却后的0.2％屈服应变。上述工艺和测试结果在表2和表3中示出。
然后，作为比较例，上述合金用DC浇铸方法浇铸，但改变冷却速率。轧制得到厚板，热处理以模拟烘焙处理。流程和测试结果与实施例一起在表2和表3中示出。
表1合金组成
(单位：质量％)
| 合金 | Mg | Fe | Mn | Cu | Si | Zr | Ti | B | Fe+Mn | 备注 |
| A | 3.2 | 0.20 | 0.30 | 0.00 | 0.08 | 0.00 | 0.01 | 0.002 | 0.50 | 发明例 |
| B | 3.4 | 0.20 | 0.25 | 0.25 | 0.08 | 0.00 | 0.01 | 0.002 | 0.45 | “ |
| C | 4.5 | 0.41 | 0.36 | 0.03 | 0.12 | 0.00 | 0.02 | 0.005 | 0.77 | “ |
| D | 3.3 | 0.20 | 1.25 | 0.00 | 0.08 | 0.05 | 0.00 | 0.003 | 1.45 | “ |
| E | 3.3 | 1.25 | 0.10 | 0.00 | 0.09 | 0.05 | 0.01 | 0.004 | 1.35 | “ |
注：剩余为铝和不可避免杂质
表2生产工艺
| 样品 | 合金 | 浇铸方法/厚片厚度(mm) | 冷却速率(℃/秒) | 刮光/均质化处理 | 热轧 | 中间退火 | 冷轧/*1 | 最终退火 | 备注 |
| 1 | A | DC Cast/40mm | 79 | 15mm/否 | 否 | 否 | 1mm/90 | 450℃ CAL | 发明例 |
| 2 | B | DC Cast/40mm | 79 | 15mm/否 | 否 | 否 | 1mm/90 | 450℃ CAL | “ |
| 3 | A | DC Cast/50mm | 75 | 20mm/否 | 否 | 否 | 1mm/90 | 450℃ CAL | “ |
| 4 | C | DC Cast/50mm | 75 | 20mm/否 | 否 | 否 | 1mm/90 | 450℃ CAL | “ |
| 5 | D | DC Cast/40mm | 79 | 15mm/否 | 否 | 否 | 1mm/90 | 450℃ CAL | “ |
| 6 | E | DC Cast/40mm | 79 | 15mm/否 | 否 | 否 | 1mm/90 | 450℃ CAL | “ |
| 7 | A | DC Cast/508mm | 5 | 5mm/500℃×5h | 6mm | 否 | 1mm/83 | 450℃ CAL | 比较例 |
| 8 | C | DC Cast/65mm | 20 | 30mm/否 | 否 | 2mm/360℃×2h | 1mm/50 | 450℃ CAL | “ |
| 9 | A | DC Cast/40mm | 79 | 15mm/否 | 否 | 2mm/360℃×2h | 1mm/50 | 450℃ CAL | “ |
注：冷却速率在1/4厚板处测量
*1冷轧收缩率(％)
表3微观结构和性能
| 样品号 | 当量圆周直径1-6μm的金属间化合物密度(个/mm2) | 重结晶颗粒直径(μm) | 溶解在固溶体中的铁含量(ppm) | 0.2％屈服强度(MPa) | 拉伸强度(MPa) | 延伸率(％) | 0.2％屈服强度(MPa)and5％预应变和热处理后的软化率(％) | 备注 |
| 1 | 6800 | 8 | 79 | 122 | 238 | 29 | 189/156(17.5) | 发明例 |
| 2 | 7175 | 9 | 76 | 117 | 253 | 27 | 192/176(8.3) | “ |
| 3 | 6408 | 10 | 78 | 120 | 236 | 28 | 187/154(17.6) | “ |
| 4 | 10352 | 8 | 81 | 165 | 312 | 28 | 235/205(12.8) | “ |
| 5 | 13120 | 6 | 70 | 145 | 268 | 25 | 212/198(6.6) | “ |
| 6 | 17250 | 5 | 101 | 138 | 259 | 25 | 205/182(11.2) | “ |
| 7 | 3080 | 25 | 5 | 105 | 224 | 29 | 173/123(28.9) | 比较例 |
| 8 | 4859 | 22 | 45 | 140 | 282 | 31 | 212/165(22.2) | “ |
| 9 | 6812 | 25 | 48 | 105 | 224 | 29 | 172/137(20.3) | “ |
备注：金属间化合物的直径和密度用图形分析法测量
用截断法测量重结晶颗粒尺寸
用热苯酚法测量溶解在固态溶液重的铁数量。
*每一格中的数值：A/B(C)指下列。A，B代表热处理前后的0.2％屈服强度，C代表软化率。
从表1-3示出的结果，依据本发明样品号1，2，3，4，5和6，由于它们的层间化合物密度高，重结晶颗粒的平均直径小，0.2％屈服强度高，溶解在固溶体中的铁含量高，因此可看出烘焙软化率低。另一方面，依据比较例的样品7和8，由于层间化合物的密度低，重结晶颗粒直径大，0.2％屈服强度低，溶解在固溶体中的铁含量低，因此可看出软化率高。
比较例的样品9在最终退火前具有低冷轧收缩率，因此重结晶颗粒直径大，0.2％屈服强度低，固溶体中的铁含量低，因此软化率高。
实施例2
表4所列组成的熔融合金脱气和固化后，用双带浇铸法浇铸出厚度7mm的厚板，熔融合金的冷却速率每秒75℃。这些厚板被冷轧，制成1mm厚的片(冷轧收缩率86％)。然后，这些片被连续退火(CAL)。金属间化合物尺寸及数量，重结晶颗粒的平均直径，溶解在固溶体中的铁含量，0.2％屈服强度(0.2YS)，拉伸强度(UTS)和伸长率(EL)被测量。接着给予退火后上述片0.5％拉伸预应变，测试0.2％屈服强度。接着，在预应变片上进行热处理(180℃，30分钟)以模拟烘焙处理，测试冷却后的0.2％屈服强度。上述工艺过程和测试结果在表5和表6中示出。
接着，作为比较例，以每秒30℃冷却速率从上述熔融合金浇铸成厚度38mm的厚板。进一步，7mm厚板还被冷轧方法浇铸(冷却速率每秒300℃)。工艺过程和测试结果与技术方案实施例一起示出。
表4合金组合物
(单位：质量％)
| 合金 | Mg | Fe | Mn | Cu | Si | Zr | Ti | B | Fe+Mn | 备注 |
| A | 3.3 | 0.20 | 0.22 | 0.00 | 0.08 | 0.00 | 0.01 | 0.002 | 0.42 | 发明例 |
| B | 3.4 | 0.20 | 0.20 | 0.25 | 0.08 | 0.00 | 0.01 | 0.002 | 0.40 | “ |
| C | 4.5 | 0.20 | 0.35 | 0.03 | 0.10 | 0.00 | 0.02 | 0.005 | 0.55 | “ |
| D | 3.0 | 0.20 | 1.30 | 0.03 | 0.10 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 1.50 | “ |
| E | 3.0 | 1.20 | 0.10 | 0.03 | 0.10 | 0.06 | 0.01 | 0.005 | 1.30 | “ |
注：其余为铝和不可避免杂质
表5生产工艺
| 试样 | 合金 | 厚片厚度(mm) | 冷却速率(℃/sec) | 抛光/均质处理 | 热轧 | 中间退火 | 冷轧/*1 | 最终退火 | 备注 |
| 1 | A | 7mm | 75 | 否 | 否 | 否 | 1mm/86 | 430℃ CAL | 发明例 |
| 2 | B | 7mm | 75 | 否 | 否 | 否 | 1mm/86 | 430℃ CAL | “ |
| 3 | C | 7mm | 75 | 否 | 否 | 否 | 1mm/86 | 450℃ CAL | “ |
| 4 | D | 7mm | 75 | 否 | 否 | 否 | 1mm/86 | 450℃ CAL | “ |
| 5 | E | 7mm | 75 | 否 | 否 | 否 | 1mm/86 | 450℃ CAL | “ |
| 6 | A | 38mm | 30 | 否 | 7mm | 否 | 1mm/86 | 450℃ CAL | 比较例 |
| 7 | A | 7mm | 300 | 否 | 否 | 否 | 1mm/86 | 430℃ CAL | “ |
| 8 | A | 7mm | 75 | 否 | 否 | 2mm/360℃×2h | 1mm/50 | 430℃ CAL | “ |
注：在1/4厚片厚度测试冷却速率
*1冷轧收缩率(％)
表6微观结构和性能
| 样品编号 | 圆周当量直径1-6μm金属间化合物的密度(个/mm2)) | 重结晶颗粒直径(μm) | 溶解在固态溶液中的铁浓度(ppm) | 0.2％屈服强度(MPa) | 拉伸强度(MPa) | 延伸率(％) | 0.2％屈服强度(MPa)和5％预应变后的软化率％和热处理* | 备注 |
| 1 | 6435 | 9 | 76 | 118 | 235 | 27 | 185/152(17.8) | 发明例 |
| 2 | 6813 | 8 | 74 | 116 | 250 | 28 | 190/171(10.0) | “ |
| 3 | 9274 | 7 | 80 | 154 | 297 | 27 | 232/201(13.4) | “ |
| 4 | 13052 | 6 | 70 | 141 | 265 | 25 | 207/192(7.2) | “ |
| 5 | 17183 | 5 | 101 | 134 | 257 | 25 | 201/183(9.0) | “ |
| 6 | 4910 | 25 | 42 | 106 | 224 | 26 | 173/132(23.7) | 比较例 |
| 7 | 1900 | 50 | 90 | 98 | 220 | 25 | 165/140(15.2) | “ |
| 8 | 6854 | 24 | 45 | 107 | 225 | 27 | 175/135(22.9) | “ |
备注：金属间化合物的直径和密度用图形分析法测量
用截断法测量重结晶颗粒尺寸
用热苯酚法测量溶解在固态溶液重的铁数量。
从表4-6示出的结果，依据本发明的样品号1-5中，由于金属间化合物密度高，重结晶颗粒直径小，0.2％屈服强度高，溶解在固溶体中铁的浓度高，因此可看出烘焙软化率低。另一方面，依据比较例的样品6具有低的金属间化合物密度，这样重结晶颗粒直径大，0.2％屈服强度低，溶解在固溶体中的铁浓度低，因此可看出软化率高。依据比较例的样品7具有低金属间化合物密度，重结晶颗粒直径大，可以看出0.2％屈服强度低。依据比较例的样品8在最终退火前冷轧收缩率低于85％，因此重结晶颗粒大，0.2％屈服强度低，溶解在固溶体中的铁含量低，因此软化率高。
如上所述，依据本发明的铝合金板具有优异的抗烘焙软化性，这样即使如果成型、喷涂及类似处理后，在涂料上进行烘焙处理，软化度低，这可被广泛应用如汽车车体板，因此它们的工业价值非常高。
Claims (2)
1、具有优异抗烘焙软化性的铝合金板，其特征在于：含有质量百分比2-5％镁，大于0.05％和1.5％或更少的铁，0.05-1.5％锰，和晶体颗粒细化剂，剩余包括铝和不可避免杂质，在不可避免杂质中，硅含量小于0.20％，铁和锰总含量大于0.3％，溶解在固溶体中的铁含量为50ppm或更多，每平方毫米圆周当量直径1-6μm的金属化合物5000个或更多，此外，重结晶颗粒平均直径20μm或更低。
2、根据权利要求1所述的具有优异抗烘焙软化性的铝合金板，其特征在于：铜含量大于0.05％和0.5％或更低。
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