TW201910529A - 高表面品質鋁鎂矽合金片材及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明旨在提供一種高表面品質鋁鎂矽合金片材及其製造方法。此製造方法係將主要成分包含矽0.8~1.5wt%、鎂0.25~0.7wt%之6000系鋁合金鑄造成鋁胚後，施予材質所需之均質化處理，然後經由所設計之預熱溫度、完軋裁減率和完軋溫度之適當組合，使熱軋板材之表面晶粒方位由具有方向性轉為散亂分佈的狀態，且該狀態將持續至材料冷軋為成品及最終熱處理之後，因此，所製得之鋁鎂矽合金片材於成形及塗漆烘烤後，其表面不致衍生出類似油刷痕之繩狀(roping)條紋。

Description

高表面品質鋁鎂矽合金片材及其製造方 法

本發明提供一種鋁鎂矽合金片材及其製造方法，且特別是有關於一種表面不具有繩狀條紋的高表面品質鋁合金片材及其製造方法。

鋁鎂矽合金因具有質量輕、成形性佳以及塗漆烘烤後強度高的優點，在全球節能減碳的風潮下，已逐漸取代鋼材來製造汽車的四門二蓋。然而，鋁鎂矽合金片材在成形後，表面常常衍生出繩狀條紋，尤其在塗漆烘烤後更為明顯，使其在外鈑件上的應用受到限制。

目前已知上述繩狀條紋的產生機制主要是由於鋁鎂矽合金片材在製造過程中，受到垂直軋延方向的拉伸應力時，由於變形不均而形成突起(Ridge)和凹陷(Valley)的粗糙表面，且因上述之突起和凹陷現象沿軋延方向延伸相當長的距離，因此即使在塗漆烘烤後，仍然清晰可見。如圖1 所示為拉伸變形後表面具有繩狀條紋之鋁鎂矽合金片材，其中，圖的右半邊係以墨水模擬塗漆後之狀態，而垂直軋延方向則為砂紙研磨痕跡。上述繩狀條紋之產生，材料上係由於特殊方位(主要為立方型(Cube{001}<100>)和高斯型(Goss{011}<100>))的晶粒沿鋁鎂矽合金片材的軋延方向呈帶狀排列且於垂直軋延方向呈現不均勻分佈所致。

針對上述鋁鎂矽合金片材表面的繩狀條紋之缺陷，目前已知的解決方法有二：(1)提高鑄造時鋁胚的鐵含量，並降低冷軋時的軋延比，以減少立方型和高斯型晶粒群聚所形成的帶狀型態，因而減緩繩狀條紋的情形；以及，(2)在鋁鎂矽合金片材進行冷軋途中，介入適當的中間退火製程來促進顆粒引發成核(Particle stimulated nucleation；PSN)型晶粒的形成，從而使其方位的分佈散亂化，以抑制立方型晶粒的產生，進而可減緩繩狀條紋的現象。

然而，提高鐵含量造成鋁鎂矽合金片材內部形成較多的粗大鑄造晶出相，從而降低其韌延性，且降低冷軋的軋延比會使得鋁鎂矽合金片材在熱處理後的晶粒變得粗大，致其成形後的表面產生粗糙橘皮組織，同樣影響外觀。再者，使用中間退火製程不僅額外耗費能源，也會使產線延長，增加生產成本。

因此，目前亟需提出一種不需經過中間退火製程，即可製得表面具有均勻分散且無方向性排列的晶粒型態之鋁鎂矽合金片材，特別是，表面繩狀條紋不明顯之鋁鎂矽合金片材。

本發明之一態樣在於提供一種高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，其可藉由特定組成的鋁胚以及熱軋步驟，製得表面具有均勻分散且無方向性排列的晶粒型態之鋁鎂矽合金片材。

本發明之另一態樣在於提供一種高表面品質的鋁鎂矽合金片材。

根據本發明之上述態樣，提出一種高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法。在一實施例中，上述製造方法包含下述步驟：首先，提供鋁胚，其合金組成包含0.8重量百分比(wt.%)至1.5wt.%之矽、0.25wt.%至0.7wt.%之鎂、0.1wt.%至0.5wt.%之鐵、0.01wt.%至0.2wt.%之錳、總量小於0.15wt.%之一或多個雜質，以及其餘為鋁。接著，對鋁胚進行均質化步驟。然後，再對鋁胚進行熱軋步驟，以形成熱軋板材，其中熱軋步驟包含：對鋁胚進行預熱處理，以及對該鋁胚進行一熱軋處理，其中預熱處理之溫度為450℃至550℃，熱軋處理之完軋溫度為350℃至450℃，且熱軋處理之末二道裁減率分別為40%至60%以及60%至66%。然後，對熱軋板材進行冷軋步驟，以形成冷軋片材。再來，對冷軋片材進行最終熱處理步驟，從而製得高表面品質鋁鎂矽合金片材。

依據本發明之一實施例，上述均質化步驟之溫度為550℃至580℃，且均質化步驟之時間為至少9小時。

依據本發明之一實施例，上述預熱處理之時間為至少2小時。

依據本發明之一實施例，上述最終熱處理步驟包含於570℃下對所述冷軋片材進行固溶處理達30秒，以及對已固溶處理的片材進行水淬處理。

依據本發明之一實施例，所述鋁胚包含多個雜質，且雜質之個別含量小於0.05wt.%。

依據本發明之一實施例，所述高表面品質鋁鎂矽合金片材之表面晶粒係均勻分散且無方向性排列。

依據本發明之一實施例，於前述均質化步驟與熱軋步驟之間，本發明之製造方法更包含對鋁胚進行刨皮步驟。

根據本發明之上述態樣，提出一種高表面品質鋁鎂矽合金片材，其係利用前述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法而製得，其片材之表面具有均勻分散且無方向性排列的晶粒型態。

本發明之高表面品質鋁鎂矽合金片材及其製造方法係利用特定組成的鋁胚，配合熱軋步驟之特定的預熱處理溫度、完軋溫度以及裁減率，以獲得表面繩狀條紋不明顯之鋁鎂矽合金片材。上述鋁鎂矽合金片材可進一步兼具良好的烘烤後強度，以在汽車工業領域中提供更廣泛的應用。

200‧‧‧方法

210‧‧‧提供鋁胚

220‧‧‧對鋁胚進行均質化步驟

230‧‧‧對鋁胚進行熱軋步驟

240‧‧‧對熱軋板材進行冷軋步驟

250‧‧‧對冷軋片材進行最終熱處理步驟，從而製得高表面品質鋁鎂矽合金片材

從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本 發明之態樣有更佳的了解。

[圖1]係拉伸變形後表面具有繩狀條紋之鋁鎂矽合金片材；以及

[圖2]係繪示根據本發明之一實施例所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法之示意流程圖。

本發明之一目的在於提供一種高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，其係藉由將具有特定組成的鋁胚進行熱軋步驟，以製得表面晶粒均勻分散且無方向性排列之高表面品質鋁鎂矽合金片材。此外，本發明之高表面品質鋁鎂矽合金片材可進一步兼具良好的烘烤後強度，以擴大所製得之鋁鎂矽合金片材在汽車工業中的應用範圍。

本發明此處所稱之均勻分散且無方向性排列係指鋁鎂矽合金片材的表面晶粒之排列不會導致如圖1所示沿其軋延方向產生繩狀(Roping)條紋分佈之情形。

本發明此處所稱之具有特定組成的鋁胚可包括0.8重量百分比(wt.%)至1.5wt.%之矽、0.25wt.%至0.7wt.%之鎂、0.1wt.%至0.5wt.%之鐵、0.01wt.%至0.2wt.%之錳、總量小於0.15wt.%之一或多個雜質以及其餘為鋁。在一實施例中，鋁胚包含多個雜質，且所述雜質的個別含量小於0.05wt.%。

在一實施例中，添加矽的目的在於增加片材塗漆烘烤後鎂矽(Mg-Si)強化相(β”)的析出，以提高片材的烘 烤後降伏強度(Post-bake yield strength；PBYS)。當上述片材應用於生產汽車的四門二蓋時，可具有足夠的耐凹性。上述效果在矽含量大於0.8wt.%時特別顯著。然而，隨矽含量的增加，會產生粗大的鎂矽鑄造相和析出相，從而降低片材的彎曲性，尤其是當矽含量大於1.5wt.%時更為顯著。

在一實施例中，添加鎂的目的在於和矽一起形成前述之鎂矽強化相(β”)，其效果在鎂含量為0.25wt.%以上時較佳。然而，當鎂含量大於0.7wt.%時，片材的成形性和彎曲性劣化。

在一實施例中，鐵為原材料(例如初生鋁錠)無法避免的雜質成分(>0.1wt.%)外，微量的鐵可改善所製得之鋁鎂矽合金片材的繩狀條紋之問題。然而，當鐵含量高於0.5wt.%時，在片材鑄造的過程中將形成粗大脆硬的鋁鐵錳矽(Al-(Fe,Mn)-Si)化合物，不僅使片材的延韌性變差，且由於強化元素矽也被消耗，同時片材的強度也會降低。

在一實施例中，添加微量錳元素的目的係於均質化階段能形成細小的鋁鐵錳((Mn,Fe)Al₆)分散相(Dispersoids)時，因此可用以抑制高溫固溶時的晶粒成長，以避免片材在沖壓成形時，其表面因粗晶引發粗糙的橘皮現象。然而，若錳含量高於0.2wt.%時，類似於添加過多的鐵元素之效果，也有產生粗大的晶出物之虞。

在一實施例中，可例如將前述成分範圍的原料(初生鋁錠以及母合金錠)加以熔煉，並進行直接急冷澆鑄法 (Direct Chill Casting；DC)，以獲得本發明此處所稱之鋁胚。

以下利用圖2說明本發明之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法。圖2係繪示根據本發明之一實施例所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法200的示意流程圖。

如圖2之步驟210所示，先提供包含前述化學組成之鋁胚。接著，如步驟220所示，對上述鋁胚進行均質化步驟。在一實施例中，均質化步驟的溫度可為550℃至580℃，且均質化步驟之時間為至少9小時。在一例子中，均質化步驟之時間可例如為9小時至12小時。均質化步驟的時間不足時，會造成所製得之鋁鎂矽合金片材的固溶量不足，導致其烘烤後強度不佳。

接下來，如步驟230所示，對已完成均質化步驟後的鋁胚進行熱軋步驟，以形成熱軋板材。上述熱軋步驟包含：對鋁胚進行預熱處理；以及，在預熱處理後，對鋁胚進行熱軋處理。在一些實施例中，預熱處理的溫度可為450℃至550℃。在一些實施例中，熱軋處理的完軋溫度可為350℃至450℃。在又一些實施例中，熱軋處理的末二道裁減率分別為40%至60%以及60%至66%。

需要說明的是，本發明之預熱處理係控制片材的固溶/析出量以及起軋溫度。此外，本發明之熱軋處理的重點在於整個熱軋處理的過程係於相對低溫下(即末二道熱軋時)，進行高裁減率的熱軋，以獲得使熱軋板材再結晶所 需要的驅動力(意即使散亂方位的晶粒具有高成核密度和適當的晶粒成長速度)，因而可形成緻密、均勻分散且無方向性排列的表面晶粒。具有上述分佈方式的表面晶粒之熱軋板材，在經過後續之處理(例如冷軋步驟及/或最終熱處理步驟)後仍保持前述之分佈方式，故本發明之製造方法可改善習知的鋁鎂矽合金片材表面有繩狀條紋分佈的情形。

因此，倘若上述之完軋溫度過低，造成晶粒成長過慢，則無法完全再結晶，使得所製之鋁鎂矽合金片材依然存在表面有帶狀分佈的晶粒之問題。而倘若上述完軋溫度過高或裁減量不足，則造成晶粒成核數減少以及成長速率過快，使所製之鋁鎂矽合金片材將由於粗晶而衍生出變形後表面橘皮之問題。此外，過高的裁減量在製程上不易達成，故本發明之裁減量係考量大規模生產之成本以及品質而選擇的特定範圍。

在一實施例中，上述預熱處理可例如進行至少2小時。預熱處理的時間若少於2個小時，無法達到其預定的控制固溶/析出量以及起軋溫度之效果。然而，雖然預熱處理時間的上限值並無特別限制，但長時間的預熱處理將增加鋁鎂矽合金片材之生產成本。

接下來，如步驟240所示，對熱軋板材進行冷軋步驟，以形成冷軋片材。在一實施例中，上述冷軋步驟可例如將熱軋板材軋延至約1mm之厚度，然本發明不以此為限。

之後，如步驟250所示，對冷軋片材進行最終 熱處理步驟，從而獲得本發明之高表面品質鋁鎂矽合金片材。在一實施例中，所述最終熱處理步驟包含：於570℃下對冷軋片材進行固溶處理達30秒；以及，對固溶處理後的片材進行水淬處理。

在一些實施例中，在前述均質化步驟和熱軋步驟之間，本發明之製造方法可進一步包含對鋁胚進行刨皮步驟。此處所稱之刨皮步驟係為將均質化處理後的鋁胚表面的脆性層刨除，以進一步提升所製得之鋁鎂矽合金片材的表面品質。

本發明之另一目的在於提供利用前述之製造方法所製得之高表面品質鋁鎂矽合金片材，其表面具有均勻分散且無方向性排列的晶粒型態。

以下利用數個實施例說明本發明之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法之具體施行方式及其功效。

實施例1

實施例1係將6000系鋁合金製成之鋁胚，先於550℃下對上述鋁胚進行9小時的均質化步驟並冷卻至室溫。接著，將上述鋁胚刨皮和刨邊後，於500℃下預熱鋁胚達2小時，並將鋁胚熱軋至約6mm厚的熱軋板材，其中上述熱軋處理的末二道裁減率分別為44%和66%，且完軋溫度為370℃。之後，將熱軋板材冷軋至約1mm厚的冷軋片材，再於570℃下進行30秒的固溶處理和水淬處理，以製得實施例1之高表面品質鋁鎂矽合金片材。將鋁鎂矽合金片 材進行表面繩狀條紋以及烘烤後強度的測試，其評價結果悉如表1所示。

實施例2至6以及比較例1至2

實施例2至6以及比較例1至2係利用與實施例1相同的方式進行，不同的是，實施例2至6以及比較例1至2係改變其使用的製程條件。關於實施例2至6以及比較例1至2的具體製程條件以及評價結果悉如表1所示，此處不另贅述。

評價方式

1.繩狀條紋

本發明此處之繩狀條紋係將所製得之鋁鎂矽合金片材表面於垂直軋延方向拉伸10%之後，先以320~400號砂紙略為研磨其表面(可事先塗以墨水以模擬其塗漆後狀態)，然後再以目測判斷是否有沿其軋延方向延伸之繩狀條紋；其中以整數0至4分級，0為無繩狀條紋，1至2為繩狀條紋不明顯，3至4為繩狀條紋明顯。本發明之繩狀條紋的評價結果以0至2為佳。

2.烘烤後強度

本發明此處之烘烤後強度係將所製得之鋁鎂矽合金片材先施以2%預拉伸應變之後，再予170℃烘烤處理，然後依JIS Z2241測試方法對JIS 5號試片進行拉伸測試後而得；其中以「◎」代表烘烤後強度佳，「O」代表烘 烤後強度可，「△」代表烘烤後強度尚可接受，以及「×」代表烘烤後強度差。

請參考表1。表1的實施例1和2將最後一道熱軋的裁減率由54%(比較例)提高至大於60%，以增加其儲存能(加工應變能)，因此實施例1和2之表面繩狀條紋不明顯。在此二實施例中，雖然實施例2的表面繩狀條紋更優於實施例1，但由於實施例2的預熱溫度較低，造成其合金固溶量相對較不足，從而使實施例2的烘烤後強度略為劣化，但仍可接受。

進一步地，實施例3和4調整均質化溫度和時間以及熱軋處理之倒數第二道的裁減率。較高的均質化溫度以及較長時間的均質化處理，使鋁胚中的合金固溶量增加。此外，增加末二道的裁減率有效改善鋁鎂矽合金片材的烘烤後強度以及繩狀條紋的等級。

再來，實施例5更進一步將完軋溫度提高至400℃，如表1所示，除了提高鋁鎂矽合金片材表面的繩狀條紋等級外，也仍保持原先的高烘烤後強度。實施例6改變鋁胚的組成並應用與實施例5相同的製程條件，其所製得的鋁鎂矽合金片材可兼具消除繩狀條紋以及極優烘烤後強度的優點。

反觀比較例1和2使用本發明主張範圍外的裁減率，其表面繩狀條紋皆無法達到可接受的程度，且甚至烘烤後強度也不佳。

應用本發明之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，藉由特定組成的鋁胚以及特定製程條件的熱軋步驟，可控制熱軋板材中的晶粒成長方位和速度，從而使所製得之鋁鎂矽合金片材的表面具有均勻分佈且無方向性排列的晶粒，因而在鋁鎂矽合金片材之表面上不會分佈有繩狀條紋。此外，所製得的鋁鎂矽合金片材可進一步兼具良好的烘烤後強度，以強化其在汽車工業上的應用。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，包含：提供一鋁胚，包含：0.8重量百分比(wt.%)至1.5wt.%之矽；0.25wt.%至0.7wt.%之鎂；0.1wt.%至0.5wt.%之鐵；0.01wt.%至0.2wt.%之錳；總量小於0.15wt.%之一或多個雜質；以及其餘為鋁；對該鋁胚進行一均質化步驟；對該鋁胚進行一熱軋步驟，以形成一熱軋板材，其中該熱軋步驟包含：對該鋁胚進行一預熱處理，其中該預熱處理之溫度為450℃至550℃；以及對該鋁胚進行一熱軋處理，其中該熱軋處理之一完軋溫度為350℃至450℃，且該熱軋處理之末二道裁減率分別為40%至60%以及60%至66%；對該熱軋板材進行一冷軋步驟，以形成一冷軋片材；以及對該冷軋片材進行一最終熱處理步驟，從而製得該高表面品質鋁鎂矽合金片材。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，其中該均質化步驟之一溫度 為550℃至580℃，且該均質化步驟之一時間為至少9小時。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，其中該預熱處理之一時間為至少2小時。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，其中該最終熱處理步驟包含：於570℃下對該冷軋片材進行一固溶處理達30秒；以及對已固溶處理的該冷軋片材進行一水淬處理。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，其中該鋁胚包含多個雜質，且該些雜質之個別含量小於0.05wt.%。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，其中該高表面品質鋁鎂矽合金片材之表面晶粒係均勻分散且無方向性排列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法，於該均質化步驟與該熱軋步驟之間，該製造方法更包含對該鋁胚進行一刨皮步驟。
8. 一種高表面品質鋁鎂矽合金片材，其係根 據申請專利範圍第1至7項中任一項所述之高表面品質鋁鎂矽合金片材的製造方法而製得，其中該高表面品質鋁鎂矽合金片材之表面具有均勻分散且無方向性排列的晶粒型態。