CN1774519A - 具有优异模压成型性及连续电阻点焊性的铝合金板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板及其生产该板的方法。铝合金板包括：质量分数0.3－1.0％的镁，0.3－1.2％的硅，0.10－1.0％的铁和0.05－0.5％的锰；这里铁+锰≥0.2％；其余的包括铝和不可避免的杂质，这里重结晶颗粒尺寸的平均值是25μm或更少，圆周当量直径1－6μm的层间化合物至少5000颗/mm2。它可进一步含有0.5－1.0％的铜、0.1－0.4％的锌、0.05％或更少的钛或0.05％或更少钛与0.01％或更少的硼。本发明还提供制备铝合金板的方法包括将上述组成的熔体浇注入相对旋转的被强制冷却的带状浇铸机；浇注熔体时冷却速率为40－90℃/sec以形成5－10mm厚的厚板；从熔体浇注入口的相对侧拉伸所述厚板；直接轧制或缠绕成卷；然后进行固溶热处理。
Description
技术领域
本发明涉及具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，它用作结构材料在模压前或后被电阻点焊组装以成型制品外板，诸如家用电器或汽车。
背景技术
结构材料和家用电器、汽车等制品的外板首先模压成型，然后电阻点焊以组装成制品。
模压成型后，Al-Mg-Si型合金板(JIS6000)表现出相当优异的表面质量，因此应用做各种类型的面板和结构材料，但由于制品形状的多样性，所以要求具有好的模压成型性。
此外，需要增加连续电阻点焊能力以降低电阻点焊中电极被取代的时间。
首次公开号S62-207851的日本专利申请描述了一种生产轧制板的方法，如具有好成型性的体板，包括以下步骤：准备含有0.4-2.5％硅0.1-1.2％镁，一种或多种选自1.5％或更少的铜，2.5％或更少的锌，0.3％或更少的铬，0.6％或更少的锰和0.3％或更少锌的铝合金熔体，剩余部分由铝和不可避免的杂质组成；连续浇铸熔体成3-15mm厚的厚板；进行冷轧，然后进行固溶热处理和淬火。
此外，首次公开号为2001-262264的日本专利申请描述了用作汽车面板具有好的可弯曲性的Al-Mg-Si型铝合金板。例如，申请文件公开了Al-Mg-Si型铝合金板具有优良的韧性和可弯曲性，主要包括质量份数分别为0.1-2.0％的Mg，0.1-2.0％的Si和0.1-1.5％的Fe，剩余的由铝组成，这里含铁和硅化合物的最大尺寸为5微米或更小，平均颗粒尺寸15微米或更小。此外，它还公开了具有优异的韧性和可弯曲性的Al-Mg-Si型铝合金板，主要包括质量含量0.1-2.0％的Mg，0.1-2.0％的Si，0.1-1.5％的Fe和2.0％或更少的Fe，剩余的由铝组成，这里含铁、硅和铜的化合物的最大颗粒尺寸是5微米或更小，平均颗粒尺寸为30微米或更小。此外，该申请文件还公开了如上描述的具有优异的韧性和可弯曲性的Al-Mg-Si型铝合金板，进一步包括至少一种组分选自1.0％或更少的锰，0.3％或更少的锌，0.3％或更少的钒以及0.03％或更少的钛。
首次公开号为S62-207851的日本专利申请描述了一种冷却速率至少100℃/秒的浇铸工艺技术，浇铸中结晶的金属间化合物的尺寸小，结果影响重结晶颗粒尺寸的相对大化合物的数量不足，这样固溶热处理后颗粒尺寸大，因此降低了模压成型性，连续电阻点焊的次数减少。
首次公开号为2001-262264的日本专利申请公开了使用连续浇铸工艺的技术，浇铸的冷却速率最小10℃/sec，但在实施例中，使用的最大冷却速率30℃/sec，由于冷却速率缓慢，浇铸中结晶的金属间化合物的尺寸大，结果影响重结晶颗粒尺寸的相对大化合物数量不足，从而固溶热处理后颗粒尺寸大，降低了模压可成型性和连续电阻点焊的数量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，及其生产工艺。
本发明者基于发现通过选择浇铸熔体时的优化的冷却速率范围，在合适的组成范围内实现本发明。可优化结晶金属间化合物的尺寸和数量，这样固溶热处理后以得到优异的可模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板。
因此，本发明提供了一种具有优异可模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，包括质量分数0.3-1.0％的镁，0.3-1.2％的硅，0.10-1.0％的铁和0.05-0.5％的锰；这里铁+锰≥0.2％，剩余的由铝和不可避免的杂质组成，这里重结晶颗粒尺寸的平均值是25微米或更小，至少5000颗/mm2圆周当量直径1-6μm的金属间化合物颗粒。
由于重结晶颗粒尺寸细化，最佳尺寸化合物占多数，所以本发明在模压成型性和连续电阻点焊性方面具有优势。
通过使上述合成物含铜0.5-1.0％，强度可进一步提高。
通过使上述组成含有0.1-0.4％的锌，重结晶颗粒尺寸可做得更细，强度可进一步提高。
通过使上述组成含有0.05％或更少的钛，或0.05％或更少的钛和0.01％或更少的硼可避免浇铸过程中的浇铸裂纹。
本发明的第二个方面是生产具有优良模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板的方法，包括浇铸由上述组成的熔体进入反向旋转的被强制冷却的带状浇铸机，浇铸熔体的冷却速率40-90℃/sec以形成5-10mm的厚板，从熔体浇注相反的一侧拉伸所述厚板；直接轧制或缠绕后成卷，进行固溶热处理。
大多数最佳颗粒尺寸化合物能结晶，通过在最佳的冷却速率浇铸合金，从而细化重结晶颗粒尺寸，使铝合金板具有优异的模压成型性和连续点焊接性。
本发明的最佳实施方式
由此以后，本发明铝合金板中各组分最好的含量将被描述，然后说明最上限和下限的原因。在本说明书中，除特别说明外，所有的含量表示质量含量。
[Mg：0.3-1.0％]
[Si：0.3-1.2％]
添加镁和硅以提高强度和提供模压成型性。当浓度低于较低限时，效果不明显，当含量高于上限时，模压成型性恶化。
[Fe：0.10-1.0％]
[Mn：0.05-0.5％]
[Fe+Mn≥0.2％]
加入铁和锰，并保持Fe+Mn≥0.2％，可使大量特定尺寸的化合物结晶，增加重结晶数量，使重结晶尺寸变小。当它们的浓度小于各自的下限时，影响效果不明显，当它们浓度超过上限时，造成大结晶发生，这样表面玷污，如冷轧中出现条纹，模压成型性恶化。除了它与铁共存时，锰不结晶进入理想尺寸和数量的金属间化合物。铁和锰的总含量更适合，如Fe+Mn≥0.3％.
[Cu：0.5-1.0％]
添加铜进一步提高强度和模压成型性。当铜的浓度小于较低限时，它的影响小。当含量高于上限时，抗腐蚀性降低。
[Zr：0.1-0.4％]
锌促进金属间化合物Al3Zr的结晶，进一步包括许多特定尺寸化合物的结晶以增加重结晶成核的数量，因此使重结晶颗粒变小，从而增加模压成型性。当浓度低于较低限时，没有效果，当用量超过较高限时，形成较大化合物从而卷绕性降低。
[Ti：0.05％或更少；或Ti：0.05％或更少和硼：0.01％或更少]
熔体浇注时快速冷却能造成浇注裂缝产生，添加Ti或Ti和硼能防止这些裂缝。可单独添加Ti 0.05％或更少，也可添加0.01％或更少的硼以获得与Ti的复合物，它有增效作用。当Ti的较低限为至少0.002％，硼的较低限为至少0.0005％时，效果非常明显。
不可避免的杂质可来自碱基铝、碎屑和铁质夹具或类似的，通常这些元素包括铬、镍、锌、镓和钒。添加铬以防止铝-镁合金应力腐蚀，它能容易地从碎屑引入，为了保持成型性，本发明中允许存在小于0.3％。
[平均重结晶颗粒尺寸25微米或更小]
如果固溶热处理后板的重结晶颗粒小，那么即使压力设计设定的高，拉伸高度设定的高，不破坏它也可被形成。如果颗粒尺寸超过较高限，没有效果，压后表面质量不好。重结晶颗粒尺寸较适合为20微米或更小，15微米或更小。
[5000/mm2金属间化合物，圆周当量直径1-6微米]
具有圆周当量直径1-6微米的金属间化合物是促进冷压时断层整合团聚的尺寸，影响重结晶颗粒的细化，这样如果颗粒尺寸和数量小于较低限，断层聚集率低，如果数量小于5000颗/mm2，不能得到细化的合适尺寸的重结晶颗粒。此外，如果尺寸超过较高限，较大的化合物能造成冷轧中条纹或裂缝，从而降低冷轧性。此外，伴随上述化合物状态，由于当进行连续电阻点焊时铜电极和铝之间的反应，可防止发生腐蚀，因此降低电极更换次数，提高生产能力。化合物的数量更适合至少6000颗/mm2。
下面描述本发明生产铝合金板的较适合工艺。
通过调节组成、脱气、沉淀、根据需要细调组成，添加钛或钛和硼准备熔体作为母体合金并浇注。浇注时，熔体被倾倒入强制冷却的相对放置的旋转带，冷却速率40-90℃/sec以形成5-10mm厚板，然后从熔体浇入端的相反侧拉伸厚板，直接轧制它或之后卷绕成卷。
连续浇注工艺包括双卷绕浇注工艺，将熔体倾倒入强制冷却的相对放置的旋转辊之间，在带表面迅速冷却熔体，从相对侧连续拉伸薄板。
浇注时，双辊浇注工艺的冷却速率至少300℃/sec，相对高，虽然生产的厚板中化合物的尺寸小，但不能得到本发明板。另一方面，双带浇注工艺涉及在带表面快速冷却熔体，但冷却速率没有双辊浇注工艺的高。
本发明中，调节双带浇注工艺的浇注条件以使熔体冷却速率40-90℃/sec(在厚板1/4厚度处，这样以在最终板里形成多于5000颗/mm2的圆周当量直径1-6μm的金属间化合物。如果熔体冷却速率小于40℃/sec，更大的化合物结晶，造成上述确定尺寸范围的化合物不足，这样重结晶颗粒不精细，不能获得具有优异模压成型性的板。此外，冷却速率大于90℃/sec，精细的化合物结晶，造成上述确定尺寸范围的化合物降低，这样不能获得精细化的重结晶颗粒板。
双带浇注工艺得到的厚板被冷轧以形成希望厚度的板，然后进行固溶热处理和重结晶。这时，在冷轧步骤中，可提供退火，但固溶热处理的冷轧板冷却收缩率至少55％。在连续退火炉中进行固溶热处理。热处理温度至少500℃，冷却到100℃，冷却速率至少1℃/sec。固溶热处理后冷轧板的重结晶颗粒平均尺寸25μm或更小，由于金属间化合物尺寸和数量减少。这些板可直接使用，或通过外壳通道或约1-5％的轧平机以获得平面。
实施例
具有表1组分的铝合金熔体被脱气、固定，然后熔融浇注成7mm厚的板，在双带连续浇注工艺中冷却速率50℃/sec。厚板拉伸速率8m/min。冷轧厚板，然后根据需要进行退火处理以形成1mm厚板。接着，固溶热处理厚板，然后测试金属间化合物的尺寸和数量，重结晶颗粒尺寸，延伸率0.2％时的屈服强度(YS)，最大拉伸强度(UTS)，延伸率(EL)，纵向拉伸高度和电阻点焊性，结果在表3示出。
纵向拉伸条件和评价电阻点焊性的条件如下所示：
(纵向拉伸测试)
使用的模具 冲孔 直径50mm
肩半径5mm
机头 内直径52.5mm
肩半径8mm
空白 直径 112.5mm
(电阻点焊性评价条件)
单相整流型点焊机
电极 Cu-1％Cr合金
压力 400公斤力
焊接电流的确定：最小焊接电流，这里拉伸剪切强度满足JIS Z3140确定的A级平均标准。
连续焊接点：当使用上述确定的电流值，用上述焊接条件时具有超过A级平均标准的强度的连续焊接数量。
A：至少500个连续焊接点
B：至少200，小于500个连续焊接点
C：小于200个连续焊接点
表1合金组成(质量百分数)
| 合金编号 | Mg | Si | Fe | Mn | Cu | Zr | Ti | B | 备注 |
| A | 0.6 | 0.8 | 0.12 | 0.1 | - | - | 0.02 | 本发明 | |
| B | 0.4 | 0.8 | 0.2 | 0.2 | - | - | 0.02 | 本发明 | |
| C | 0.5 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | - | - | 0.02 | 本发明 | |
| D | 0.5 | 0.8 | 0.2 | 0.2 | - | - | 0.01 | 本发明 | |
| E | 0.6 | 0.8 | 0.7 | 0.1 | - | - | 0.02 | 本发明 | |
| F | 0.5 | 0.9 | 0.15 | 0.3 | - | - | 0.02 | 本发明 | |
| G | 0.5 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | 0.6 | - | 0.02 | 本发明 | |
| H | 0.5 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | - | 0.15 | 0.02 | 本发明 | |
| I | 0.5 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | 0.7 | 0.12 | 0.02 | 本发明 | |
| J | 1.2 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | - | - | 0.02 | 比较例 | |
| K | 0.5 | 1.4 | 0.2 | 0.2 | - | - | 0.02 | 比较例 | |
| L | 0.5 | 0.7 | 0.05 | 0.2 | - | - | 0.02 | 比较例 | |
| M | 0.5 | 0.7 | 1.5 | 0.2 | - | - | 0.02 | 比较例 | |
| N | 0.5 | 0.7 | 0.2 | 0.7 | - | - | 0.02 | 比较例 | |
| O | 0.5 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | 1.2 | - | 0.02 | 比较例 | |
| P | 0.5 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | - | 0.5 | 0.02 | 比较例 |
注：其它残余：铝和杂质
下划线值表示超出本发明范围
表2生产工艺
| 编号 | 合金编号 | 浇注方法/板厚(mm) | 冷却速率(℃/sec) | 热轧(mm) | 冷轧(mm) | 中间退火温度(℃/h) | 冷轧(mm) | 溶液热处理温度(℃) | 备注 |
| 1 | A | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 2 | B | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 3 | C | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 4 | D | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 5 | E | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 6 | F | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 7 | G | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 8 | H | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 9 | I | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 10 | C | 双带/7 | 50 | - | 2.5 | 360/2 | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 11 | B | 双带/7 | 75 | - | - | - | 1 | 550℃ | 本发明 |
| 12 | J | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 13 | K | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 14 | L | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 15 | M | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 16 | N | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 17 | O | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 18 | P | 双带/7 | 50 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 19 | B | 双带/20 | 20 | 3 | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
| 20 | B | 双带/3 | 150 | - | - | - | 1 | 550℃ | 比较例 |
注：下划线数值表示超出本发明范围
表3微观结构和性能
| 编号 | 金属间化合物密度(个/mm2) | 颗粒尺寸(μm) | 拉伸性能 | 纵向拉伸高度(mm) | 电阻点焊性 | 备注 | ||
| 0.2％屈服强度(MPa) | 最大拉伸强度(MPa) | 延伸率(％) | ||||||
| 1 | 5917 | 12 | 130 | 238 | 28 | 14.5 | B | 本发明 |
| 2 | 6812 | 11 | 118 | 222 | 29 | 14.1 | A | 本发明 |
| 3 | 7185 | 10 | 124 | 228 | 28 | 14.3 | A | 本发明 |
| 4 | 7726 | 9 | 132 | 239 | 30 | 14.7 | A | 本发明 |
| 5 | 11254 | 7 | 145 | 249 | 27 | 14.2 | A | 本发明 |
| 6 | 6917 | 11 | 128 | 235 | 29 | 14.8 | A | 本发明 |
| 7 | 7435 | 10 | 135 | 264 | 29 | 14.9 | A | 本发明 |
| 8 | 7982 | 8 | 126 | 230 | 29 | 14.8 | A | 本发明 |
| 9 | 8013 | 8 | 137 | 266 | 30 | 14.9 | A | 本发明 |
| 10 | 6725 | 15 | 114 | 219 | 27 | 14.0 | A | 本发明 |
| 11 | 7820 | 9 | 122 | 230 | 30 | 15.1 | A | 本发明 |
| 12 | 7543 | 11 | 140 | 252 | 24 | 13.5 | A | 比较例 |
| 13 | 7521 | 9 | 131 | 251 | 23 | 13.6 | A | 比较例 |
| 14 | 3924 | 26 | 112 | 215 | 26 | 13.5 | C | 比较例 |
| 15 | 36721 | 6 | 133 | 241 | 21 | 13.5 | A | 比较例 |
| 16 | 7820 | 11 | 134 | 248 | 20 | 13.7 | A | 比较例 |
| 17 | 7541 | 9 | 160 | 288 | 22 | 13.8 | A | 比较例 |
| 18 | 8783 | 7 | 142 | 235 | 21 | 13.9 | A | 比较例 |
| 19 | 2215 | 29 | 109 | 215 | 20 | 12.5 | C | 比较例 |
| 20 | 3272 | 26 | 113 | 218 | 22 | 12.8 | C | 比较例 |
注A：至少500个连续焊接点
B：至少200个，小于500个焊接点
C：小于200个焊接点
下划线数值表示超出本发明范围
重结晶颗粒尺寸用线截取方法测量
从表3的结果可明显看出，本发明实施例(试样号1-11)具有高的纵向拉伸高度和优异的模压成型性，同时有许多连续焊接点和优异的连续电阻点焊性另一方面，比较例(12-18)它们的组成超出本发明范围，具有低纵向拉伸高度和差的模压成型性，尽管比较例(例14，19，20)具有少的圆周当量直径1-6微米的金属间化合物和大颗粒尺寸具有少连续焊接点和差的连续电阻点焊性。
如上描述，依据本发明具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，受压后表面质量好，可通过电阻点焊连续组装，因此产量高。该6000型合金板还具有较高的强度提高在涂覆或类似操作后的烘焙步骤，从而在宽的应用范围如汽车体板具有优异的工业价值。
Claims (5)
1、一种具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，包括：质量分数0.3-1.0％的镁、0.3-1.2％的硅、0.10-1.0％的铁和0.05-0.5％的锰；这里铁+锰≥0.2％；其余的包括铝和不可避免的杂质，其中重结晶颗粒尺寸的平均值是25um或更少，圆周当量直径1-6μm的层间化合物至少有5000颗/mm2。
2、根据权利要求1所述的具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，进一步包括0.5-1.0％的铜。
3、根据权利要求1或2所述的具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，进一步包括0.1-0.4％的锌。
4、根据权利要求1-3任一所述的具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板，进一步包括0.05％或更少的钛，或0.05％或更少的钛和0.01％或更少的硼。
5、制备权利要求1-4任一所述的具有优异模压成型性和连续电阻点焊性的铝合金板的方法，包括将由上述组分的熔体浇注入相对旋转的被强制冷却的带状浇铸机；浇注熔体时冷却速率为40-90℃/sec以形成5-10mm厚的厚板；从熔体浇注入口的相对侧拉伸所述厚板；直接轧制或缠绕成卷；然后进行固溶热处理。
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