RU2218437C1

RU2218437C1 - Alloy of aluminum-manganese system and product of this alloy

Info

Publication number: RU2218437C1
Application number: RU2002116884A
Authority: RU
Original assignee: Региональный общественный фонд содействия защите интеллектуальной собственности
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy; production of cold-rolled thin sheets for products cool shaping. SUBSTANCE: invention presents the alloys made on the basis of aluminum of Al-Mn system and used for production of the thin cold-rolled sheets for the following cool shaping of complex form products: vessels, containers, cans and jars as well used in welded constructions. Presented alloy and a product made of it contain the following components, mass %: manganese 0.3-1.5, iron 0.05-0.9, nickel and /or a cobalt 0.001-0.3, at least, one element from the group, that includes titanium, chromium, zirconium, scandium, vanadium, molybdenum, hafnium, boron or carbon 0.00001-0.35, the rest is aluminum, at that Mn/Fn>1, Mn/(Co and/or Ni)≥2. In some cases it may be made in the form of a vessel, the heat exchanger or as a part of a jar to store beverages. EFFECT: decrease of an anisotropy of mechanical characteristics of the thin cold-rolled sheets, increase of their mechanical properties, plasticities, products life service, list of products, decrease of labor input of their manufacture. 6 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам из алюминиевых сплавов системы Аl-Мn в виде тонких холоднокатаных листов, используемых для последующей холодной формовки в изделиях сложной формы, такие как сосуды, емкости, банки и др., в том числе для сварных конструкций. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to alloys from aluminum alloys of the Al-Mn system in the form of thin cold-rolled sheets used for subsequent cold forming in products of complex shape, such as vessels, containers, banks, etc., including for welded structures .

Сплавы системы Al-Mn широко применяются в различных областях промышленности благодаря своей хорошей коррозионной стойкости и возможности пайки. Al-Mn alloys are widely used in various industries due to their good corrosion resistance and soldering capabilities.

Это прежде всего отечественные сплавы АМц, АМцС, ММ, Д12, а также их зарубежные аналоги. These are, first of all, domestic alloys AMts, AMtsS, MM, D12, as well as their foreign analogues.

В патенте US 2001032688 раскрыт сплав системы алюминий-марганец, содержащий следующие компоненты, мас.%:
Кремний - 0,05-0,5
Железо - 0,05-1,0
Марганец - До 2
Цинк - До 0,1
Никель - До 0,1
Магний - До 0,1
Медь - До 0,5
Хром - 0,03-0,5
Титан - 0,03-0,35
Алюминий - Остальное
при этом соотношение Mn/Fe=2-6, a Cr/Ti=0,25-2,0.US2001032688 discloses an aluminum-manganese system alloy containing the following components, wt.%:
Silicon - 0.05-0.5
Iron - 0.05-1.0
Manganese - Under 2
Zinc - Up to 0.1
Nickel - Up to 0.1
Magnesium - Up to 0.1
Copper - Up to 0.5
Chrome - 0.03-0.5
Titanium - 0.03-0.35
Aluminum - Else
the ratio Mn / Fe = 2-6, a Cr / Ti = 0.25-2.0.

Данный сплав выполнен в форме либо круглого сплошного, либо круглого полого слитка под последующую экструзию и обладает высокой стойкостью к межкристаллитной коррозии и предназначен для изготовления труб теплообменников экструзией. This alloy is made in the form of either a round solid or round hollow ingot for subsequent extrusion and is highly resistant to intergranular corrosion and is intended for the manufacture of tubes of heat exchangers by extrusion.

К недостаткам данного сплава можно отнести то, что из него не могут быть получены изделия сложной формы путем холодной формовки тонких листов. The disadvantages of this alloy include the fact that products of complex shape cannot be obtained from it by cold forming thin sheets.

В ГОСТе 4784-97 раскрыт сплав системы алюминий-марганец для производства тонких листов (АМц), содержащий следующие компоненты, мас.%:
Кремний - До 0,6
Железо - До 0,7
Медь - 0,05-0,20
Марганец - 1,0-1,5
Цинк - До 0,1
Титан - До 0,2
Алюминий - Остальное.GOST 4784-97 discloses an alloy of an aluminum-manganese system for the production of thin sheets (AMts), containing the following components, wt.%:
Silicon - Up to 0.6
Iron - Up to 0.7
Copper - 0.05-0.20
Manganese - 1.0-1.5
Zinc - Up to 0.1
Titanium - Up to 0.2
Aluminum - The rest.

К недостаткам данного сплава относятся высокая анизотропия механических свойств, а также недостаточно высокие значения пластичности и прочности, что при последующей холодной штамповке тонких листов приводит к появлению микроразрывов, снижает ресурс работы изделия, ограничивает сортамент изготавливаемых изделий и повышает трудоемкость их изготовления. The disadvantages of this alloy include high anisotropy of mechanical properties, as well as insufficiently high values of ductility and strength, which with subsequent cold stamping of thin sheets leads to the appearance of micro-fractures, reduces the life of the product, limits the range of manufactured products and increases the complexity of their manufacture.

Задачей изобретения является уменьшение анизотропии механических свойств тонких холоднокатаных листов, а также повышение их прочностных свойств и пластичности, что расширяет сортамент изготавливаемых изделий, снижает трудоемкость их изготовления, увеличивает ресурс работы изделий, повышает выход годного при холодной штамповке или глубокой вытяжке. The objective of the invention is to reduce the anisotropy of the mechanical properties of thin cold-rolled sheets, as well as increasing their strength properties and ductility, which extends the range of manufactured products, reduces the complexity of their manufacture, increases the service life of products, increases the yield during cold stamping or deep drawing.

Поставленная задача решается тем, что сплав системы алюминий-марганец для производства тонких листов, содержащий марганец, железо и модифицирущую добавку, дополнительно содержит никель и/или кобальт, а в качестве модифицирующей добавки по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей титан, хром, цирконий, скандий, ванадий, молибден, гафний, бор или углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Марганец - 0,3-1,5
Железо - 0,05-0,9
Никель и/или кобальт - 0,001-0,3
По меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей титан, хром, цирконий, скандий, ванадий, молибден, гафний, бор или углерод - 0,00001-0,35
Алюминий - остальное
при соотношении Mn/Fe>1, Мn/(Со и/или Ni)≥2.The problem is solved in that the alloy of the aluminum-manganese system for the production of thin sheets containing manganese, iron and a modifying additive further comprises nickel and / or cobalt, and as a modifying additive at least one element selected from the group consisting of titanium, chromium, zirconium, scandium, vanadium, molybdenum, hafnium, boron or carbon in the following ratio of components, wt.%:
Manganese - 0.3-1.5
Iron - 0.05-0.9
Nickel and / or cobalt - 0.001-0.3
At least one element selected from the group comprising titanium, chromium, zirconium, scandium, vanadium, molybdenum, hafnium, boron or carbon — 0.00001-0.35
Aluminum - the rest
with the ratio Mn / Fe> 1, Mn / (Co and / or Ni) ≥2.

В частных воплощениях изобретения задача также решается тем, что сплав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей магний, медь и цинк в количестве 0,03-1,5%. In private embodiments of the invention, the problem is also solved in that the alloy further comprises at least one element selected from the group comprising magnesium, copper and zinc in an amount of 0.03-1.5%.

Поставленная задача также решается изделием, выполненным из тонкого листа предложенного сплава. The problem is also solved by a product made of a thin sheet of the proposed alloy.

Изделие может быть сосудом или деталью теплообменника или, по меньшей мере, одной из частей банки для хранения напитков. The product may be a vessel or part of a heat exchanger or at least one part of a beverage can.

Сущность изобретения состоит в следующем. The invention consists in the following.

В известных сплавах растворенный в твердом растворе алюминия марганец и выделившиеся из него по границам зерен дисперсные частицы фазы Аl_хМn (например, Аl₆Мn) повышают температуру начала рекристаллизации, затрудняют перемещение малоугловых границ зерен. С этим связано получение нерекристаллизованной волокнистой структуры в листах. При холодной упрочняющей деформации листов появляется текстура деформации. Направление волокна нерекристаллизованной структуры совпадает с направлением текстуры деформации. Это приводит к анизотропии свойств холоднокатаных листов
Состав предложенного сплава подобран таким образом, что Со и/или Ni образуют твердый раствор в фазе Аl₆Мn. Концентрация марганца в алюминиевом твердом растворе снижается, а объемная доля фазы Аl₆Мn уменьшается. Это приводит к понижению температуры начала рекристаллизации, облегчает перемещение малоугловых границ зерен, а в конечном итоге к получению мелкозернистой рекристаллизованной структуры. При упрочняющей холодной деформации появление текстуры деформации в холоднокатаных листах с рекристаллизованной структурой не создает условий возникновения анизотропии свойств, поэтому материал становится изотропным.In known alloys, manganese dissolved in a solid aluminum solution and dispersed particles of the Al _x Mn phase (for example, Al ₆ Mn) precipitated from the grain boundaries at the grain boundaries increase the temperature of the onset of recrystallization and make it difficult to move small-angle grain boundaries. This is associated with obtaining unrecrystallized fibrous structure in the sheets. During cold hardening deformation of sheets, a deformation texture appears. The direction of the fiber of the non-crystallized structure coincides with the direction of the strain texture. This leads to anisotropy of the properties of cold rolled sheets.
The composition of the proposed alloy is selected in such a way that Co and / or Ni form a solid solution in the Al ₆ Mn phase. The concentration of manganese in the aluminum solid solution decreases, and the volume fraction of the Al ₆ Mn phase decreases. This leads to a decrease in the temperature of the onset of recrystallization, facilitates the movement of small-angle grain boundaries, and ultimately to obtain a fine-grained recrystallized structure. During strengthening cold deformation, the appearance of a deformation texture in cold-rolled sheets with a recrystallized structure does not create the conditions for the appearance of anisotropy of properties, therefore, the material becomes isotropic.

Образовавшаяся вместо фазы Al₆Мn дисперсная фаза Аl₆Мn (Со и/или Ni) выделяется в отличие от фазы Аl₆Мn не по границам зерен, а по телу зерна, создавая дополнительное упрочнение твердого раствора.The resulting phase instead of Al ₆ Mn dispersed phase Al ₆ Mn (Co and / or Ni) stands in contrast to the phase of Al ₆ Mn not at the grain boundaries and grains of the body, creating an additional solid solution strengthening.

Кроме того, Со и/или Ni входят в состав нерастворимой фазы Al₆FeMn, образовывая фазу Аl₆FeMn(Co и/или Ni). Эта новая фаза в отличие от фазы Al₆FeMn, имеющей форму грубых пластин, имеет глобулярную форму, что также способствует повышению пластичности и прочности и снижению анизотропии. Оптимальная структура содержит не менее 0,5% интерметаллидов, связанных с Fe, Mn, Ni и/или Со.In addition, Co and / or Ni are included in the insoluble Al ₆ FeMn phase, forming the Al ₆ FeMn phase (Co and / or Ni). This new phase, unlike the Al ₆ FeMn phase, which has the form of coarse plates, has a globular shape, which also contributes to an increase in ductility and strength and a decrease in anisotropy. The optimal structure contains at least 0.5% of intermetallic compounds associated with Fe, Mn, Ni and / or Co.

Наличие в сплаве таких элементов как Ti, Cr, Zr, Sc, V, Мо, Hf, В, С в указанных количествах приводит к измельчению рекристаллизованного зерна в листах перед их холодной упрочняющей деформацией, что позволяет повысить прочность этих листов и их пластичность. The presence in the alloy of such elements as Ti, Cr, Zr, Sc, V, Mo, Hf, B, C in the indicated amounts leads to grinding of the recrystallized grain in the sheets before their cold hardening deformation, which makes it possible to increase the strength of these sheets and their ductility.

Наиболее благоприятными соотношениями для каждого из перечисленных компонентов являются следующие:
Титан - 0,008-0,25
Хром - 0,003-0,35
Цирконий - 0,008-0,15
Скандий - 0,001-0,25
Ванадий - 0,001-0,15
Гафний - 0,001-0,15
Молибден - 0,001-0,15
Бор - 0,0001-0,06
Углерод - 0,00001-0,01
Содержание примесей в сплаве не должно превышать следующих значений, мас.%: свинец 0,05, кадмий 0,05, висмут 0,05, олово 0,05, калий 0,05, натрий 0,05, литий 0,05, кальций 0,05, барий 0,05, кремний 0,6, галлий 0,05, водород 2,5х10^-5, бериллий 0,005, сера 0,005, фтор 0,05, церий 0,05.The most favorable ratios for each of the listed components are as follows:
Titanium - 0.008-0.25
Chrome - 0.003-0.35
Zirconium - 0.008-0.15
Scandium - 0.001-0.25
Vanadium - 0.001-0.15
Hafnium - 0.001-0.15
Molybdenum - 0.001-0.15
Boron - 0.0001-0.06
Carbon - 0.00001-0.01
The impurity content in the alloy should not exceed the following values, wt.%: Lead 0.05, cadmium 0.05, bismuth 0.05, tin 0.05, potassium 0.05, sodium 0.05, lithium 0.05, calcium 0.05, barium 0.05, silicon 0.6, gallium 0.05, hydrogen 2.5x10 ^-5 , beryllium 0.005, sulfur 0.005, fluorine 0.05, cerium 0.05.

Элементы Mg, Cu, Zn входят в твердый раствор, способствуют повышению прочности тонких листов, не ухудшая анизотропию свойств, а также повышают коррозионную стойкость и свариваемость. Elements Mg, Cu, Zn are included in the solid solution, contribute to increasing the strength of thin sheets, without compromising the anisotropy of the properties, and also increase corrosion resistance and weldability.

Все это приводит к получению тонких холоднокатаных листов, обладающих более высокими прочностными свойствами, пластичностью и низкой анизотропией, что приводит к повышению срока службы изделий, расширению сортамента изготавливаемых из сплава изделий, снижает трудозатраты на их изготовление. All this leads to the production of thin cold-rolled sheets with higher strength properties, ductility and low anisotropy, which leads to an increase in the service life of the products, expansion of the assortment of products made from alloy products, and reduces labor costs for their manufacture.

Примеры. Examples.

Отливали плоские слитки сечением 100х550 мм, химический состав которых приведен в таблице 1. Слитки гомогенизировали при температуре 600^oС в течение 6 часов, горячую деформацию прокаткой проводили при температуре 490^oС на толщину 6 мм. Листы толщиной 6 мм отжигали при температуре 450^oС в течение 3 часов, после чего проводили прокатку на толщину 2,0 мм. После чего листы повторно отжигали при температуре 450^oС, 3 часа и после подготовки поверхности проводили окончательную холодную деформацию прокаткой на толщину 0,29 мм, т. е. со степенью более 85%. Механические свойства листов в долевом и поперечном направлениях приведены в таблице 2.Flat ingots with a cross section of 100x550 mm were cast, the chemical composition of which is shown in Table 1. The ingots were homogenized at a temperature of 600 ^° C for 6 hours, hot deformation by rolling was carried out at a temperature of 490 ^° C to a thickness of 6 mm. The sheets with a thickness of 6 mm were annealed at a temperature of 450 ^o C for 3 hours, after which they were rolled to a thickness of 2.0 mm After that, the sheets were repeatedly annealed at a temperature of 450 ^o C for 3 hours, and after surface preparation, the final cold deformation was carried out by rolling to a thickness of 0.29 mm, i.e., with a degree of more than 85%. The mechanical properties of the sheets in the longitudinal and transverse directions are shown in table 2.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав по сравнению с известным имеет прочностные свойства выше на 15-20%, а пластичность выше на 30-40%. As can be seen from table 2, the proposed alloy in comparison with the known has strength properties higher by 15-20%, and ductility higher by 30-40%.

Кроме того, анизотропия свойств, определяемая как разница между свойствами в продольном и поперечном направлениях, у предлагаемого сплава в 7-10 раз ниже, чем у известного. In addition, the anisotropy of properties, defined as the difference between the properties in the longitudinal and transverse directions, of the proposed alloy is 7-10 times lower than that of the known one.

Таким образом, изобретение позволяет повысить прочностные свойства и пластичность тонких холоднокатаных листов, а также снизить анизотропию их свойств, что как следствие позволяет повысить срок службы изделий, расширить их сортамент, снизить трудозатраты на изготовление изделий. Thus, the invention allows to increase the strength properties and ductility of thin cold-rolled sheets, as well as reduce the anisotropy of their properties, which as a result allows to increase the service life of products, expand their assortment, and reduce labor costs for manufacturing products.

Claims

1. An aluminum-based alloy for the production of thin sheets containing manganese, iron and a modifying additive, characterized in that it further comprises nickel and / or cobalt, and as a modifying additive at least one element selected from the group comprising titanium, chromium, zirconium, scandium, vanadium, molybdenum, hafnium, boron or carbon in the following ratio of components, wt.%:

Manganese 0.3-1.5

Iron 0.05-0.9

Nickel and / or cobalt 0.001-0.3

At least one element from the group consisting of titanium, chromium, zirconium, scandium, vanadium, molybdenum, hafnium, boron or carbon 0.00001-0.35

Aluminum Else

with Mn: Fe> l, Mn: (Co and / or Ni) ≥2.

2. The alloy according to claim 1, characterized in that it further comprises 0.03-1.5 wt.% At least one element from the group consisting of magnesium, copper and zinc.

3. An aluminum-based alloy product made of a thin sheet, characterized in that it is made of an alloy according to claim 1 or 2.

4. The product according to claim 3, characterized in that it is made in the form of a vessel.

5. The product according to claim 3, characterized in that it is made in the form of a heat exchanger.

6. The product according to claim 3, characterized in that it is made as part of a can for storing drinks.