本發(fā)明涉及由國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)所注冊(cè)的6000系(Al-Mg-Si系)鋁合金的制備工藝，特別設(shè)計(jì)一種汽車(chē)車(chē)身用6000系鋁合金板材的高效制備工藝，屬于鋁合金材料制備加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對(duì)于汽車(chē)制造行業(yè)，降低汽車(chē)燃料消耗、節(jié)省能源，是全世界汽車(chē)工業(yè)永恒的發(fā)展主題。據(jù)資料顯示，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的整車(chē)重量每減少100kg，油耗可降低0.3-0.6L/100km，CO₂排放量可減少5g/km。作為汽車(chē)節(jié)能減排的有效途徑之一，汽車(chē)輕量化已經(jīng)成為世界汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的主要潮流。鋁合金的比重僅為鋼的1/3，同時(shí)具有質(zhì)輕、耐磨、耐腐蝕、比強(qiáng)度高，抗沖擊性能好，易表面著色等特點(diǎn)，并且80％以上的鋁材可以回收再利用，使得鋁合金成為理想的汽車(chē)輕量化材料；而且承力相同時(shí)，鋁合金比鋼輕50％左右，承受同樣的沖擊，鋁板比鋼板多吸收50％的沖擊能，更具安全性。汽車(chē)車(chē)身質(zhì)量約占汽車(chē)總質(zhì)量的30％以上，對(duì)車(chē)身進(jìn)行鋁化舉足輕重。在所有車(chē)用鋁合金材料中，6000系鋁合金因具有優(yōu)良綜合特性特別是具有可熱處理強(qiáng)化的特點(diǎn)，已成為汽車(chē)車(chē)身用鋁合金的主要發(fā)展趨勢(shì)。

鋁合金車(chē)身板材在沖壓成形前一般要求較低的屈服強(qiáng)度和較高的延伸率以保證具有良好地深沖成形工藝性能；而烤漆處理后，要求具有盡可能高的強(qiáng)度，以滿(mǎn)足抗沖擊性能的要求。在鋁合金車(chē)身板材的生產(chǎn)過(guò)程中，由于運(yùn)輸和存儲(chǔ)，固溶處理后的板材需要在室溫放置一段時(shí)間后才能在汽車(chē)廠進(jìn)行沖壓和烤漆處理。眾所周知，合金在固溶淬火過(guò)程中形成的過(guò)飽和固溶體在后續(xù)處置過(guò)程中傾向于形成原子團(tuán)簇和析出相，這種傾向在室溫放置的過(guò)程中即可發(fā)生，可稱(chēng)為自然時(shí)效過(guò)程(可使得合金獲得T4狀態(tài))；這種傾向也可在當(dāng)材料被加熱到一定溫度范圍內(nèi)發(fā)生(比如汽車(chē)常用烘烤溫度范圍170～200℃)，這種情況被稱(chēng)為人工時(shí)效。另外，在固溶處理和自然時(shí)效過(guò)程中間也可有選擇性地施加一種預(yù)時(shí)效工藝，以提高板材的烤漆硬化響應(yīng)能力，經(jīng)這種預(yù)時(shí)效工藝處理后的合金板材可稱(chēng)之為T(mén)4P狀態(tài)。對(duì)于汽車(chē)車(chē)身板用鋁合金板材，其烤漆硬化響應(yīng)能 力是最為關(guān)鍵的使用性能指標(biāo)之一?？酒嵊不憫?yīng)通常是指T4或T4P狀態(tài)板材經(jīng)過(guò)深沖成形及烤漆處理后屈服強(qiáng)度值的增量。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，一般要求合金板材具有快速烤漆硬化響應(yīng)能力，從而保證烤漆后的鈑金件具有高的抗凹性。

專(zhuān)利ZL200610046027.X公開(kāi)了一種改善6111鋁合金汽車(chē)板成形性及烤漆硬化性預(yù)熱處理工藝，將6111鋁合金板材固溶水淬后，室溫下停放2小時(shí)～5天，進(jìn)行預(yù)熱處理，處理溫度180℃～200℃，處理時(shí)間7min～15min，改善了合金板材的成形性及烤漆后的強(qiáng)度。專(zhuān)利文獻(xiàn)201010545156.X(公開(kāi)號(hào)CN101985728A)公開(kāi)了一種改善6022鋁合金烘烤硬化性能及成形性能的預(yù)熱處理方法，將6022鋁合金板材在530℃～555℃固溶處理10～20分鐘后，水淬，然后在1天之內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱處理，處理溫度為180～250℃，時(shí)間為20～60秒，可顯著提高6022鋁合金烘烤硬化性，同時(shí)對(duì)材料的成形性能也有一定的改善。專(zhuān)利ZL 200710190078.4公開(kāi)了一種改善低Cu含量鋁合金汽車(chē)板烘烤硬化性能的方法，將6022板材固溶水淬后，在1h內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱處理，處理溫度為60～200℃，處理時(shí)間在2min～30min，使得板材烘烤硬化性得到顯著提高。

但上述專(zhuān)利以及其他公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道的相關(guān)技術(shù)存在明顯的不足，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是處理溫度高或處理時(shí)間長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足工業(yè)化連續(xù)式處理生產(chǎn)線對(duì)預(yù)時(shí)效設(shè)備提出的溫度(最高溫度一般為140℃)和時(shí)間(受生產(chǎn)線走帶速度影響，速度越快越有利于減少連續(xù)式生產(chǎn)線的占用時(shí)間，提高生產(chǎn)效率)的設(shè)計(jì)要求，不適于進(jìn)行工業(yè)化批量連續(xù)化生產(chǎn)；二是沒(méi)有考慮利用工業(yè)化連續(xù)式生產(chǎn)線處理后帶卷的余溫進(jìn)行預(yù)時(shí)效保溫處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)制約汽車(chē)車(chē)身用鋁合金板材工業(yè)化連續(xù)式生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，提供一種汽車(chē)車(chē)身用鋁合金板材的高效制備工藝，在保證6000系鋁合金的優(yōu)良烤漆硬化響應(yīng)能力及成形性能兼顧的前提下，解決傳統(tǒng)預(yù)時(shí)效技術(shù)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)線占用時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低的突出問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)板材的高效率、節(jié)能生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種汽車(chē)車(chē)身用鋁合金板材的高效制備工藝，主要包括以下步驟：

(1)鋁合金熔鑄，獲得半連續(xù)鑄造扁錠；

(2)對(duì)半連續(xù)鑄造扁錠進(jìn)行均勻化熱處理得坯料；

(3)對(duì)坯料進(jìn)行熱軋和/或冷軋，獲得某一厚度規(guī)格的板帶卷材；

(4)對(duì)板帶卷材進(jìn)行連續(xù)式在線處理。

其特征在于，連續(xù)式在線處理包括開(kāi)卷、清洗、固溶淬火處理、張力矯直、堿洗、酸洗、轉(zhuǎn)化處理、預(yù)時(shí)效加熱、涂油、卷取工序，最后對(duì)卷材進(jìn)行控溫冷卻處理；其中，帶材在預(yù)時(shí)效加熱裝置中以加熱速率V_加熱進(jìn)行連續(xù)式升溫至T₁，隨后帶材經(jīng)過(guò)連續(xù)式涂油和卷取工序，成卷后卷材的溫度為T(mén)₂，最后將卷材置于某一環(huán)境中經(jīng)過(guò)時(shí)長(zhǎng)為t的控溫冷卻，冷卻至50℃及以下處理結(jié)束，其中，1℃/s≤V_加熱≤30℃/s，90℃≤T₁≤150℃，70℃≤T₂≤120℃，T₁≥T₂+15℃，60min≤t≤900min。

所述預(yù)時(shí)效加熱的方式可以選擇氣體燃燒加熱、感應(yīng)加熱、紅外加熱、電爐加熱等加熱方式中的一種或兩種以上的組合。

所述控溫冷卻的實(shí)現(xiàn)方式可以選擇在室溫環(huán)境中進(jìn)行自然冷卻、在某一控溫裝置中進(jìn)行人工保溫、在某一控溫裝置中加速冷卻等方式中的一種或兩種以上的組合。

本發(fā)明的制備工藝主要適用于已在AA注冊(cè)的各種車(chē)身用6000系鋁合金牌號(hào)，尤其適用于Zn元素含量高于0.25％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的新型6000系鋁合金車(chē)身板材。

經(jīng)本發(fā)明的制備工藝制備的6000系鋁合金車(chē)身帶材經(jīng)170-180℃×20-30min烤漆處理后，其烤漆硬化響應(yīng)能力(屈服強(qiáng)度增加值)不低于70MPa，優(yōu)選不低于100MPa，更為優(yōu)選不低于120MPa。該板材主要應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身覆蓋件的制造，尤其適用于載人轎車(chē)車(chē)身覆蓋件的制造。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過(guò)對(duì)鋁合金車(chē)身板材制造方過(guò)程中的預(yù)時(shí)效處理技術(shù)參數(shù)及實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行精細(xì)選擇與合理搭配，使得6000系合金板材能夠獲得與現(xiàn)有T4P技術(shù)方案相當(dāng)或更為優(yōu)越的烤漆硬化響應(yīng)能力及成形性能指標(biāo)，同時(shí)很好地解決傳統(tǒng)預(yù)時(shí)效技術(shù)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)線占用時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低的突出問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)板材的高效率、節(jié)能生產(chǎn)。本發(fā)明對(duì)提高生產(chǎn)線的產(chǎn)量和減少連續(xù)式處理專(zhuān)用線的投資有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中的預(yù)時(shí)效加熱以及卷材控溫冷卻處理工藝流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。

本發(fā)明的汽車(chē)車(chē)身用鋁合金板材的高效制備工藝的主要步驟包括：(1)鋁合金熔鑄，獲得半連續(xù)鑄造扁錠；(2)對(duì)半連續(xù)鑄造扁錠進(jìn)行均勻化熱處理；(3)對(duì)坯料進(jìn)行熱軋和/或冷軋，獲得某一厚度規(guī)格的板帶卷材；(4)對(duì)板帶卷材進(jìn)行連續(xù)式在線處理，包括開(kāi)卷、清洗、固溶淬火處理、張力矯直、堿洗、酸洗、轉(zhuǎn)化處理、預(yù)時(shí)效加熱、涂油、卷取工序，最后對(duì)卷材進(jìn)行控溫冷卻處理。如圖1所示，步驟(4)中的卷材的預(yù)時(shí)效加熱以及控溫冷卻處理技術(shù)細(xì)節(jié)是本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵，其主要技術(shù)特征是，帶材在預(yù)時(shí)效加熱裝置中以加熱速率V_加熱進(jìn)行連續(xù)式升溫，帶材在預(yù)時(shí)效加熱裝置的出口位置的溫度為80℃至150℃溫度范圍內(nèi)某一溫度點(diǎn)T₁，帶材在經(jīng)過(guò)連續(xù)式涂油、卷取工序后溫度會(huì)有所下降，成卷后卷材的溫度T₂，隨后將卷材在某一環(huán)境中進(jìn)行控溫冷卻，當(dāng)卷材溫度降低至60℃及以下時(shí)處理過(guò)程結(jié)束。

實(shí)施例1

將本發(fā)明應(yīng)用于商業(yè)化AA6016鋁合金，其名義成分范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)：Si 1.0-1.5，F(xiàn)e不高于0.5，Cu不高于0.2，Mn不高于0.2，Mg 0.25-0.6，Cr不高于0.1，Zn不高于0.2，Ti不高于0.15，余量Al以及不可避免的其他雜質(zhì)；在其中選擇一種典型合金成分：1.04％Si，0.44％Mg，0.1％Cu，0.08％Mn，0.05％Zn，0.02％Cr，余量Al以及不可避免的其他雜質(zhì)。合金經(jīng)熔鑄、均勻化處理、熱軋、中間退火以及冷軋等環(huán)節(jié)獲得厚度為0.95mm的合金帶卷，在連續(xù)式生產(chǎn)線上進(jìn)行開(kāi)卷、清洗、固溶淬火處理、張力矯直、堿洗、酸洗、轉(zhuǎn)化處理、預(yù)時(shí)效加熱、涂油、卷取等工序，隨后對(duì)帶卷進(jìn)行控溫冷卻處理，預(yù)時(shí)效加熱及控溫冷卻技術(shù)方案如表1所示，獲得T4P態(tài)樣品。最后對(duì)T4P態(tài)樣品進(jìn)行變形量為2％的預(yù)變形以及170℃×20min模擬烤漆處理獲得PB(Paint-baked)態(tài)樣品。

表2所示為采用表1中不同技術(shù)方案后AA6016合金板材樣品預(yù)時(shí)效處理占用連續(xù)式處理專(zhuān)用線時(shí)間和綜合性能指標(biāo)對(duì)比。從表中可以看出，與不進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理的T4處理工藝方案(1-1#工藝)，采用T4P預(yù)時(shí)效工藝(包括不屬于本發(fā)明的1-2#～1-4#工藝和本發(fā)明范圍內(nèi)的1-5#～1-16#工藝)均可以使材料在供貨狀態(tài)下具有較好成形性(即擁有較低的屈服強(qiáng)度和較高的伸長(zhǎng)率、杯突值、n值)的同時(shí)，獲得優(yōu)異的烤漆硬化響應(yīng)特性，即烤漆后材料的屈服強(qiáng)度增量明 顯增加，這充分說(shuō)明了預(yù)時(shí)效處理工藝(T4P)對(duì)于改善AA6016合金材料綜合性能的重要意義。然而，與目前公開(kāi)報(bào)道的T4P技術(shù)相比(1-2#～1-4#工藝)，本發(fā)明的T4P預(yù)時(shí)效處理技術(shù)(1-5#～1-16#工藝)不僅獲得了上述綜合性能的良好匹配，更為重要的是，其預(yù)時(shí)效處理占用連續(xù)式處理專(zhuān)用線時(shí)間大幅度減小，大幅度提高了工業(yè)化連續(xù)式生產(chǎn)效率，對(duì)提高產(chǎn)量、減少連續(xù)式處理專(zhuān)用線投資具有重要意義。

表1

表2

實(shí)施例2

將本發(fā)明應(yīng)用于一種新型6000系鋁合金，其名義成分范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)：Si 0.6-1.2，Cu 0.01-0.2，Mn 0.01-0.25，Mg 0.7-1.3，Zr 0.01-0.20，Zn 0.25-0.82，F(xiàn)e不高于0.4，余量Al以及不可避免的其他雜質(zhì)；在其中選擇種典型合金成分：0.9％Si，0.95％Mg，0.16％Cu，0.10％Mn，0.5％Zn，0.11％Zr，余量Al以及不可避免的其他雜質(zhì)。合金經(jīng)熔鑄、均勻化處理、熱軋、中間退火以及冷軋等環(huán)節(jié)獲得厚度為0.95mm的合金帶卷，在連續(xù)式生產(chǎn)線上進(jìn)行開(kāi)卷、清洗、固溶淬火處理、張力矯直、堿洗、酸洗、轉(zhuǎn)化處理、預(yù)時(shí)效加熱、涂油、卷取等工序，隨后對(duì)帶卷進(jìn)行控溫冷卻處理，預(yù)時(shí)效加熱及控溫冷卻技術(shù)方案如表3所示，獲得T4P態(tài)樣品。最后對(duì)T4P態(tài)樣品進(jìn)行變形量為2％的預(yù)變形以及170℃×20min模擬烤漆處理獲得PB(Paint-baked)態(tài)樣品。

表4所示為采用表3中不同技術(shù)方案后新型6000系鋁合金板材樣品預(yù)時(shí)效處理占用連續(xù)式處理專(zhuān)用線時(shí)間和綜合性能指標(biāo)對(duì)比。從表中可以看出，采用本發(fā)明技術(shù)方案后，新型6000系鋁合金獲得了與實(shí)施例1中AA6016合金相似的效果，充分證明了本發(fā)明的創(chuàng)造性和實(shí)用性。

表3

表4