一種車用鋁合金板材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車用鋁合金板材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球汽車保有量的持續(xù)增加，能源消耗、環(huán)境污染和安全問題已成為全球汽 車工業(yè)面臨的三大嚴(yán)峻課題，從而迫使汽車企業(yè)大力發(fā)展和推進(jìn)汽車輕量化技術(shù)。汽車輕 量化技術(shù)的核心是在控制成本和保證性能的前提下，減輕汽車自重以降低能耗、提高汽車 的燃油經(jīng)濟(jì)性，減少環(huán)境污染。因此，隨著近年汽車輕量化進(jìn)程的加快，鋁合金以其質(zhì)輕、比 強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗沖擊性能好、易表面著色、良好的加工成形性，及極高再回收、再生性等 一系列優(yōu)良特性，被公認(rèn)為汽車輕量化的理想材料，在汽車輕量化過程中也越來越得到廣 泛應(yīng)用。
[0003] 汽車車身重量約占汽車整車重量的30~40%，車身減重可帶來顯著的節(jié)能減排 效果，因此，汽車車身的鋁制輕量化一直備受關(guān)注，成為世界各國汽車企業(yè)輕量化工作的核 心。汽車車身的主要覆蓋部件可由鋁合金板材沖壓組裝而成，如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、車門、 車頂蓋、地板、隔熱板等部件。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板、行李箱蓋內(nèi)板、 車門內(nèi)板及其他汽車車身內(nèi)板部位形狀極其復(fù)雜，對鋁合金板材的成形性能要求較高。因 此，在典型的汽車車身板用鋁合金2XXX、5XXX和6XXX系合金中，5XXX系鋁合金因其η和r 值、斷后伸長率等成形性能指標(biāo)高，非常適用于對成形性能有著較高要求的汽車車身內(nèi)板 部件。
[0004] 無論是鋁合金汽車板開發(fā)較早的歐、美、日等發(fā)達(dá)國家，還是近些年蓬勃發(fā)展鋁 合金汽車板的中國來說，針對5XXX系鋁合金汽車板的合金設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)、以及成形性能 優(yōu)化、表面質(zhì)量改善等進(jìn)行了大量研宄，如專利EP0594509B1，EP0569006B1，US4081294A， US5518558A，US6342112B1，JP4-147936A，JP4-327430A，CN101880803A，以及 CN102220729A 等專利，開發(fā)了 5052、5754、5083、5182和KS5030等0態(tài)5XXX系鋁合金汽車板，其中5182-0 態(tài)鋁合金板材因其具有強(qiáng)度和高深沖性能的良好結(jié)合而得到廣泛的應(yīng)用。
[0005] 然而，為了進(jìn)一步提高5XXX系鋁合金板材的成形性能，大多將Fe和Si雜質(zhì)含量 控制在較低水平（< 〇. I wt%)，以及采用先進(jìn)的連續(xù)式退火生產(chǎn)線等方法，大大增加原材料 成本和設(shè)備投資成本。同時(shí)，部分生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)不合理，如均勻化采用460~480°C /16~ 24h的制度，生產(chǎn)能耗大、成本高、效率低下。因此，在當(dāng)前汽車鋁板價(jià)格是鋼板4~6倍的 壓力下，汽車企業(yè)急需一種高成形性、低成本的5XXX系鋁合金汽車板材，以滿足汽車發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)罩、行李箱內(nèi)蓋、車門內(nèi)板、其他汽車車身內(nèi)板等形狀復(fù)雜，對鋁合金板材成形性能要 求較高的部件的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具備高成形性能、低生產(chǎn) 成本的新型車用鋁合金及其制備方法。
[0007] 上述目的是通過下述方案實(shí)現(xiàn)的： 一種車用鋁合金板材，其特征在于，所述合金板材的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比含量為： Mg :4· 5 ~5. 5 wt%，Mn :0· 15 ~0· 35 wt%，F(xiàn)e :0· 10 ~0· 30 wt%，Si 彡 0· 15 wt%，Ti 彡 0· 10 wt%，Cu < 0· 10 wt%，Zn < 0· 10 wt%，Cr < 0· 10 wt%，余量為 Al 及不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 優(yōu)選地，Mg、Mn 和 Fe 含量范圍分別為：Mg :4· 5 ~5. 0 wt%，Mn :0· 15 ~0· 25 wt%， Fe :0. 15 ~0. 25 wt%。
[0009] -種制備上述的車用鋁合金板材的方法，所述制備方法依次包括以下步驟：配料、 熔煉鑄造、均勻化、熱軋變形、一次冷軋變形、中間退火、二次冷軋變形、完全退火。
[0010] 優(yōu)選地，所述熔煉鑄造步驟中，采用（：12和Ar混合氣體進(jìn)行爐內(nèi)精煉和SNIF進(jìn)行 除氣處理，控制鑄錠中Na彡3 ppm，Ca彡5 ppm，H2S 0· 15 ml/100g A1。
[0011] 優(yōu)選地，所述均勻化步驟的鑄錠加熱速率15~40 °C /h，均勻化溫度500~550 °C，均熱時(shí)間1~6 h，爐冷至熱軋開軋溫度470~490 °C，保溫2 h。
[0012] 優(yōu)選地，所述熱軋變形步驟采用1+4熱連軋生產(chǎn)線進(jìn)行板材的熱軋，熱粗軋中間 板厚20~30 mm，經(jīng)4熱連精軋板材的厚度為4~6 mm，板材卷取溫度320~360 °C 優(yōu)選地，所述中間退火步驟中，卷材升溫速率15~40 °C /h，中間退火溫度310~340 °C，退火時(shí)間1~4 h，空冷。
[0013] 優(yōu)選地，所述二次冷軋變形步驟中，中間退火空冷后的卷材，經(jīng)二次冷軋變形精軋 至成品厚度，通過中間退火將二次冷軋變形總的冷軋加工率控制在25~65%之間。
[0014] 優(yōu)選地，所述完全退火步驟中，對卷材的完全退火熱處理，卷材升、降溫速率15~ 40 °C /h，完全退火溫度320~360 °C，退火時(shí)間1~4 h，空冷。
[0015] 優(yōu)選地，其特征在于，所述完全退火熱步驟采用工業(yè)臥式退火爐進(jìn)行卷材的完全 退火熱處理。
[0016] 本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)：通過成分設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對常規(guī)5182合金的 Fe、Si雜質(zhì)元素含量進(jìn)行了調(diào)整，特別是控制和優(yōu)化Fe和Mn元素的含量，充分利用雜質(zhì)Fe 元素和微合金化Mn元素的相互作用，結(jié)合優(yōu)化的鑄錠均勻化熱處理工藝，以調(diào)控雜質(zhì)Fe和 微合金Mn元素在均勻化過程中形成尺寸較大、近球形的Al 6(FeMn)彌散相質(zhì)點(diǎn)。充分利用 此種均熱調(diào)控析出的尺寸較大、近球形Al6(FeMn)彌散相的顆粒激發(fā)誘導(dǎo)再結(jié)晶形核效應(yīng) (PSN)，促進(jìn)5XXX冷軋板材完全退火過程中再結(jié)晶的發(fā)生，從而在常規(guī)板帶生產(chǎn)線的退火 爐中實(shí)現(xiàn)成卷完全退火處理，并保證完全退火后的再結(jié)晶組織均勻、呈等軸狀，大大提高了 板材的成形性能。
[0017] 本發(fā)明提出的5XXX系合金對Fe、Si雜質(zhì)元素含量控制要求低于其他高成形產(chǎn)品 的要求（<〇.l Wt%)，特別是Fe元素含量控制在0.15~0.25 wt%，可大大提高回收廢鋁的 采用，顯著降低原材料成本。采用500~550 °C/1~6 h的均熱工藝調(diào)控Fe和Mn元素在 均勻化過程中形成尺寸較大、近球形Al6 (FeMn)彌散相，不但有利于后續(xù)板材再結(jié)晶組織的 調(diào)控，而且相對其他460~480°C /16~24h的均熱制度節(jié)能和生產(chǎn)效率高。因此，本發(fā)明 通過合金成分、制備工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在現(xiàn)有常規(guī)板帶生產(chǎn)線上制備出高成形性、具有價(jià) 格優(yōu)勢的低成本5XXX系鋁合金板材，有著非常廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的車用鋁合金板材及其制備方法的技術(shù)路線圖； 圖2-7是合金鑄錠不同均勻化處理后Al6 (FeMn)彌散相金相觀察結(jié)果； 圖8-9是合金冷軋板不同完全退火處理后斷后伸長率及杯突值性能檢測結(jié)果； 圖10-15是合金不同工藝條件下0態(tài)板材的金相組織觀察結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明的車用鋁合金板材及其制備方法的技術(shù)路線如圖1所示，包括主要生產(chǎn)工 藝流程及關(guān)鍵工藝參數(shù)，下面結(jié)合具體實(shí)施方案對本發(fā)明做進(jìn)一步補(bǔ)充和說明。
[0020] 原材料分別采用企業(yè)自產(chǎn)的電解鋁水、30%的一級固體廢料、Al-16. 5%Si中間合 金、Fe劑、Cu劑、Mn劑、純Mg錠等。具體的熔鑄過程為加固體料(爐膛設(shè)定溫度1050 °C ) -加鋁水一固體料化平后扒渣一（扒渣溫度71ΓΟ -取樣分析一加合金（加合金溫度 736°C )-電磁攪拌20min -扒渣一加鎂錠(加鎂溫度754°C )-電磁攪拌30min -取樣分 析(取樣溫度740°C )-成份合適后扒渣一轉(zhuǎn)爐(轉(zhuǎn)爐溫度744 °C )-精煉(精煉溫度733°C， 精煉時(shí)間2h，N2-ClJg合氣體）一靜置一Wagstaff鑄造系統(tǒng)進(jìn)行DC鑄造。
[0021] 鑄造過程中，在SNIF (Spinning Nozzle Inert Flotation，旋轉(zhuǎn)噴阻惰性氣體 浮游法）前的流槽中加入Al-5Ti-0. 2B，用來細(xì)化晶粒，鈦硼絲的進(jìn)給速度為：V=127~148 cm/min，在SNIF除氣裝置通入Cl2-Aiy混合氣體對熔體進(jìn)行除氣處理，鑄造溫度為680~ 690 °C，鑄造速度60 mm/min。為了進(jìn)一步提高熔體的質(zhì)量，在鑄造線上采用CFF過濾板對 熔體中的渣進(jìn)行過濾，CFF過濾板采用雙級（40ppi/50ppi)過濾。通過以上熔鑄工藝及相應(yīng) 的措施，確保鑄錠中Na彡3 ppm，Ca彡5 ppm，H2S 0· 15 ml/100g A1，提高板材的加工性 能及廣品的機(jī)械性能。
[0022] 根據(jù)實(shí)施發(fā)明的合金成分，采用相同的熔鑄工藝熔煉鑄造了 6個(gè)批次的鑄錠，具 體的鑄錠信息，包括鑄錠批號、合金成分見表1，尺寸規(guī)格為5000~9000 mm (長）X1860 _ (寬）X620 mm (厚)，其中鑄錠4F171作為參照對比實(shí)施例，為常規(guī)5182合金，1E298~1E302 合金為本發(fā)明實(shí)施例合金成分。
[0023] 表1實(shí)施發(fā)明合金熔鑄批次號、合金成分
實(shí)施發(fā)明合金鑄錠進(jìn)行鋸切銑面，鋸切鑄錠頭部尺寸100 mm、尾部尺寸300 mm;銑削鑄 錠表面尺寸15 mm，側(cè)邊尺寸10 mm。實(shí)施鑄錠鋸切銑面后，放入推進(jìn)式加熱爐分別進(jìn)行不 同均勻化處理，然后采用1+4熱連軋軋制機(jī)組對鑄錠進(jìn)行熱軋變形至4~6 _，經(jīng)4道次 熱連軋出口卷取溫度為320~360°C，以確保實(shí)現(xiàn)板