专利名称：用于高变形要求的铝镁硅带材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用铝镁硅合金制造带材的方法，其中，用铝镁硅合金浇铸成一个轧制锭坯，对该轧制锭坯进行均勻化处理，并在热轧制温度条件下进行热轧制，随后可选地冷轧制至最终厚度。除此之外，本发明还涉及由铝镁硅合金制成的铝带以及其有利的应用。
背景技术：
首先不仅在载重汽车制造行业，另外还在其他应用领域，例如飞机制造或者轨道机车制造中需要用到铝合金板材，该板材不仅具有特别高的强度值，而且同时还可能具有非常好的变形特性。在载重汽车制造中典型的应用范围是车身和底盘部件。可见的喷漆的零件，例如外侧可见的车身板材，要求在材料变形时，不能在喷漆后的表面产生诸如流变或凸起等缺陷。这例如对于利用铝合金板材制造发动机壳体和其他载重汽车的车身零件来说特别重要。材料的选择被限定为只能是铝合金。特别是铝镁硅合金，其主要合金成分为镁和硅，这种铝镁硅合金具有相对高的强度，同时具有好的变形特性及很强的耐腐蚀性。铝镁硅合金的合金型号为AA6XXX，例如合金型号AA6016，AA6014，AA6181，AA6060和AA6111。通常铝带是经过由铝镁硅合金浇注成轧制锭坯、轧制锭坯的均勻化、轧制锭坯的热轧制和对热轧带材的冷轧制等步骤而制成的。轧制锭坯的均勻化要求在380-580°C的温度条件下进行超过一小时。通过随后的扩散退火处理，然后再淬火处理，以及大致在室温下持续至少三天的冷搁置时效处理，可以使带材于状态T4实现供应。状态T6可以通过在淬火处理后经由温度在100°C -200°C之间的热搁置时效处理而得到。
其问题是，在由铝镁硅合金热轧制而成的铝带中，存在粗质的硅化镁析出物，其在之后的冷轧制时通过高的变形程度而被破碎并细化。铝镁硅合金制成的热轧带材，通常情况下可以制成3mm-12mm的厚度，通过冷轧制实现高的变形程度。因为在铝镁硅相形成的温度范围，通常在热轧制时进行的非常缓慢，所以这些铝镁硅相在该阶段的形成非常粗糙。形成上述相的温度范围与合金有关，介于550°C -230°C之间，通过实验证明，热轧带材的这种粗糙相对最终产品的延伸性能产生负面影响。这意味着由铝镁硅合金制成的铝带的变形特性到目前为止还没有得到充分利用。发明内容
本发明的目的在于一种利用铝镁硅合金制造带材的方法以及一种铝带，铝带在状态T4具有高的延伸性能，并由此在例如制造结构零件的过程中实现更高的变形率。除此之外，本发明的目的还在于提供由本发明铝带制造的板材的有利应用。
根据本发明的第一技术方案，上述利用铝镁硅合金制造带材的方法的目的这样解决，即，热轧带材直接在经过最后一道热轧道次之后的温度最高为130°C，优选最高为 IOO0C,并且使该热轧带材在该温度或者更低的温度条件下被卷起。
需要说明的是，铝镁硅合金热轧带材中的硅化镁析出物可以通过淬火处理、即通过骤冷，能够明显减少。通过快速冷却，在最后一道热轧道次完成之后，热轧带材的温度从 2300C -550°C之间降到最高为130°C，最好为在最高100°C，由此使热轧带材的组织状态得到冷冻，从而使之无法形成粗糙的析出物。由之产生的铝带在扩散退火处理和淬火处理之后于最终厚度上、在具备状态T4的通常强度的同时还具有显著改善的延伸性能，而且对于状态T6具有相同或甚至更好的可淬透性能。这种特性的结合在到目前为止的由铝镁硅合金构成的带材中尚未达到。
根据本发明方法的优选实施例，在最后两道热轧道次内进行的这种冷却过程，即冷却到130°C或更低的温度，在短则几秒钟内、长则5分钟内完成。需要说明的是，在这个过程中，特别过程安全地实现了 状态T4中通常的强度或屈服极限方面的提高的延伸值以及 T6状态中改善的可淬透性。
根据本发明方法的第一实施方案，本方法可以这样特别经济地实现，S卩，应用至少一个板式冷却器和被喷射乳浊剂的热轧道次，使热轧带材自身在卷起的温度条件下进行淬火处理。板式冷却器由冷却剂或润滑剂喷嘴装置构成，这种喷嘴能向铝带上喷洒轧制乳浊剂。板式冷却器经常会设置在热轧机中，用来使轧制的热轧带材在轧制前冷却到轧制温度， 并调整到卷起温度。因此根据本发明的方法，对于通常的设备不需增加额外的装置即可使用。热轧制温度定义在金属的再结晶温度之上，即，对铝来说大约高于230°C。与本发明第一技术方案相符地，卷起温度130°C明显低于通常的过程条件。
根据本发明方法的另一个实施方案，热轧带材的热轧制温度在倒数第二道热轧道次之前至少为230°C，最好高于400°C，由此，特别在淬火处理的热轧带材中形成特别小的硅化镁析出物，因为大部分的合金成分镁和硅在该温度时在铝模中处于熔解状态。热轧带材的这种优先状态通过淬火处理在一定程度上被“冷冻”。
热轧带材可以制成3mm-12mm的厚度，优先为3. 5mm-8mm,因此可以采用通常用于冷轧的冷轧机架。
优选，应用的铝合金的合金型号为AA6XXX，优先为AA6014，AA6016, AA6060, AA6111和AA6181。所有合金型号为AA6XXX的都可以，因为它们在状态T4由于高延伸值而具有特别好的变形特性，以及在应用状态T6具有非常高的强度或屈服极限，例如在250°C 持续30分钟的热搁置时效处理之后。
根据本发明方法的又一个实施方案，将完成轧制的铝带进行热处理，其中，将铝带加热超过100°c，然后以超过55°C、最好是超过85°C的温度被卷起，并进行搁置时效处理。 这种方法的实施方案使在冷搁置时效处理之后、通过很短的低温加热阶段、在铝带或板材中形成状态T6，其中，待变形成零件的板材或带材在该状态中进行应用。在此，将快速硬化的铝带加热到大约185°C，只持续20分钟即可，从而实现在状态T6的较高的屈服极限。而且，根据本发明方法的该实施方案制造的铝带的断裂延伸率A8tl稍微低于四％。根据本发明制造的铝带在状态T4进行搁置时效处理之后，其非常好的均勻延伸率Ag能够继续保持超过25%。均勻延伸率Ag指的是样本在延伸试验中不出现收缩的最大延伸。样本在均勻延伸范围被均勻延伸。相似材料的均勻延伸率的数值最大在22%-23%之间。均勻延伸率对变形特性起决定性的影响，因为其在实践中确定了材料的最大变形率。就本发明的方法而言，铝带能够具有非常好的变形特性，即使在加速热搁置时效处理(185°C持续120分钟) 时也能转化为状态T6。
其余的铝以及不可避免的杂质总和最多为0. 15%，单独最多为0.05%。
当镁的含量小于0. 25重量％时，铝带的强度对结构应用来说显得太小，另一方面当镁的含量大于0. 6重量％时，可变形性变得很差。硅和镁一起主要对铝合金的可淬透性负责，由此还对于高强度起作用，高强度例如在实际应用中于烘干喷漆之后形成。当硅的含量小于1.0重量％时，铝带的可淬透性减少，从而在应用中只能提供很小的强度。当硅的含量大于1. 5重量％时，在制造轧制锭坯时会产生浇注问题。铁的含量最大不超过0. 5重量％，目的是为了阻碍生成粗质的析出物。铜的含量最大不超过0.2重量％，首先在特殊应用时能够改善铝合金的耐腐蚀性。锰的含量小于0. 2重量％，能够防止生成粗质的锰析出物的趋势。铬能够导致细微的组织结构，其含量不能超过0. 1重量％，目的同样是为了避免生成粗质的析出物。而锰的存在通过减少本发明的铝带的裂纹倾向或者淬火敏感性而能够改善可焊接性。减少锌的含量至不超过0. 1重量％特别改善了在任何应用中铝合金或制成的板材的耐腐蚀性。而钛在浇注时能导致晶粒细化，应该使钛含量最大不能超过0. 1重量％，目的是为了保证铝合金的好的可浇注性。
型号为AA6060的铝合金的合金成分以重量百分比为
0. 35%^ Mg ^ 0. 6% ；
0. 3%^ Si ^ 0. 6% ；
0.Fe ^ 0. 3% ；
Cu ^ 0. 1 % ；
Mn ^ 0. 1 % ；
Cr ^ 0. 05% ；
Zn ^ 0. 10% ；
Ti 彡 0.1%;和
其余的Al以及不可避免的杂质总和最多为0. 15%，单独最多为0.05%。
通过与第一种实施方案相比，将精确镁的含量、减少的硅的含量以及详细的铁的含量相结合形成的铝合金，能够在本发明方法的热轧制后特别好的阻碍硅化镁析出物的生成，由此使板材与通常提供的板材相比具有改善的延伸性和高的屈服极限。铜、锰和铬的合金成分含量上限的减少，额外增强了本发明方法的效果。鉴于锌和钛上限的作用，在本实施例中与铝合金的第一实施方案相同。
型号为AA6014的铝合金的合金成分以重量百分比为
0. 4%^ Mg ^ 0. 8% ；
0. 3%^ Si ^ 0. 6% ；
Fe ^ 0. 35% ；
Cu ^ 0. 25% ；
0. 05%^ Mn ^ 0. 20% ；
Cr ^ 0. 20% ；
Zn ^ 0. 10% ；
0. 05%^ V^O. 20% ；
Ti 彡 0.1%;和
其余的Al以及不可避免的杂质总和最多为0. 15%，单独最多为0.05%。
型号为AA6181的铝合金的合金成分以重量百分比为
0. 6%^ Mg ^ 1. 0% ；
OKSid;
Fe ^ 0. 45% ；
Cu ^ 0. 10% ；
Mn ^ 0. 15% ；
Cr ^ 0. 10% ；
Zn ^ 0. 20% ；
Ti 彡 0.1%;和
其余的Al以及不可避免的杂质总和最多为0. 15%，单独最多为0.05%。
型号为AA6111的铝合金的合金成分以重量百分比为
0. 5%^ Mg ^ 1. 0% ；
0. 7%^ Si ^ 1. 1% ；
Fe ^ 0. 40% ；
0. 50%^ Cu ^ 0. 90% ；
0. 15%^ Mn ^ 0. 45% ；
Cr ^ 0. 10% ；
Zn ^ 0. 15% ；
Ti 彡 0.1%;和
其余的Al以及不可避免的杂质总和最多为0. 15%，单独最多为0.05%。合金 AX6111由于铜含量的增高，在状态T6显示了高的强度，但是缺乏耐腐蚀性。
所有示出的铝合金以其特定的合金成分适用于不同的领域中。例如已经提到的实施方案，由本发明方法所应用的铝合金构成的带材，特别在状态"Γ4具有特别高的延伸率值，与之相随的是屈服极限的特别明显的增加，例如在205°C持续30分钟热搁置时效处理之后。这对于状态T4中经扩散退火处理之后又经热处理的铝带同样有效。
根据本发明的第二技术方案，上述目的可以通过由铝镁硅合金构成的铝带来实现，铝带在状态jM的断裂延伸率A80为至少30%，屈服极限RpO. 2在80-140MPa之间。通常经过随后的扩散退火处理，然后再淬火处理，以及在室温下搁置时效处理至少三天，可以使带材达到供应状态T4，因为经过扩散退火处理的板材或带材具有稳定的特性。根据本发明的铝带的断裂延伸率A8tl和屈服极限RpO. 2的结合，这对于到目前为止已知的铝镁硅合金是无法达到的。由于具有较大的延伸率值，因此本发明的铝带在成品板材或零件中伴随屈服极限RpO. 2的最大值而达到最大的变形率。
根据本发明的一个实施方案，镁硅-铝带这样具有特别有利的变形特性，S卩，附加地使均勻延伸率Ag超过25%。均勻延伸率主要确定了铝带或由其制造的板材在制造零件过程中的最大变形率，因为在制造时必须避免不可控的收缩。根据本发明的铝带相对收缩来说具有特别高的变形余量，因此能够过程可靠地变形成零件。
优选，本发明的铝带在状态T6、即在使用状态或者应用状态下的延伸率A8tl为至少 15%，屈服极限RpO. 2超过185MPa。这一数值是根据本发明制造的铝带在状态T6时测得的，该状态指的是经过扩散退火处理和淬火处理(状态T4)后，再进行205°C持续30分钟热搁置时效处理。由于在状态T6的高屈服极限和状态T4的非常好的延伸率，使本发明的铝带例如特别适合用于载重汽车制造。
根据本发明的再一个实施方案，经过扩散退火处理和淬火处理之后的铝带在进行 205°C持续30分钟的热搁置时效处理之后于状态T6的、状态T6和状态T4之间的屈服极限差ARpO. 2为至少80MPa。本发明的铝带从状态T4到状态T6的屈服极限的增加特别高。 本发明的铝带因此在状态T4非常好变形，随后可以通过热搁置时效处理转化成高强度的应用状态(状态T6)。在必须的复杂的造型中，以及需要高强度值或者屈服极限，例如载重汽车制造中，好的可淬透性对制造复杂零件来说尤其具有优势。
根据本发明制造的铝带在其制造后进行扩散退火处理，随后进行热处理，铝带在状态T4的均勻延伸率Ag超过25 %，屈服极限RpO. 2在80_140MPa之间，这样就能够提供一种具有出色的变形特性的、快速淬火处理的镁硅-铝合金。如上文所述，这样的变体能够提供一种可快速淬火处理的、同时具有非常好的变形特性的镁硅-铝合金。为了达到状态 T6，热搁置时效处理可以在185°C的条件下持续20分钟，从而达到所需的屈服极限增高。
根据还一个实施方案，如果铝带在轧制方向、垂直于轧制方向和轧制对角线方向均具有超过25%的均勻延伸率Ag，那么能够实现尤其各向同性的变形性能。
首先铝带的厚度在0. 5mm-12mm之间。厚度在0. 5mm-2mm之间的铝带优先应用于车身零件，例如载重汽车制造；而稍厚点的厚度在2-4. 5mm之间的铝带例如应用于载重汽车制造中的底盘零件。单个零件可以制成直至6mm厚的冷轧带材。除此之外，在特殊领域还可以利用直至12mm厚的铝带。通常情况下，非常厚的铝带只能通过热轧制来提供。
根据本发明铝带的又一个实施方案，铝带的铝合金的合金型号为AA6XXX，优先为 AA6014, AA6016，AA6060，AA6111或AA6181。鉴于铝合金的这种优点，根据本发明方法的实施例可以证明。
根据本发明的第三技术方案，由于在状态T4下好的变形特性与使用状态(状态 T6)下高的耐腐蚀性以及高的屈服极限RpO. 2值之间突出的结合，上述目的通过这样的应用来实现，即，由本发明的铝带制成的板材作为零件的应用，该板材用作底盘或结构零件， 以及用作载重汽车、飞机或轨道机车的板材，特别是用作零部件、底盘部件、载重汽车的内外板材件，优先用于车身部件。首选可见的车身零件、例如发动机壳体、挡泥板等，以及轨道机车或飞机的外部零件有利于获得较高的屈服极限RpO. 2，同时即使在伴随高变形率的变形之后仍具有良好的表面特性。
可以对本发明方法和本发明的铝带以及由此制造的板材的应用的多种实施方案进行设置和扩展。这里一方面根据权利要求1和6的从属权利要求以及另一方面结合附图的实施例的说明而进行阐述。
图例在图1中示出了本发明的利用镁硅-铝合金制造带材的方法的一个实施例的流程图，该方法具有以下步骤a)轧制锭坯的制造和均勻化处理；b)热轧制；c)冷轧制；以及d)扩散退火处理和淬火处理。
具体实施方式
首先，轧制锭坯1由铝合金铸造而成，该铝合金以重量百分比
的形式含有如下合金成分
0. 35%^ Mg ^ 0. 6% ；
0. 3%^ Si ^ 0. 6% ；
0.Fe ^ 0. 3% ；
Cu ^ 0. 1 % ；
Mn ^ 0. 1 % ；
Cr ^ 0. 05% ；
Zn ^ 0. 1% ；
Ti 彡 0.1%;和
其余的Al以及不可避免的杂质总和最多为0. 15%，单独最多为0.05%。
参见图la，如此制造出来的轧制锭坯在均勻化温度大约为550°C、于热炉2中进行 8小时的均勻化处理，使得待合金的合金成分特别在轧制锭坯中均勻分布。
图Ib中示出了，本发明方法的上述实施例中的轧制锭坯1在热轧机架3之间来回进行热轧制，其中，轧制锭坯1在热轧制时具有230 V -550 V的温度。在这个实施例中，热轧带材4在离开热轧机架3之后、而在进入倒数第二道热轧道次之前的温度至少为400°C。 优先在热轧带材温度是最低400°C时，热轧带材4的淬火处理通过应用板式冷却器5和热轧机架3的工作辊来实现。仅示意性示出的板式冷却器5向热轧带材4喷洒冷的轧制乳浊剂， 使热轧带材4加速冷却。热轧机架3的工作辊被喷洒乳浊剂，并由此继续冷却热轧带材4。 在前述实施例中，热轧带材4在最后一道热轧道次之后、在板式冷却器5’的出口只有95°C 的温度，之后被绞盘6卷起。
热轧带材4直接在最后一道热轧道次完成时的温度为最高130°C，或者最高 100°C，或者作为选项通过在最后两道热轧道次中应用板式冷却器5和热轧机架3的工作辊，使温度降到130°C或者100°C之下，由此使热轧带材4具有冷却的结晶组织，因为在接下来的析出过程没有额外的能量以热能形式提供。热轧带材以3-12mm，优先以3. 5_8mm的厚度，通过绞盘6卷起。如上文所述，前述实施例中的卷起温度低于95°C。
根据本发明的方法，在卷起的热轧带材4中目前没有或者很少有粗质的硅化镁析出物形成。热轧带材4具有对后续加工非常有利的结晶组织，可以被绞盘7展开，例如通过冷轧机架9，再次被绞盘8卷起，如图Ic所示。
由此产生的冷轧制带材11被卷起。然后进行扩散退火处理和淬火处理10，参见图Id。这里，带材重新由带卷12展开，在热炉10中进行扩散退火处理和淬火处理，继续卷起形成带卷13。然后，铝带可以在室温下的冷搁置时效处理之后，以具有最大变形程度的状态T4进行供应。可替换地(图中未示出)，铝带11可以分成单张板材，这些板材在冷搁置时效处理之后处于状态T4。
对厚的铝带，例如底盘应用，或者例如为制动器底板的组件，可以替换地进行分段退火处理，然后对板材再进行淬火处理。
在状态T6中，铝带或铝板在100°C -220°C之间进行热搁置时效处理，目的是为了达到屈服极限的最大值。例如热搁置时效处理可以在250°C持续30分钟的条件下进行。
根据所示实施例制造的铝带例如在冷轧制后具有0. 5-4. 5mm的厚度。厚度在 0. 5-2mm之间的铝带通常应用于车身零件，而厚度在2. 0-4. 5mm之间的铝带通常应用于载重汽车制造中的底盘零件。在两个应用范围中，延伸率的改善对零部件的制造具有决定性的优点，因为尽管大部分板材进行强变形，也能够使最终产品在应用状态(T6)具有所需的高强度。
表1示出了用于制造通常的或者本发明的铝带的铝合金的合金组成成分，除了示出的合金成分含量以外，铝带中还含有其余的铝以及杂质，其余的铝和杂质单独最多为 0. 05%，总和最多为0. 15%。
权利要求
1.一种利用铝镁硅合金制造带材的方法，其中，用铝镁硅合金浇铸成一个轧制锭坯，对该轧制锭坯进行均勻化处理，并在热轧制温度条件下进行热轧制，随后可选地冷轧制至最终厚度，其特征在于，热轧带材直接在经过最后一道热轧道次之后的温度最高为130°c，优选最高为100°C，并且使该热轧带材在该温度或者更低的温度条件下被卷起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用至少一个板式冷却器和被喷射乳浊剂的热轧道次，使热轧带材自身在完成时的温度条件下进行淬火处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，热轧带材的热轧制温度在热轧制的冷却过程之前、特别是在倒数第二道热轧道次之前至少为230°C，优选高于400°C。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，制成的热轧带材的厚度为 3mm-12mm，优先为 3. 5mm-8mm0
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，铝合金的合金型号为 AA6XXX，优先为 AA6014，AA6016, AA6060, AA6111 或 AA6181。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，使完成轧制的铝带进行热处理，其中，将铝带加热超过100°C，然后以超过55°C、最好是超过85°C的温度被卷起，并进行搁置时效处理。
7.一种由铝镁硅合金构成的铝带，特别是利用根据权利要求1至5中任意一项所述的方法制成，其特征在于，所述铝带在状态T4的断裂延伸率A8tl为至少30%，屈服极限RpO. 2 在 80-140MPa 之间。
8.根据权利要求7所述的铝带，其特征在于，所述铝带在状态T4的均勻延伸率Ag超过 25%。
9.根据权利要求7或8所述的铝带，其特征在于，经过扩散退火处理和淬火处理之后的铝带在进行205°C持续30分钟的热搁置时效处理之后于状态T6的屈服极限RpO. 2超过 185MPa。。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的铝带，其特征在于，经过扩散退火处理和淬火处理之后的铝带在进行205°C持续30分钟的热搁置时效处理之后于状态T6的、状态T6 和jM之间的屈服极限差Δ RpO. 2为至少80MPa。
11.一种由铝镁硅合金构成的铝带，根据权利要求6所述的方法制成，其特征在于，所述铝带的均勻延伸率Ag超过25%，屈服极限RpO. 2在80-140MPa之间。
12.根据权利要求11或8所述的铝带，其特征在于，所述铝带在轧制方向、垂直于轧制方向和/或轧制对角线方向均具有超过25%的均勻延伸率Ag。
13.根据权利要求7至12中任意一项所述的铝带，其特征在于，所述铝带具有 0. 5-12mm的厚度。
14.根据权利要求7至13中任意一项所述的铝带，其特征在于，铝合金的合金型号为 AA6XXX，优先为 AA6014，AA6016, AA6060, AA6111 或 AA6181。
15.由权利要求7至14中任意一项所述的铝带制成的板材作为零件的应用，所述板材用作底盘或结构零件，以及用作载重汽车、飞机或轨道机车的板材，特别是用作零部件、底盘部件、载重汽车的内外板材件，优先用于车身部件。
全文摘要
本发明涉及一种利用铝镁硅合金制造带材的方法，其中，用铝镁硅合金浇铸成一个轧制锭坯，对该轧制锭坯进行均匀化处理，并在热轧制温度条件下进行热轧制，随后可选地进行冷轧制至最终厚度。本发明的目的是提供一种利用铝镁硅合金制造铝带的方法以及一种铝带，在强度保持不变的情况下具有高的断裂延伸率，并由此在制造结构板材过程中实现高的变形率；该目的这样实现，即，热轧带材直接在经过最后一道热轧道次之后的温度最高为130℃，优选最高为100℃，并且使该热轧带材在该温度或者更低的温度条件下被卷起。
文档编号C22C21/08GK102498229SQ201080029594
公开日2012年6月13日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年6月30日
发明者亨克-扬·布林克曼, 凯-弗里德里希·卡尔豪森, 托马斯·维尔茨, 艾克·布林格尔, 迪特马尔·施罗德 申请人:海德鲁铝业德国有限责任公司