制造汽车的半成品或构件的高成型性、中强度的铝合金的制作方法

本发明涉及一种用于制造汽车的半成品或构件的铝合金、一种用于由根据本发明的铝合金制造带材的方法、一种相应的铝合金带或铝合金板以及一种由铝合金板组成的汽车的结构部件。

背景技术：

汽车的半成品和构件必须根据其在汽车中的使用位置和使用目的而满足不同的要求。在生产这些用于汽车的半成品和构件的过程中，铝合金或由其制成的带材和板材的成型特性起到决定性的作用。在之后在汽车中使用的情况下，强度值以及特别是耐腐蚀特性也具有重要的作用。

例如，在汽车的结构部件(比如车门内板)中机械特性主要由刚性所决定，刚性又首要取决于车门内板的赋形。与之相应地，抗拉强度例如具有较为其次的影响。但是也不允许用于车门内板的材料过软。相反地，良好的成型性对于将铝合金材料应用于汽车领域中而言是特别重要的，因为构件和半成品在其制造过程中经历了非常复杂的成型过程。这特别涉及到的是构件，其以一件式的钣金外壳构造方式而制成，例如具有集成的窗框区域的内门板部分。与例如将接合成的铝型材解决方案用于窗框相比，这类构件通过省略接合操作而具有显著的成本优势。目标例如为可以由铝合金一件式地制造半成品或构件并且在此使用尽可能少的成型操作。这要求待使用的铝合金的成型性能的最大化。针对类似的用途而偶尔使用的AA5005类型的铝合金(AlMg1)不满足这些前提条件，因为该铝合金由于在成型过程中的硬化不具有足够的成型能力。

另外，耐腐蚀性也具有重要的作用，因为汽车的构件常常暴露于汗水、喷洒水和冷凝水。因此，待使用的铝合金应尽可能的耐腐蚀，特别是在涂漆的状态下耐晶间腐蚀和丝状腐蚀。丝状腐蚀理解为一种腐蚀类型，其在涂层的构件中出现并且表现出丝状的走向。丝状腐蚀在存在氯离子的高空气湿度的条件下出现。AA8006型铝合金(AlFe1.5Mn 0.5)虽然具有足够的强度和非常高的成型性，但是其易于受到丝状腐蚀。因此，AA8006型合金较少地适用于涂层的、特别是涂漆的构件，比如车门内板。

目前尚未公开的国际申请PCT/EP2014/053323中已知一种作为AA8006型铝合金的替代方案的铝合金，其具有以下以重量％表示的合金组成成分：

Fe≤0.8％,

Si≤0.5％,

0.9％≤Mn≤1.5％,

Mg≤0.25％,

Cu≤0.20％,

Cr≤0.05％,

Ti≤0.05％,

V≤0.05％,

Zr≤0.05％,

剩余Al，不可避免的伴生元素，所述伴生元素单种≤0.05％，总量≤.15％，其中Mg和Cu的含量的总和满足以下关系：

0.15％≤Mg+Cu≤0.25％。

已证明，该铝合金特别是在其成型特性方面也仍是有待改进的。此外，当这种铝合金混入具有汽车应用中常使用的合金类型AA6XXX的Al-Mg-Si合金的废物循环中时，高Mn含量可能导致在该铝合金的循环利用过程中的问题。

技术实现要素：

因此，由该现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种用于制造汽车的半成品或构件的铝合金，其是能高度成型的、中强度的并且非常耐腐蚀。此外还提出了一种用于由相应的铝合金制造带材的方法、一种铝合金带或铝合金板及其用途以及一种汽车的结构部件。

根据本发明的第一教导，上述目的通过一种用于制造汽车的半成品或构件的铝合金得以实现，其具有以下以重量％表示的合金组成成分：

0.6％≤Si≤0.9％,

0.6％≤Fe≤1.0％,

Cu≤0.1％,

0.6％≤Mn≤0.9％,

0.5％≤Mg≤0.8％,

Cr≤0.05％,

剩余Al和杂质，杂质单种最大为0.05重量％，总量最大为0.15重量％。

不同于目前的方式，该铝合金由这样的认知出发，即，AA6XXX合金类型的Al-Mg-Si合金在软化退火后的状态下具有非常好的成型性。但是它们对于目前的应用而言过软。0.6重量％的Si、0.6重量％的Fe、0.6重量％的Mn和0.5重量％的Mg这些强制性具有的合金元素的下限确保了铝合金在软化退火后的状态下可以提供足够的强度。0.9重量％的Si、1.0重量％的Fe、0.9重量％的Mn和0.8重量％的Mg这些上限防止了断裂延伸率下降并由此使成型特性劣化。出于同样的原因也将合金元素Cu限制到最大0.1重量％并且Cr限制到最大0.05重量％。通过设定的合金组成成分Si、Fe、Mg和Mn的组合由此确保了Al-Mg-Si合金的非常好的成型性能与提高的强度结合，而不会使延展性过多损失。这些研究显示，所述给定的铝合金在软化退火后的状态下满足了对成型性和特别是对耐腐蚀性的要求并因此适用于制造汽车中的半成品或构件。通过强制性具有的合金元素Si、Fe、Mn和Mg的上述范围，按照本发明的铝合金落入AA6XXX合金类型的Al-Mg-Si合金的类别中。当这种铝合金混入具有汽车应用中常使用的合金类型AA6XXX的Al-Mg-Si合金的废物循环中时，这样实现了这种铝合金的改善的可再生性。

根据按照本发明的铝合金的第一种实施方式，合金组成成分Si、Fe、Mn和Mg具有以下以重量％表示的含量：

0.7％≤Si≤0.9％,

0.7％≤Fe≤1.0％,

0.7％≤Mn≤0.9％以及

0.6％≤Mg≤0.8％。

通过提高Si、Fe、Mn和Mg的下限实现使铝合金的强度进一步增加，而不会使由铝合金制成的软的板材或带材的成型性能或断裂延伸率劣化。

按照本发明的铝合金另一个关于最大断裂延伸率的改进由此得以实现，即，使合金组成成分Si、Fe、Mn和Mg具有以下以重量％表示的含量：

0.7％≤Si≤0.8％,

0.7％≤Fe≤0.8％,

0.7％≤Mn≤0.8％以及

0.6％≤Mg≤0.7％。

已发现，通过就合金组成成分Si、Fe、Mn和Mg这些必要含量而言的窄区间实现了在所获得的强度和断裂延伸率之间非常好的折衷，即，达到了铝合金的成型性能。

虽然按照本发明的铝合金具有良好的耐腐蚀特性，但是可以根据该铝合金的另一个设计方案由此进一步改善耐晶间腐蚀的稳定性，即，合金的Si含量比Mg含量多出最多0.2重量％、优选最多0.1重量％。

根据按照本发明的铝合金的另一种设计方案，通过将Cr含量进一步降低至最大为0.01重量％、优选最大为0.001重量％的数值，可以进一步改善铝合金的断裂延伸率。已表明，铬以非常低的浓度就已经对断裂延伸特性起到负面的作用。

将Cu含量减小至最大为0.05重量％、优选最大为0.01重量％具有类似的效果，其中，同时通过减小Cu含量总体上降低了丝状腐蚀或晶间腐蚀的倾向。

根据本发明的第二教导，上述目的通过一种用于由按照本发明的铝合金制造带材的方法得以实现，该方法包括以下方法步骤：

-铸造轧制铸锭，

-在500℃至600℃的温度下均质化至少0.5h，

-在280℃至500℃的温度下、优选在300℃至400℃的温度下将该轧制铸锭热轧至3mm至12mm的厚度，

-在进行或不进行中间退火的条件下，以至少50％、优选至少70％的轧制压缩比冷轧至0.2mm至5mm的最终厚度，并且

-在箱式炉中，在300℃至400℃、优选330℃至370℃的温度下最终软化退火至少0.5h、优选至少2h。

在铸造之后，在500℃至600℃的温度下经过至少0.5h、优选至少2h而进行的均质化用于为轧制铸锭的进一步加工提供均匀的组织结构。热轧温度在此实现了在热轧过程中良好的重结晶，从而使该组织结构在热轧之后是尽可能颗粒精细的。通过冷轧仅仅使该颗粒精细的组织结构拉伸长并且在最终软化退火中再次重结晶。在不进行中间退火的制造过程中，通过该冷轧产生了在组织结构中的特别大数量的位错滑移(Versetzung)，该组织结构在最终软化退火过程中产生颗粒非常精细的完全重结晶的组织结构。为此，轧制到最终厚度的轧制压缩比在最终软化退火之前必须相对于所追求的最终厚度为至少50％、优选至少70％。

对组织结构的颗粒精细性的另一个积极影响由此得以实现，即，根据按照本发明的方法的另一个设计方案，所述均质化分两个阶段进行，其中，首先将轧制铸锭经过至少0.5h加热至在550℃至600℃，并随后将该轧制铸锭经过至少0.5h、优选至少2h保持在450℃至550℃。随后热轧该轧制铸锭。

耐腐蚀特性可以由此得以改善，即，在铸造之后或在均质化之后在顶面和底面上铣削该轧制铸锭，从而从轧制铸锭的顶面和顶面排出可能对耐腐蚀性产生负面影响的污染杂质。

根据按照本发明的方法的另一个设计方案，在第一次冷轧之后，在300℃至400℃的温度下、优选在330℃至370℃的温度下进行至少0.5h的中间退火，其中，在该中间退火之前或之后轧制压缩比为至少50％、优选至少70％。通过在中间退火之前或之后该选定的轧制压缩比实现了：在中间退火的过程中使该组织结构充分地完全重结晶。中间退火持续时间为至少0.5h、优选至少2h。

如果该中间退火在330℃至370℃的温度下进行，则确保了：由于升高的下限温度330℃而发生充分的重结晶并同时通过减小的上限而实施有效的中间退火，该中间退火需要尽可能少的热能。

根据本发明的第三教导，上述目的通过一种由按照本发明的铝合金制成的铝合金带或铝合金板得以实现，其中，该带材具有0.2mm至5mm的厚度并且在软化退火后的状态下具有至少45MPa的屈服极限R_p0.2以及至少23％的均匀延伸率A_g和至少35％的断裂延伸率A_80mm。特别是在给定的带材的厚度结合合金组成成分并且由此得到的在软化退火后的状态下的机械特性的条件下，满足了该铝合金带或铝合金板能够用于汽车中的构件的前提条件，这些构件除了非常好的成型特性之外还具有非常好的耐晶间腐蚀性或耐丝状腐蚀性。这特别是也适用于涂漆或者覆层的构件。

就此而言，按照本发明的铝合金带的应用于制造汽车的半成品或构件、特别是汽车的结构部件的用途也实现了上述目的。特别是结构部件可以以非常大的变形程度制造并且在无需特别复杂的成型操作的条件下可以采用非常复杂的形状。特别是这些结构部件也可以以涂漆的形式特别地耐腐蚀、特别是耐晶间腐蚀和丝状腐蚀。

根据本发明的另一个教导，上述目的通过具有至少一个由按照本发明的铝合金组成的成型板材的汽车的结构部件、特别是汽车的车门内板而实现。如上所描述的，研究已表明，按照本发明的铝合金在软化退火后的状态下不仅提供了所要求的成型特性，而且还同时确保了必要的耐腐蚀性以及结构部件的强度。

为了实现理想的成型程度，按照本发明的结构部件由通过按照本发明的方法制造的带材制成。已表明，通过按照本发明的方法可以过程可靠的方式达到该结构部件的成型特性以及强度特性，从而实现了满足上述前提条件的结构部件的经济的生产。

附图说明

在下文中，借助实施例结合附图进一步说明本发明。其中：

图1示出了用于制造铝合金带的按照本发明的方法的第一个实施例的流程图，

图2示出了按照本发明的方法的另一个实施例的流程图而且

图3示意性示出了汽车的结构部件的一个实施例。

具体实施方式

图1以示意性的流程图示出了第一个实施例。轧制铸锭在第一个步骤2中例如以DC连续铸造法或者以带铸法铸造。在方法步骤4中随后将坯件加热到500℃至600℃的温度上并且为了均质化而在该温度下保持至少0.5h、优选至少2h。这样均质化后的轧制铸锭随后在280℃至500℃、优选300℃至400℃的温度下热轧至3至12mm的最终厚度。随后在步骤8中冷轧至最终厚度，随后为根据步骤10的重结晶的最终软化退火。为了在最终软化退火过程中产生足够的精细颗粒的组织结构，在以一个或多个道次冷轧至最终厚度的过程中，轧制压缩比必须共计至少50％、优选至少70％。在步骤10中，最终软化退火在箱式炉中在300℃至400℃、优选在330℃至370℃的温度下进行，在该最终软化退火的过程中带材再次重结晶。尽管按照本发明的合金组成成分是Mg、Si、Fe和Mn，但是将连续炉用于制造按照本发明的铝合金带是不可能的，因为由于不同的加热和冷却速度可能生成不同的组织结构。

代替在没有中间退火的条件下制造铝合金带，也可以根据步骤14在箱式炉中在300℃至400℃、优选在330℃至370℃的温度下进行中间退火，其中，既可以在中间退火之前也可以在中间退火之后确保至少50％、优选70％的轧制压缩比，从而在重结晶的最终软化退火之后对组织结构的颗粒精细程度产生积极的影响。可选地也可以在步骤2中的轧制铸锭的铸造之后对轧制铸锭的顶面和顶面进行根据步骤12的铣削，从而使在轧制铸锭的制造中在铸锭的边缘处的污染杂质对制成的产品的影响最小化。这特别是对构件的耐腐蚀性有积极的影响。

图2示出了另一个流程图，其代替步骤4示出了均质化的步骤16。均质化对带材或制成的构件的所追求的最终组织结构的颗粒精细程度有影响。为了进一步改善组织结构的颗粒精细程度，均质化以多阶段式的方式实施。因此代替图1中的步骤4，在图2中实施均质化步骤16。均质化步骤16首先具有第一均质化阶段(步骤18)，其中，将铣削后或未铣削的轧制铸锭加热至550℃至600℃的温度上经过至少0.5h、优选至少2h。在接下的步骤20中，这样加热后的轧制铸锭冷却至450℃至550℃的温度上并且在该温度保持至少0.5h、优选至少2h，这在图2中以步骤22示出。

替代性地，该轧制铸锭也可以在第一均质化阶段18之后在步骤24中冷却至室温并在接下来的步骤26中加热至第二均质化的温度。这例如在轧制铸锭必须在均质化步骤之间搁置的情况下是必要的。可选地，在室温下的该阶段可以用于在顶面和底面上铣削该轧制铸锭(步骤28)。在第二均质化步骤22之后以上述说明的参数进行如图1所示的热轧。已表明，多阶段式的均质化、特别是两阶段式的均质化促成最终产品中更精细的组织结构。

提供了中强度并且非常高的变形性的铝合金或铝合金带的按照本发明的效果借助10个实施例而证实。

首先，由不同的合金组成的10个不同的轧制铸锭在DC连续铸造中铸造。在铸造之后对应于步骤12而铣削这些轧制铸锭的顶面和底面。随后进行两阶段式的均质化，其中，首先将这些轧制铸锭在600℃下保持3.5h并随后在500℃下保持2h。在均质化之后立即将这些轧制铸锭直接在约500℃下热轧成为具有8mm厚度的铝合金热轧带材。8mm厚度的热轧带材随后在不进行中间退火的情况下分别冷轧至1.5mm的最终厚度，即，以大于70％的轧制压缩比。在箱式炉中，在350℃对具有1.5mm厚度的冷轧铝合金带进行1h重结晶的最终软化退火。表1示出了所测试的不同的铝合金。

表1

变型1至4以及9至10为不同于按照本发明的铝合金的对比例。相反地，实施例5至8与按照本发明所要求保护的铝合金组成成分相应。

在这些这样制成的、冷轧的铝合金带上测量屈服极限R_p0,2、抗拉强度R_m、均匀延伸率A_g、断裂延伸率A_80mm和在拉伸过程中所达到的以毫米为单位的杯突深度SZ32。在根据DIN EN ISO 6892-1:2009的垂直于板材的轧制方向抗拉试验中测量屈服极限R_p0,2以及抗拉强度R_m的数值。根据同样的标准，通过根据DIN EN ISO 6892-1:2009,附录B,形式2的扁平拉伸试验样本分别垂直于板材的轧制方向测量以百分比计的均匀延伸率A_g以及断裂延伸率A_80mm。此外，例如在拉伸试验SZ32中可以通过埃里克森杯突试验(DIN EN ISO 20482)测量变形特性，其中测量压头抵抗板材挤压，从而导致冷变形。在冷变形过程中测量压头的力和冲压路径，直到发生由于形成裂纹而造成的载荷降低。在现有的实施例中，以与板厚相协调的32mm的冲头直径和35.4mm的压模直径借助用于降低摩擦的特氟龙拉丝箔(Teflon-Ziehfolie)来实施杯突试验。表2中示出了结果的总结。

表2

通过例如变型2与按照本发明的变型5至8的比较，这些实施例表明，通过提高Cu和Cr的含量而使Si、Fe、Mn、Mg的含量显著降低会导致虽然屈服极限数值保持在45MPa以上，但是断裂延伸率显著降低至约30％。该效果也可以在仅Mn含量例如为1.0％的情况下得到证实，这已经使断裂延伸率A_80mm降低到35％以下(变型4)。变型9和10表明了降低Si、Fe、Mn和Mg的含量的效果。对比例9和10虽然表现出大于35％的断裂延伸率A_80mm，但是41MPa的屈服极限低于按照本发明的实施例5至8。

按照本发明的实施例特别是在高变形程度下表现出非常好的变形特性，这可以从非常好的拉伸结果SZ32和在均匀延伸率A_g和断裂延伸率A_80mm中的高延伸率数值看出。

对此可以看出，总体而言重要的是合金含量Si、Fe、Mn、Mg的相互关系，其中必须将组成成分Cr和Cu保持为特别低，优选Cu含量≤0.05重量％、优选≤0.01重量％而铬含量≤0.01重量％、优选≤0.001重量％。结合这些实施例的非常好的耐腐蚀性可以为汽车提供半成品和构件、特别是结构构件，比如车门内板，这些结构构件不仅确保符合应用领域鉴于机械和化学性能方面的规格，而且可以通过较少的成型操作经济性地制造。

因此，按照本发明的铝合金带理想地适用于例如汽车的结构部件，比如提供在图3中示出的车门内板30或用于其制造。该车门内板由具有1.5mm厚度的按照本发明的铝合金组成的板材制成，该板材仅通过成型操作而无需接合操作地提供窗框。