專利名稱：生產鋁合金釬焊板的方法和鋁合金釬焊板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產Al-Mn合金板的方法，該合金板在用作釬焊板材料中的芯合金時具有提高的抗液膜遷移性。本發(fā)明還涉及根據(jù)所述方法生產的Al-Mn合金板，以及所述合金板的使用。
在釬焊應用中，被稱為“液膜遷移”或LFM的現(xiàn)象會引起釬焊產品如蒸發(fā)器、散熱器、暖風箱(heater core)等的總體性能的劣化。文獻中術語“LFM”也被稱為“芯溶解”或“芯滲透”和“芯侵蝕”。這里我們使用術語“LFM”指代所有這些專用名詞。盡管引起LFM的確切機制還并不完全清楚，但似乎釬焊板的芯合金中存在一定量的位錯會增加LFM的嚴重性。已知的是，與同一材料的軟態(tài)或輕微冷加工狀態(tài)相比，充分退火(0狀態(tài))和應變硬化和/或應力消除狀態(tài)(例如H14、H24等)后的材料對LFM的敏感性相對低。通過術語“輕微冷加工”，我們指工業(yè)過程例如沖壓、輥軋成形或張力整平所產生的變形，這些加工典型用于生產熱交換器的組件，例如蒸發(fā)器或油冷卻器芯板(oilcooler core plate)、折疊管等。當對芯合金和Al-Si包覆合金構成的釬焊板進行變形以形成產品并接著進行釬焊循環(huán)時，發(fā)現(xiàn)少量的變形足以引起釬焊板的LFM。如果LFM在芯合金擴展過大，則釬焊性、強度和耐腐蝕性會降低。已知的是，延遲再結晶的合金元素例如鉻、鋯和釩可提高對LFM的敏感性。還已知的是，錳彌散質點也可延遲再結晶并因此提高對LFM的敏感性。錳彌散質點的量和尺寸依賴于釬焊板的加工路徑。
對于釬焊應用，釬焊板產品的芯合金需要具有良好的強度和可成型性的組合。顯然，對LFM的敏感性必須處在充分低的水平以確保具有足夠的耐腐蝕性和可釬焊性。通過與諸如硅、錳、鉻、鋯或釩的元素進行合金化可以獲得較高的強度。然而，這些合金元素也提高了對LFM的敏感性。也已建議使用非0狀態(tài)例如H14狀態(tài)或H24狀態(tài)來降低對LFM的敏感性。然而，盡管這些狀態(tài)可有效減小LFM，但常常損害了釬焊板產品的可成型性。其它替代性方法例如輕微冷變形加工如張力平整，或非再結晶表面層的使用在大規(guī)模生產實踐中是難以控制的，因此可能損害可再現(xiàn)性和/或可成型性。
本發(fā)明的一個目的是提供生產Al-Mn合金板的方法，該合金板在用作釬焊板的芯合金時具有提高的抗液膜遷移性，其中該合金具有良好的強度/可成型性的組合以及還具有充分低的LFM敏感性和足夠的耐腐蝕性。
又一個目的是提供生產所述Al-Mn合金板的方法，該方法易于控制并且產生可再現(xiàn)的產品。
本發(fā)明的又一個目的是提供折疊管、蒸發(fā)器或油冷卻器芯板、散熱片坯料(fin stock)等中的具有提高抗液膜遷移性的Al-Mn合金板，其中所述合金具有良好的強度/可成型性的組合以及還具有充分低的LFM敏感性、良好的可釬焊性和足夠的耐腐蝕性。
根據(jù)本發(fā)明，使用生產在用作釬焊板芯合金時具有提高抗液膜遷移性的Al-Mn合金板的方法實現(xiàn)了一個或多個所述目的，該方法包括如下步驟·鑄造包含以下成分的組合物(按重量％計)○0.5＜Mn≤1.7，優(yōu)選0.6-1.7，○0.06＜Cu≤1.5，優(yōu)選0.2-1.5，○Si≤1.3，優(yōu)選Si≤0.8，更優(yōu)選Si≤0.3，○Mg≤0.25○Ti＜0.2○Zn≤2.0○Fe≤0.5○至少一種選自0.05＜Zr≤0.25和0.05＜Cr≤0.25的元素○其它元素每種＜0.05且總量＜0.20，余量為Al。
·均質化和預加熱·熱軋
·冷軋(包括需要時的中間退火)其中均質化溫度至少為450℃且持續(xù)至少1小時，接著以至少20℃/h的速度進行空氣冷卻，且其中預加熱溫度是至少400℃并持續(xù)至少0.5小時。
使用諸如DC鑄造或連續(xù)鑄造的常規(guī)生產技術進行鑄造。
根據(jù)本發(fā)明的方法能夠生產一種Al-Mn合金，該Al-Mn合金在用作釬焊板的芯合金時既具有良好的強度/可成型性的組合又具有充分低的LFM敏感性和足夠的耐腐蝕性。本發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，盡管據(jù)報道由于鉻對合金再結晶的延遲效應，因此鉻對LFM敏感性具有不利影響，但所述合金的化學組成和加工參數(shù)的組合，特別是均質化和預加熱過程會產生具有充分低的LFM敏感性并因而具有足夠耐腐蝕性的產品。由于組成與加工條件的組合在合金中形成的含Cr和/或含Zr的析出物，會降低對LFM的敏感性。此外鉻也強化合金，而合金的再結晶導致足夠的可成型性。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過V合金化或者通過V與Cr和/或Zr的組合合金化可以獲得相似的結果。
在本發(fā)明的實施方案中，Cr和/或Zr含量至少為0.08％。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當使用至少0.08％的鉻含量或至少0.08％的鋯含量或其組合，與上述工藝條件結合時，產生較高強度和足夠的抗LFM性結合。
在本發(fā)明的實施方案中，最大鎂含量是0.1％，優(yōu)選最大鎂含量是0.05％。鎂含量應盡可能低以避免鎂對受控氣氛釬焊過程中使用的熔劑的有害影響。在本發(fā)明的實施方案中，銅含量是0.7-1.2％。
在本發(fā)明的一個實施方案中，錳含量是0.7-1.4％。如果錳含量超過1.4％，會增加制備中的困難，并且如果低于0.7％則合金的強度不足。在本發(fā)明的一個實施方案中，最大鋅含量優(yōu)選為0.4％以防止芯合金在某些應用中過度陽極化。在本發(fā)明的實施方案中，鐵含量優(yōu)選低于0.35％以防止在工業(yè)鑄造操作過程中形成不合要求的大的含鐵金屬間化合物。
在本發(fā)明的實施方案中，均質化溫度為約530-620℃，優(yōu)選530-595℃，優(yōu)選持續(xù)1-25小時，更優(yōu)選持續(xù)10-16小時，且其中預加熱溫度為約400-530℃，優(yōu)選為420-510℃，優(yōu)選持續(xù)1-25小時，更優(yōu)選持續(xù)1-10小時。在根據(jù)本發(fā)明的合金中，當在給定的范圍內選擇均質化的溫度和時間以及預加熱的溫度和時間時，發(fā)現(xiàn)了強度、可成型性、LFM敏感性和耐腐蝕性之間具有最好兼顧，并且當根據(jù)上述優(yōu)選的溫度和時間加工合金時獲得了特別引人關注的兼顧。
本領域技術人員已知，退火的時間和溫度通常不是獨立進行選擇的。大多數(shù)相關的冶金過程是熱活化的，導致高溫和短的時間的組合可能與較低溫度和較長時間具有相同結果的情形。
根據(jù)本發(fā)明的方法還包括在冷軋之后在足以使Al-Mn合金基本上完全再結晶的退火溫度-退火時間的組合下進行再結晶退火。在這種條件下，獲得最高的可成型性。
在本發(fā)明的一個實施方案中，Al-Mn合金的最大硅含量是0.3重量％。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，Al-Mn合金的最大硅含量是0.15重量％。已知硅可增加對LFM的敏感性。因此，選擇盡可能低的硅含量。然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當使用至多為0.3％、優(yōu)選至多為0.15％的硅含量時，獲得LFM敏感性和強度的適當結合。
在本發(fā)明的一個實施方案中，Cr≤0.18％，優(yōu)選至少0.06％，更優(yōu)選0.08％＜Cr≤0.15％，更為優(yōu)選0.08％＜Cr≤0.12％。當Cr含量超過0.18％時，由于大的金屬間化合物的形成，Al-Mn合金的鑄造變得非常困難。鑄造Cr含量低于0.15％或低于0.12的Al-Mn不會產生問題。通過添加至少0.08％的Cr，其對LFM敏感性的影響與上述工藝條件的組合導致LFM敏感性與強度的適當組合。組成和工藝條件的組合在合金中形成的析出物會降低對LFM的敏感性。在本發(fā)明的一個實施方案中，該方法還包括在Al-Mn合金的至少一面用AA4000-系列或可選包含最高2.0％Zn的Al-Si釬焊合金進行包覆?？赏ㄟ^例如輥壓接合或任何其它已知技術如噴涂包覆或鑄造包覆進行包覆。
本發(fā)明還體現(xiàn)于根據(jù)上文所述的方法生產的板，其中釬焊前延伸率是至少18％，優(yōu)選至少19％，更優(yōu)選至少21％，和/或至少0.270的釬焊前n-值，和/或至少140MPa、優(yōu)選至少150MPa的釬焊后抗拉強度。在80mm規(guī)格長度上測量延伸率，也以A80表示。
在本發(fā)明的一個實施方案中，當根據(jù)ASTM G85 A3進行測試時，以天數(shù)計的穿孔時間測得的釬焊后試樣SWAAT壽命為至少15天，優(yōu)選為至少20天無穿孔。低的LFM敏感性反映在釬焊之后成型熱交換器部件中的提高的耐腐蝕性。
在本發(fā)明的一個實施方案中，在折疊管或用于相似條件下的應用中，將上述板用作釬焊板中的芯，該釬焊板具有或不具有非釬焊襯層或水側襯層(waterside liner)合金如AA7072、AA1145或AA3005，或者含Zn量為0.5-5.0％、優(yōu)選0.5-2.5％的Al-Mn型合金。對于板作為釬焊板中的芯的應用，如利用折疊管的熱交換器中的應用，對于強度、可成型性、LFM敏感性和耐腐蝕性的要求特別相關。
根據(jù)上述方法生產的板材料特別適合用作釬焊板材料中的芯合金，該釬焊板材料意圖用于制造圓管板式翅片型熱交換器的部件，例如散熱器、暖風箱和冷凝器，或者用于制造板翅式熱交換器的部件，例如蒸發(fā)器或油冷卻器芯板或散熱器水箱或暖風箱，特別適合用作意圖制造熱交換器部件的釬焊散熱片坯料中的芯合金。
現(xiàn)在將通過下面的非限制性實施例說明本發(fā)明的具體實施方案。
表1.根據(jù)本發(fā)明生產的合金實施例
在不同溫度下對這些合金(合金1-4)進行均質化處理并持續(xù)不同的時間。隨后使用AA4045包覆合金的兩側，每一側均為厚度的10％，隨后是在熱軋前進行的不同溫度和不同時間的預加熱，熱軋到6.5mm隨后在350℃下中間退火3小時，第一冷軋到2.3mm，接著再次在350℃下中間退火3小時，并第二冷軋到0.5mm的最終尺寸。對合金進行再結晶退火處理以促進基本完全的再結晶。為了測試LFM行為，將材料拉伸2-10％。使用顯示最深穿透的拉伸水平用于表2中的LFM數(shù)據(jù)。
使用AA4045包覆合金5和6的兩側，每一側均為厚度的10％，并且隨后在熱軋前進行預加熱，然后熱軋到3.5mm，冷軋到0.41mm而不進行中間退火。冷軋后，對材料進行再結晶退火處理以促進基本完全的再結晶。按上述方式測試LFM行為。結果如表2所示。命名為“標準”的合金是用于LFM-關鍵應用的合金。
在表2中·“+/-”表示穿透50-60％的芯合金厚度；·“+”表示穿透30-50％的芯合金厚度；·“++”表示穿透＜30％的芯合金厚度。
由于延伸率通常顯示出大的分散，因此可使用n-值作為可成型性的替代性指標。就至少140MPa的最小強度要求而言，至少0.270的n-值表示良好的可成型性。當與用于LFM關鍵應用的標準合金進行比較時，根據(jù)本發(fā)明的合金，例如表2中的合金2-6，提供了同等的LFM性能，但具有顯著更高的釬焊后拉伸性能。
表2.根據(jù)本發(fā)明生產的合金實施例(2-4、5)和對比合金(1)(n.d.＝未測定)
可以使用根據(jù)本發(fā)明方法生產的另一種特殊合金具有下面的組成范圍，以重量％計·Si 0.8-1.0，且典型約0.9·Fe 0.25-0.4，且典型約0.35·Cu 0.25-0.45，且典型約0.40·Mn 0.55-0.9，且典型約0.85·Mg 0.1-0.22，且典型約0.15·Zn 0.06-0.10，且典型約0.08·Cr 0.06-0.10，且典型約0.08·Zr 0.06-0.10，且典型約0.08，·余量的鋁和不可避免的雜質。
其中該合金可用于管板、側面支承和上水箱(header tank)。
當然可以理解的是，本發(fā)明并不限制于上述的實施方案和實施例，而包含說明書和下面的權利要求書范圍內的任何及所有實施方案。
權利要求
1.生產Al-Mn合金板的方法，該Al-Mn合金板在用作釬焊板中的芯合金時具有提高的抗液膜遷移性，該方法包括以下步驟·鑄造包含如下成分的組合物，按重量％○0.5＜Mn≤1.7○0.06＜Cu≤1.5○Si≤1.3○Mg≤0.25○Ti＜0.2○Zn≤2.0○Fe≤0.5○至少一種選自0.05≤Zr≤0.25和0.05≤Cr≤0.25的元素○其它元素每種＜0.05，且總量＜0.20，余量為Al，·均質化和預加熱·熱軋·冷軋(包括需要時的中間退火)，且其中均質化溫度至少為450℃并持續(xù)至少1小時，接著以至少20℃/h的速度進行空氣冷卻，其中預加熱溫度為至少400℃并持續(xù)至少0.5小時。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中均質化溫度約為530-620℃并持續(xù)1-25小時，且其中預加熱溫度為約400-530℃并持續(xù)1-25小時。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中Si≤0.8％，優(yōu)選Si≤0.3％，更優(yōu)選Si≤0.15％。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項的方法，其中Mn為0.7-1.4％。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項的方法，其中Cr≤0.18，優(yōu)選0.08＜Cr≤0.15，更優(yōu)選0.08＜Cr≤0.12。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項的方法，其中優(yōu)選Mg≤0.15％，更優(yōu)選Mg≤0.05％。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中優(yōu)選Zn≤0.4％。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項的方法，還包括用可選包含最高2.0％Zn的Al-Si釬焊合金包覆Al-Mn合金的至少一面。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一項的方法，還包括用Al-Si釬焊合金包覆Al-Mn合金的至少一面，該Al-Si釬焊合金可選包含最高2.0％Zn、且具有非釬焊內襯合金如AA7072或AA1145或AA3005或者Zn含量為0.5-5.0％、優(yōu)選0.5-2.5％的Al-Mn型合金。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項生產的板，其中釬焊前延伸率至少為18％，優(yōu)選至少19％。
11.根據(jù)權利要求10的板，其中釬焊后抗拉強度至少為140MPa，優(yōu)選至少150MPa。
12.根據(jù)權利要求10或11的板材料，其中釬焊前n-值至少為0.270。
13.根據(jù)權利要求10-12任一項的板，其中當根據(jù)ASTM G85 A3進行測試時，焊接后試樣的SWAAT壽命是至少15天而無穿孔。
14.根據(jù)權利要求1-9中任一項生產的板或根據(jù)權利要求10-13中任一項的板作為釬焊板的芯合金的用途，該釬焊板意圖用于制備圓管板式翅片型熱交換器的部件，例如散熱器、暖風箱和冷凝器。
15.根據(jù)權利要求1-9中任一項生產的板或根據(jù)權利要求10-13中任一項的板作為釬焊板的芯合金的用途，該釬焊板意圖用于制備板翅式熱交換器的部件，例如蒸發(fā)器或油冷卻器芯板或散熱器水箱或暖風箱。
16.根據(jù)權利要求1-9中任一項生產的板或根據(jù)權利要求10-13中任一項的板作為釬焊散熱片坯料的芯合金的用途，該釬焊散熱片坯料意圖用于制備熱交換器的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產Al－Mn合金板的方法，該合金板在用作釬焊板中的芯合金時具有提高的抗液膜遷移性，該方法包括以下步驟鑄造包含如下組成(以重量％計)的坯錠0.5＜Mn≤1.7，0.06＜Cu≤1.5，Si≤1.3，Mg≤0.25，Ti＜0.2，Zn≤2.0，F(xiàn)e≤0.5，至少一種選自0.05＜Zr≤0.25和0.05＜Cr≤0.25的元素，其它元素每種＜0.05且總量＜0.20，余量為Al；均質化和預加熱，熱軋，冷軋(包括需要時的中間退火)，且其中均質化溫度至少為450℃并持續(xù)至少1小時，接著以至少20℃/h的速度進行空氣冷卻，且其中預加熱溫度至少為400℃并持續(xù)至少0.5小時。
文檔編號B32B15/01GK1973056SQ200580016756
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權日2004年5月26日
發(fā)明者S·W·哈勒, J·A·范德霍文, K·維勒格, A·比格爾, S·德西肯 申請人:克里斯鋁軋制品有限公司, 克里斯有限合伙公司