專利名稱：具有優(yōu)異模壓成型性及連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，它用作結(jié)構(gòu)材料在模壓前或后被電阻點焊組裝以成型制品外板，諸如家用電器或汽車。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)材料和家用電器、汽車等制品的外板首先模壓成型，然后電阻點焊以組裝成制品。
模壓成型后，Al-Mg-Si型合金板(JIS6000)表現(xiàn)出相當(dāng)優(yōu)異的表面質(zhì)量，因此應(yīng)用做各種類型的面板和結(jié)構(gòu)材料，但由于制品形狀的多樣性，所以要求具有好的模壓成型性。
此外，需要增加連續(xù)電阻點焊能力以降低電阻點焊中電極被取代的時間。
首次公開號S62-207851的日本專利申請描述了一種生產(chǎn)軋制板的方法，如具有好成型性的體板，包括以下步驟準(zhǔn)備含有0.4-2.5％硅0.1-1.2％鎂，一種或多種選自1.5％或更少的銅，2.5％或更少的鋅，0.3％或更少的鉻，0.6％或更少的錳和0.3％或更少鋅的鋁合金熔體，剩余部分由鋁和不可避免的雜質(zhì)組成；連續(xù)澆鑄熔體成3-15mm厚的厚板；進(jìn)行冷軋，然后進(jìn)行固溶熱處理和淬火。
此外，首次公開號為2001-262264的日本專利申請描述了用作汽車面板具有好的可彎曲性的Al-Mg-Si型鋁合金板。例如，申請文件公開了Al-Mg-Si型鋁合金板具有優(yōu)良的韌性和可彎曲性，主要包括質(zhì)量份數(shù)分別為0.1-2.0％的Mg，0.1-2.0％的Si和0.1-1.5％的Fe，剩余的由鋁組成，這里含鐵和硅化合物的最大尺寸為5微米或更小，平均顆粒尺寸15微米或更小。此外，它還公開了具有優(yōu)異的韌性和可彎曲性的Al-Mg-Si型鋁合金板，主要包括質(zhì)量含量0.1-2.0％的Mg，0.1-2.0％的Si，0.1-1.5％的Fe和2.0％或更少的Fe，剩余的由鋁組成，這里含鐵、硅和銅的化合物的最大顆粒尺寸是5微米或更小，平均顆粒尺寸為30微米或更小。此外，該申請文件還公開了如上描述的具有優(yōu)異的韌性和可彎曲性的Al-Mg-Si型鋁合金板，進(jìn)一步包括至少一種組分選自1.0％或更少的錳，0.3％或更少的鋅，0.3％或更少的釩以及0.03％或更少的鈦。
首次公開號為S62-207851的日本專利申請描述了一種冷卻速率至少100℃/秒的澆鑄工藝技術(shù)，澆鑄中結(jié)晶的金屬間化合物的尺寸小，結(jié)果影響重結(jié)晶顆粒尺寸的相對大化合物的數(shù)量不足，這樣固溶熱處理后顆粒尺寸大，因此降低了模壓成型性，連續(xù)電阻點焊的次數(shù)減少。
首次公開號為2001-262264的日本專利申請公開了使用連續(xù)澆鑄工藝的技術(shù)，澆鑄的冷卻速率最小10℃/sec，但在實施例中，使用的最大冷卻速率30℃/sec，由于冷卻速率緩慢，澆鑄中結(jié)晶的金屬間化合物的尺寸大，結(jié)果影響重結(jié)晶顆粒尺寸的相對大化合物數(shù)量不足，從而固溶熱處理后顆粒尺寸大，降低了模壓可成型性和連續(xù)電阻點焊的數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，及其生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明者基于發(fā)現(xiàn)通過選擇澆鑄熔體時的優(yōu)化的冷卻速率范圍，在合適的組成范圍內(nèi)實現(xiàn)本發(fā)明?？蓛?yōu)化結(jié)晶金屬間化合物的尺寸和數(shù)量，這樣固溶熱處理后以得到優(yōu)異的可模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板。
因此，本發(fā)明提供了一種具有優(yōu)異可模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3-1.0％的鎂，0.3-1.2％的硅，0.10-1.0％的鐵和0.05-0.5％的錳；這里鐵+錳≥0.2％，剩余的由鋁和不可避免的雜質(zhì)組成，這里重結(jié)晶顆粒尺寸的平均值是25微米或更小，至少5000顆/mm2圓周當(dāng)量直徑1-6μm的金屬間化合物顆粒。
由于重結(jié)晶顆粒尺寸細(xì)化，最佳尺寸化合物占多數(shù)，所以本發(fā)明在模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性方面具有優(yōu)勢。
通過使上述合成物含銅0.5-1.0％，強(qiáng)度可進(jìn)一步提高。
通過使上述組成含有0.1-0.4％的鋅，重結(jié)晶顆粒尺寸可做得更細(xì)，強(qiáng)度可進(jìn)一步提高。
通過使上述組成含有0.05％或更少的鈦，或0.05％或更少的鈦和0.01％或更少的硼可避免澆鑄過程中的澆鑄裂紋。
本發(fā)明的第二個方面是生產(chǎn)具有優(yōu)良模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板的方法，包括澆鑄由上述組成的熔體進(jìn)入反向旋轉(zhuǎn)的被強(qiáng)制冷卻的帶狀澆鑄機(jī)，澆鑄熔體的冷卻速率40-90℃/sec以形成5-10mm的厚板，從熔體澆注相反的一側(cè)拉伸所述厚板；直接軋制或纏繞后成卷，進(jìn)行固溶熱處理。
大多數(shù)最佳顆粒尺寸化合物能結(jié)晶，通過在最佳的冷卻速率澆鑄合金，從而細(xì)化重結(jié)晶顆粒尺寸，使鋁合金板具有優(yōu)異的模壓成型性和連續(xù)點焊接性。
本發(fā)明的最佳實施方式由此以后，本發(fā)明鋁合金板中各組分最好的含量將被描述，然后說明最上限和下限的原因。在本說明書中，除特別說明外，所有的含量表示質(zhì)量含量。
[Si0.3-1.2％]添加鎂和硅以提高強(qiáng)度和提供模壓成型性。當(dāng)濃度低于較低限時，效果不明顯，當(dāng)含量高于上限時，模壓成型性惡化。
[Mn0.05-0.5％][Fe+Mn≥0.2％]加入鐵和錳，并保持Fe+Mn≥0.2％，可使大量特定尺寸的化合物結(jié)晶，增加重結(jié)晶數(shù)量，使重結(jié)晶尺寸變小。當(dāng)它們的濃度小于各自的下限時，影響效果不明顯，當(dāng)它們濃度超過上限時，造成大結(jié)晶發(fā)生，這樣表面玷污，如冷軋中出現(xiàn)條紋，模壓成型性惡化。除了它與鐵共存時，錳不結(jié)晶進(jìn)入理想尺寸和數(shù)量的金屬間化合物。鐵和錳的總含量更適合，如Fe+Mn≥0.3％. 添加銅進(jìn)一步提高強(qiáng)度和模壓成型性。當(dāng)銅的濃度小于較低限時，它的影響小。當(dāng)含量高于上限時，抗腐蝕性降低。
鋅促進(jìn)金屬間化合物Al3Zr的結(jié)晶，進(jìn)一步包括許多特定尺寸化合物的結(jié)晶以增加重結(jié)晶成核的數(shù)量，因此使重結(jié)晶顆粒變小，從而增加模壓成型性。當(dāng)濃度低于較低限時，沒有效果，當(dāng)用量超過較高限時，形成較大化合物從而卷繞性降低。
熔體澆注時快速冷卻能造成澆注裂縫產(chǎn)生，添加Ti或Ti和硼能防止這些裂縫。可單獨添加Ti 0.05％或更少，也可添加0.01％或更少的硼以獲得與Ti的復(fù)合物，它有增效作用。當(dāng)Ti的較低限為至少0.002％，硼的較低限為至少0.0005％時，效果非常明顯。
不可避免的雜質(zhì)可來自堿基鋁、碎屑和鐵質(zhì)夾具或類似的，通常這些元素包括鉻、鎳、鋅、鎵和釩。添加鉻以防止鋁-鎂合金應(yīng)力腐蝕，它能容易地從碎屑引入，為了保持成型性，本發(fā)明中允許存在小于0.3％。
如果固溶熱處理后板的重結(jié)晶顆粒小，那么即使壓力設(shè)計設(shè)定的高，拉伸高度設(shè)定的高，不破壞它也可被形成。如果顆粒尺寸超過較高限，沒有效果，壓后表面質(zhì)量不好。重結(jié)晶顆粒尺寸較適合為20微米或更小，15微米或更小。
具有圓周當(dāng)量直徑1-6微米的金屬間化合物是促進(jìn)冷壓時斷層整合團(tuán)聚的尺寸，影響重結(jié)晶顆粒的細(xì)化，這樣如果顆粒尺寸和數(shù)量小于較低限，斷層聚集率低，如果數(shù)量小于5000顆/mm2，不能得到細(xì)化的合適尺寸的重結(jié)晶顆粒。此外，如果尺寸超過較高限，較大的化合物能造成冷軋中條紋或裂縫，從而降低冷軋性。此外，伴隨上述化合物狀態(tài)，由于當(dāng)進(jìn)行連續(xù)電阻點焊時銅電極和鋁之間的反應(yīng)，可防止發(fā)生腐蝕，因此降低電極更換次數(shù)，提高生產(chǎn)能力。化合物的數(shù)量更適合至少6000顆/mm2。
下面描述本發(fā)明生產(chǎn)鋁合金板的較適合工藝。
通過調(diào)節(jié)組成、脫氣、沉淀、根據(jù)需要細(xì)調(diào)組成，添加鈦或鈦和硼準(zhǔn)備熔體作為母體合金并澆注。澆注時，熔體被傾倒入強(qiáng)制冷卻的相對放置的旋轉(zhuǎn)帶，冷卻速率40-90℃/sec以形成5-10mm厚板，然后從熔體澆入端的相反側(cè)拉伸厚板，直接軋制它或之后卷繞成卷。
連續(xù)澆注工藝包括雙卷繞澆注工藝，將熔體傾倒入強(qiáng)制冷卻的相對放置的旋轉(zhuǎn)輥之間，在帶表面迅速冷卻熔體，從相對側(cè)連續(xù)拉伸薄板。
澆注時，雙輥澆注工藝的冷卻速率至少300℃/sec，相對高，雖然生產(chǎn)的厚板中化合物的尺寸小，但不能得到本發(fā)明板。另一方面，雙帶澆注工藝涉及在帶表面快速冷卻熔體，但冷卻速率沒有雙輥澆注工藝的高。
本發(fā)明中，調(diào)節(jié)雙帶澆注工藝的澆注條件以使熔體冷卻速率40-90℃/sec(在厚板1/4厚度處，這樣以在最終板里形成多于5000顆/mm2的圓周當(dāng)量直徑1-6μm的金屬間化合物。如果熔體冷卻速率小于40℃/sec，更大的化合物結(jié)晶，造成上述確定尺寸范圍的化合物不足，這樣重結(jié)晶顆粒不精細(xì)，不能獲得具有優(yōu)異模壓成型性的板。此外，冷卻速率大于90℃/sec，精細(xì)的化合物結(jié)晶，造成上述確定尺寸范圍的化合物降低，這樣不能獲得精細(xì)化的重結(jié)晶顆粒板。
雙帶澆注工藝得到的厚板被冷軋以形成希望厚度的板，然后進(jìn)行固溶熱處理和重結(jié)晶。這時，在冷軋步驟中，可提供退火，但固溶熱處理的冷軋板冷卻收縮率至少55％。在連續(xù)退火爐中進(jìn)行固溶熱處理。熱處理溫度至少500℃，冷卻到100℃，冷卻速率至少1℃/sec。固溶熱處理后冷軋板的重結(jié)晶顆粒平均尺寸25μm或更小，由于金屬間化合物尺寸和數(shù)量減少。這些板可直接使用，或通過外殼通道或約1-5％的軋平機(jī)以獲得平面。
實施例具有表1組分的鋁合金熔體被脫氣、固定，然后熔融澆注成7mm厚的板，在雙帶連續(xù)澆注工藝中冷卻速率50℃/sec。厚板拉伸速率8m/min。冷軋厚板，然后根據(jù)需要進(jìn)行退火處理以形成1mm厚板。接著，固溶熱處理厚板，然后測試金屬間化合物的尺寸和數(shù)量，重結(jié)晶顆粒尺寸，延伸率0.2％時的屈服強(qiáng)度(YS)，最大拉伸強(qiáng)度(UTS)，延伸率(EL)，縱向拉伸高度和電阻點焊性，結(jié)果在表3示出。
縱向拉伸條件和評價電阻點焊性的條件如下所示(縱向拉伸測試)
使用的模具 沖孔 直徑50mm肩半徑5mm機(jī)頭 內(nèi)直徑52.5mm肩半徑8mm空白直徑 112.5mm(電阻點焊性評價條件)單相整流型點焊機(jī)電極 Cu-1％Cr合金壓力 400公斤力焊接電流的確定最小焊接電流，這里拉伸剪切強(qiáng)度滿足JIS Z3140確定的A級平均標(biāo)準(zhǔn)。
連續(xù)焊接點當(dāng)使用上述確定的電流值，用上述焊接條件時具有超過A級平均標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度的連續(xù)焊接數(shù)量。
A至少500個連續(xù)焊接點B至少200，小于500個連續(xù)焊接點C小于200個連續(xù)焊接點表1合金組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))

注其它殘余鋁和雜質(zhì)下劃線值表示超出本發(fā)明范圍表2生產(chǎn)工藝


注下劃線數(shù)值表示超出本發(fā)明范圍表3微觀結(jié)構(gòu)和性能

注A至少500個連續(xù)焊接點B至少200個，小于500個焊接點C小于200個焊接點下劃線數(shù)值表示超出本發(fā)明范圍重結(jié)晶顆粒尺寸用線截取方法測量從表3的結(jié)果可明顯看出，本發(fā)明實施例(試樣號1-11)具有高的縱向拉伸高度和優(yōu)異的模壓成型性，同時有許多連續(xù)焊接點和優(yōu)異的連續(xù)電阻點焊性另一方面，比較例(12-18)它們的組成超出本發(fā)明范圍，具有低縱向拉伸高度和差的模壓成型性，盡管比較例(例14，19，20)具有少的圓周當(dāng)量直徑1-6微米的金屬間化合物和大顆粒尺寸具有少連續(xù)焊接點和差的連續(xù)電阻點焊性。
如上描述，依據(jù)本發(fā)明具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，受壓后表面質(zhì)量好，可通過電阻點焊連續(xù)組裝，因此產(chǎn)量高。該6000型合金板還具有較高的強(qiáng)度提高在涂覆或類似操作后的烘焙步驟，從而在寬的應(yīng)用范圍如汽車體板具有優(yōu)異的工業(yè)價值。
權(quán)利要求
1.一種具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3-1.0％的鎂、0.3-1.2％的硅、0.10-1.0％的鐵和0.05-0.5％的錳；這里鐵+錳≥0.2％；其余的包括鋁和不可避免的雜質(zhì)，其中重結(jié)晶顆粒尺寸的平均值是25um或更少，圓周當(dāng)量直徑1-6μm的層間化合物至少有5000顆/mm2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，進(jìn)一步包括0.5-1.0％的銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，進(jìn)一步包括0.1-0.4％的鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板，進(jìn)一步包括0.05％或更少的鈦，或0.05％或更少的鈦和0.01％或更少的硼。
5.制備權(quán)利要求1-4任一所述的具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板的方法，包括將由上述組分的熔體澆注入相對旋轉(zhuǎn)的被強(qiáng)制冷卻的帶狀澆鑄機(jī)；澆注熔體時冷卻速率為40-90℃/sec以形成5-10mm厚的厚板；從熔體澆注入口的相對側(cè)拉伸所述厚板；直接軋制或纏繞成卷；然后進(jìn)行固溶熱處理。
全文摘要
本發(fā)明提供具有優(yōu)異模壓成型性和連續(xù)電阻點焊性的鋁合金板及其生產(chǎn)該板的方法。鋁合金板包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3－1.0％的鎂，0.3－1.2％的硅，0.10－1.0％的鐵和0.05－0.5％的錳；這里鐵+錳≥0.2％；其余的包括鋁和不可避免的雜質(zhì)，這里重結(jié)晶顆粒尺寸的平均值是25μm或更少，圓周當(dāng)量直徑1－6μm的層間化合物至少5000顆/mm
文檔編號B22D11/06GK1774519SQ200480009879
公開日2006年5月17日 申請日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者趙丕植, 筱原勝 申請人:日本輕金屬株式會社