專利名稱：具有高鎂含量的抗腐蝕鋁合金及其制備方法
具有高鎂含量的抗腐蝕鋁合金及其制備方法相關(guān)申請的交互引用本申請要求2008 年 11 月 7 日提交的題為 “CORROSION RESISTANT ALUMINUM ALLOYS HAVING HIGH AMOUNTS OF MAGNESIUM AND METHODS OF MAKING THE SAME” 的美國專利申請No. 12/267, 303的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文。
背景技術(shù)：
眾所周知，含有高鎂水平的鋁合金具有高強度。然而，同樣眾所周知的是，具有高鎂水平的鋁合金易于晶間腐蝕(IGC)和應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)。本公開概述寬泛的說，本公開涉及抗腐蝕高鎂鋁合金，及其制備方法。一方面，提供了連鑄 Al-Mg合金片材或板材產(chǎn)品，其包括4或6-9或IOwt. % Mg并且抵抗(i)應(yīng)力腐蝕開裂和 ( )晶間腐蝕。在一個實施方案中，Al-Mg合金包含多個晶粒，其具有晶界，并且在Al-Mg 合金時效敏化后該Al-Mg合金在晶界處基本上沒有β相的連續(xù)膜。在一個實施方案中， Al-Mg合金的晶粒包含Mg2Si析出物。另一個方面，提供了抗腐蝕高鎂鋁合金的生產(chǎn)方法。在一個途徑中，該方法包括 (a)連鑄包含約6wt. % -約IOwt. % Mg的Al-Mg合金，(b)熱軋該Al-Mg合金至小于6. 35mm 的厚度，并且(c)通過爐來退火該Al-Mg合金。在該途徑中，該退火步驟包含(i)在提高的溫度下加熱該Al-Mg合金并持續(xù)足夠的時間以獲得0狀態(tài)(0 temper)；并且(ii)冷卻該Al-Mg合金。在該途徑中，冷卻步驟后，Al-Mg合金包含多個晶粒，并且在Al-Mg合金時效敏化后該Al-Mg合金在晶界處基本上沒有β相的連續(xù)膜。在一個實施方案中，在冷卻步驟(c) (ii)后，Al-Mg合金沒有β相的連續(xù)膜。在一個實施方案中，加熱步驟(c) (i)包括加熱Al-Mg合金至溫度Tl，其中Tl為約365°C -約500°C，持續(xù)至少約2小時的時間。在一個實施方案中，冷卻步驟(c) (ii)包括將Al-Mg合金從溫度Tl至溫度T2的第一冷卻， 其中溫度T2比溫度Tl低至少約25°C，并且其中從溫度Tl至溫度T2的冷卻速率不大于約 IOO0C /小時，以及將Al-Mg合金從溫度T2至溫度T 3的第二冷卻，其中T3比溫度T2低至少約100°C。在該實施方案的某些變型中，第一冷卻步驟的冷卻速率為約30°C /小時至約 600C /小時。在一個實施方案中，第二冷卻步驟的冷卻速率為至少約100°C /小時。在一個實施方案中，連鑄步驟包含帶坯連鑄。本文上面提及的各種新穎性和創(chuàng)造性方面可進(jìn)行組合以獲得各種抗腐蝕的高鎂鋁合金。本公開的這些和其它方面、優(yōu)勢和新穎性特征，將部分在隨后說明書中進(jìn)行闡述， 并且在對隨后說明書和附圖的觀察時對本領(lǐng)域技術(shù)人員是清楚的，或可通過實行本公開而獲知。附圖簡要說明

圖1是通過帶坯連鑄過程生產(chǎn)的高M(jìn)g軋制鋁合金產(chǎn)品的一個實施方案的顯微圖片。圖2是表示高M(jìn)g鋁合金的鑄態(tài)帶材的顯微圖的拼合(collage)。
圖3是在大多數(shù)晶界處都基本上沒有β相連續(xù)體積的高M(jìn)g軋制鋁合金產(chǎn)品的顯微圖。圖如是示出鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)方法的一個實施方案的流程圖。圖4b是圖如包括附加的涉及退火步驟的實施方案的流程圖。圖如是圖4b包括附加的涉及冷卻步驟的實施方案的流程圖。圖5是帶坯連鑄設(shè)備的一個實施方案的示意圖。圖6是圖5的帶坯連鑄設(shè)備的近視圖。圖7a_7d是時效敏化的高M(jìn)g合金的顯微圖片，該高M(jìn)g合金根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)快速加熱退火過程進(jìn)行退火并進(jìn)行了晶間腐蝕試驗。圖8a_8b是時效敏化的高M(jìn)g合金的顯微圖，該高M(jìn)g合金根據(jù)本公開的退火過程的一個實施方案生產(chǎn)并進(jìn)行了晶間腐蝕的試驗。發(fā)明詳述本公開涉及具有高鎂含量并通過連鑄過程生產(chǎn)的軋制鋁合金產(chǎn)品。該鋁合金產(chǎn)品通常包括至少約4. 5wt%的鎂，或至少約6wt%的鎂，通過連鑄過程生產(chǎn)，例如帶坯連鑄或板坯連鑄，并且抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和晶間腐蝕。因為例如鎂滲出(bleed out)和板坯開裂， 通過連鑄過程生產(chǎn)、具有高鎂含量、并抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和晶間腐蝕的鋁合金產(chǎn)品迄今為止是未知的。該鋁合金產(chǎn)品可以為具有高鎂含量的任何軋制鋁合金產(chǎn)品，例如那些落入通常分類為5XXX系鋁合金的合金類別中的鋁合金產(chǎn)品。在一個實施方案中，鋁合金產(chǎn)品包括至少約4. 5wt%的Mg。在其它實施方案中，鋁合金產(chǎn)品包括更高含量的鎂，如至少約6. Owt. % Mg，或甚至至少約6. Iwt. % Mg，或至少約6. 3wt. % Mg，或甚至至少約6. 5wt. % Mg。在一個實施方案中，鋁合金產(chǎn)品包括不大于約10wt% Mg，例如不大于9. 5wt. % Mg，或不大于約 9. Owt. % Mg,或不大于約 8. 5wt. % Mg。鋁合金中可包括非偶存量的其它元素。例如，鋁合金可包括最高0. 8wt. %銅，最高 1. 2wt. %的錳，最高0. 5wt. %的鉻，最高1. Owt. %的Si，和最高0. 3wt. 等。當(dāng)通過板坯連鑄生產(chǎn)鋁合金產(chǎn)品時，鋁合金通常包括非偶存量的鈹，如至少約0. 0003wt. %的鈹。 鋁合金可包括少量的偶存元素和雜質(zhì)。例如，鋁合金中可包括痕量的鐵和硅。鋁合金中可包括最高0. 15wt. %的鐵。鋁合金中可包括的硅量將允許在凝固過程中析出Mg2Si相。為此目的實際需要的Si量將取決于金屬的!^e含量和凝固中施加的冷卻速率。在其它實施方案中，鋁合金中可包括硅作為合金化組分。軋制鋁合金產(chǎn)品抵抗應(yīng)力腐蝕開裂。“抵抗應(yīng)力腐蝕開裂”含義是，在將鋁合金產(chǎn)品進(jìn)行時效敏化之前和之后，在鋁合金L-T方向受到至少75%其拉伸屈服強度的應(yīng)力時鋁合金產(chǎn)品通過ASTM標(biāo)準(zhǔn)G44-88，該標(biāo)準(zhǔn)題為‘Standard Practice for Evaluating Stress Corrosion Cracking Resistance of Metals and Alloys by Alternate Immersion in 3.5% Sodium Chloride”?！皶r效敏化”含義是使鋁合金產(chǎn)品人工時效至典型至少20年服役壽命的條件。例如，可使鋁合金產(chǎn)品連續(xù)暴露于提高的溫度幾天時間(如在約100°C-12(TC 的溫度范圍約7天時間)。軋制鋁合金產(chǎn)品還抵抗晶間腐蝕。“抵抗晶間腐蝕”含義是在Al-Mg合金時效敏化之前和之后，鋁合金產(chǎn)品通過ASTM標(biāo)準(zhǔn)G67-86，該標(biāo)準(zhǔn)題為“Mandard Test Methodfor Determining the Susceptibility to Intergranular Corrosion of 5XXX Series Aluminum Alloys by Mass Loss After Exposure to Nitric Acid(NAMLT Test)。如果按ASTM G67-86測量的質(zhì)量損失不大于15mg/cm2，那么認(rèn)為樣品不易于晶間腐蝕。如果質(zhì)量損失是至少約25mg/cm2，那么認(rèn)為樣品易于晶間腐蝕。如果測量的質(zhì)量損失在15mg/ cm2-25mg/cm2之間，那么通過顯微鏡進(jìn)行進(jìn)一步檢查以確定侵蝕的類型和深度，基于此本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過顯微鏡檢查結(jié)果確定是否具有晶間腐蝕。軋制的鋁合金產(chǎn)品通過連鑄過程生產(chǎn)。連鑄過程是這樣一種過程，其中板坯或帶材從熔融金屬連續(xù)不間斷的制備，如下面進(jìn)一步詳細(xì)的描述。連鑄不包括坯錠鑄造方法，如直接冷硬鑄造，或電磁鑄造過程，其被認(rèn)為是半連續(xù)鑄造過程。鋁合金產(chǎn)品為軋制的鋁合金產(chǎn)品，并可以為片材或板材的形式。片材是軋制的鋁合金產(chǎn)品，其具有大于鋁箔(如至少0.008英寸或0.2mm)的厚度，但是小于鋁板(如不大于0.249英寸)的厚度。板材產(chǎn)品是軋制的鋁合金產(chǎn)品，其具有至少約0.250英寸的厚度。 軋制的鋁產(chǎn)品通過連鑄過程生產(chǎn)。如所提及的，鋁合金產(chǎn)品通過帶坯連鑄或板坯連鑄生產(chǎn)。帶坯連鑄鋁合金產(chǎn)品100 的一個實施方案如圖1所示。圖1的帶坯連鑄鋁合金產(chǎn)品包括約6. 4wt. %Mg和約0. 4wt. % Si。圖1的軋制產(chǎn)品特征為細(xì)的顯微組織以及與外面區(qū)域相比在中心帶更少量的顆?！，F(xiàn)在參考圖2，從鑄造帶材傳送產(chǎn)品結(jié)構(gòu)100，其通常顯現(xiàn)為如圖2所示的鑄態(tài)中的上殼210，下殼230和中心區(qū)域220。上殼210和下殼230包括等軸的枝晶晶粒。中心區(qū)域220包括球狀晶粒和晶粒之間的共晶。帶材產(chǎn)品100進(jìn)一步的特征為細(xì)的顯微組織和在中心區(qū)域缺乏金屬間顆粒發(fā)紋(stringers)。至少部分由于在晶界處缺乏β相的連續(xù)膜和/或通過鋁的Mg2Si析出物，導(dǎo)致了鋁合金產(chǎn)品可實現(xiàn)抗應(yīng)力腐蝕開裂和晶間腐蝕。鋁合金產(chǎn)品為多晶?！熬Я！笔卿X合金的多晶組織的晶體，并且“晶界”是連接鋁合金多晶結(jié)構(gòu)的晶粒的邊界。“β相”是Al3Ife2或 Al^g5，并且“β相的連續(xù)膜”含義為在大多數(shù)晶界處存在β相的連續(xù)體積?？梢酝ㄟ^例如在適當(dāng)分辨率下(例如至少200Χ的放大倍數(shù))的顯微鏡檢查確定β相的連續(xù)性。"Mg2Si 析出物”含義是作為退火過程、時效過程或時效敏化過程的結(jié)果在鋁合金內(nèi)形成的Mg2Si成分。Mg2Si析出物位于至少某些鋁合金晶粒的晶界內(nèi)或晶界處。在一個實施方案，如同通過適當(dāng)分辨率下的顯微圖測定，至少0. 05體積百分?jǐn)?shù)的鋁合金包含Mg2Si析出物。圖3示出了鋁合金產(chǎn)品的一個實施方案，該鋁合金產(chǎn)品具有高M(jìn)g含量并且在大多數(shù)晶界處基本上沒有β相的連續(xù)體積。在所示的實施方案中，合金含有約6. % Mg并通過連續(xù)帶坯連鑄過程生產(chǎn)。合金通過本文的教導(dǎo)處理(例如，在850° F下爐中退火4小時后以80° F/小時的速率第一冷卻)。如所示的，高M(jìn)g含量合金實現(xiàn)了非連續(xù)性的晶界析出以及更廣泛的晶粒內(nèi)析出。在下表中提供了高M(jìn)g合金的某些力學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.連鑄的Al-Mg合金片材或板材產(chǎn)品，包含6-lOwt.% Mg，其中該Al-Mg合金產(chǎn)品抵抗 (i)應(yīng)力腐蝕開裂和(ii)晶間腐蝕。
2.權(quán)利要求1的Al-Mg合金，其中該Al-Mg合金包含多個晶粒，其中該晶粒具有晶界， 并且在Al-Mg合金時效敏化后該Al-Mg合金在晶界處基本上沒有β相的連續(xù)膜。
3.權(quán)利要求2的Al-Mg合金，其中Al-Mg合金的晶粒包含Mg2Si析出物。
4.汽車零件，包含權(quán)利要求1-3中任一項的Al-Mg合金。
5.海運交通工具，包含權(quán)利要求1-3中任一項的Al-Mg合金。
6.一種方法，包括(a)連鑄包含約6wt.% -約IOwt. % Mg的Al-Mg合金；(b)熱軋該Al-Mg合金至小于6.35mm的厚度；(c)通過爐來退火該Al-Mg合金，其中，該退火步驟包括(i)在提高的溫度下加熱該Al-Mg合金并持續(xù)足夠長時間以獲得0狀態(tài)；并且 ( )冷卻該Al-Mg合金，其中在冷卻步驟后，Al-Mg合金包含多個晶粒，并且其中在 Al-Mg合金時效敏化后該Al-Mg合金在晶界處基本上沒有β相的連續(xù)膜。
7.權(quán)利要求6的方法，其中在冷卻步驟(c)(ii)后，Al-Mg合金沒有β相的連續(xù)膜。
8.權(quán)利要求6-7的方法，其中加熱步驟(c)⑴包括加熱Al-Mg合金至溫度Tl，其中Tl為約365°C -約500°C，持續(xù)至少約2小時的時間。
9.權(quán)利要求8的方法，其中冷卻步驟(c)(ii)包括將Al-Mg合金從溫度Tl至溫度T2的第一冷卻，其中溫度T2比溫度Tl低至少約25°C， 并且其中從溫度Tl至溫度T2的冷卻速率不大于約100°C /小時 ’及Al-Mg合金從溫度T2至溫度T3的第二冷卻，其中T3比溫度T2低至少約100°C。
10.權(quán)利要求9的方法，其中第一冷卻步驟的冷卻速率為約30°C/小時至約60°C /小時。
11.權(quán)利要求6-10中任一項的方法，其中連鑄包括帶坯連鑄。
全文摘要
提供了連鑄Al-Mg合金片材或板材產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法，該產(chǎn)品具有高鎂含量。該Al-Mg合金產(chǎn)品具有4或6至8或10wt.％Mg并且抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和晶間腐蝕。
文檔編號C22C21/06GK102264930SQ200980151739
公開日2011年11月30日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者A·尤納爾, D·A·小托姆斯, D·迪蒙斯, G·維亞特-邁爾 申請人:美鋁公司