汽車車身用6xxx系鋁合金板材的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，首先將純鋁、各種中間合金按配比進(jìn)行熔煉鑄造出鑄錠；接著將鑄錠進(jìn)行均勻化處理，均勻化處理后冷卻至開軋溫度保溫，熱軋；再將熱軋板進(jìn)行多道次冷軋至一定厚度后進(jìn)行中間退火處理，之后再將退火后的板材冷軋至成品厚度，冷軋板材再經(jīng)固溶、水淬處理后進(jìn)行預(yù)時效處理即可獲得成品板材。本發(fā)明可以改善最終成品板材的金屬組織，消除了板材中立方取向晶粒的呈帶狀分布現(xiàn)象，從而消除了板材的漆刷線、橘皮等缺陷，使其更好地適用于汽車車身覆蓋件。
【專利說明】汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁合金板制造方法，具體涉及一種汽車車身用6XXX系合金板材 的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界各國汽車保有量的持續(xù)增長，燃油消耗和廢氣污染日益加劇，以提高燃 油利用率和降低尾氣排放為目的的汽車輕量化成為汽車公司的重要發(fā)展目標(biāo)。鋁及其合金 由于具有比強(qiáng)度和比剛度高、抗沖擊性能良好、加工成形性優(yōu)異以及極高的再回收率等一 系列優(yōu)良特性，成為汽車輕量化最理想的材料。
[0003] 用于汽車車身板的鋁合金主要有5XXX系和6XXX系合金，對于表面質(zhì)量要求高、形 狀簡單的汽車覆蓋件，常使用6XXX系合金材料。可熱處理強(qiáng)化的6XXX系合金板材能夠在 固溶、淬火處理后具有較低屈服強(qiáng)度的狀態(tài)下供貨，具有良好的沖制成形性能，并且能夠在 汽車涂裝烘烤處理過程中獲得強(qiáng)度提高。
[0004] 作為汽車覆蓋件材料，其表面質(zhì)量至關(guān)重要。若6XXX系合金板材制造過程中加工 工藝不當(dāng)，則會導(dǎo)致成品板材中立方織構(gòu)分布不均勻，在后續(xù)沖制成形過程中導(dǎo)致不均勻 變形，從而引起表面帶狀隆起，造成后期涂裝過程中的涂漆不均勻，形成漆刷線缺陷；不當(dāng) 的加工工藝還可能會引起成品板材晶粒粗大，導(dǎo)致成形后的零件表面出現(xiàn)橘皮狀缺陷。
[0005] 生產(chǎn)好的成品鋁合金板材需經(jīng)包裝、運(yùn)輸、儲存等環(huán)節(jié)后再由汽車公司進(jìn)行沖制 成形，故對材料室溫停放過程中力學(xué)性能穩(wěn)定性具有較高的要求。若6XXX系合金板材制造 過程中加工工藝或熱處理工藝選擇不當(dāng)，則一方面會導(dǎo)致板材在室溫停放期間屈服強(qiáng)度隨 停放時間的增加而迅速增加，根據(jù)汽車公司的調(diào)研，板材在停放六個月期間，如果屈服強(qiáng)度 超過140MPa，將顯著影響板材沖壓成形性；另一方面可能導(dǎo)致板材烤漆后屈服強(qiáng)度不足， 汽車公司一般要求烤漆后屈服強(qiáng)度不低于180MPa。
[0006] 專利CN 200810091201. 1公開了一種成型性及涂敷燒結(jié)硬化性優(yōu)良的鋁合金板 及其制造方法，合金含有Si :0. 5?2. 0%、Mg :0. 2?1. 5%，采用專利所制造的合金板材具 有良好的成型性和烤漆硬化性能，但其表面質(zhì)量及室溫存放性能穩(wěn)定性等特征不明。
[0007] 專利CN 200480042140. X公開了一種烘烤硬化性優(yōu)異的Al-Mg-Si系鋁合金板的 制造方法，合金含有Si :0? 3?L 5%、Mg :0? 3?L 0%、Cu :1. 0%以下、Fe :1. 2%以下，采 用該專利制造的合金板材烘烤硬化性能優(yōu)異，但表面質(zhì)量及室溫存放性能穩(wěn)定性等特征不 明。
[0008] 專利CN 200580049284. 2公開了一種鋁合金薄板及其制備方法，合金含有Si : 0? 5 ?0? 75%、Mg :0? 4 ?0? 65、Cr :0? 05 ?0? 2%、Fe :0? 1 ?0? 4%，采用該專利制造的合 金板材具有烘烤硬化性能、彎曲性能及表面質(zhì)量（無橘皮），但表面漆刷線及室溫存放性能 穩(wěn)定性等特征不明。
[0009] 上述專利均未對鋁合金板材室溫存放性能穩(wěn)定性以及板材加工后的表面漆刷線 缺陷進(jìn)行檢測，而這兩個方面的性能是汽車覆蓋件用鋁合金板材所必須的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種表面質(zhì)量優(yōu)異、力學(xué)性能穩(wěn)定、烤 漆硬化性能良好的汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0012] 一種汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，包括以下步驟：①將純鋁、各種 中間合金按配比進(jìn)行熔化，熔體經(jīng)精煉處理后利用半連鑄設(shè)備鑄造出鑄錠；②將上述鑄錠 進(jìn)行切頭和銑面處理后放入熱處理爐中進(jìn)行均勻化處理；③完成均勻化處理后的鑄錠冷卻 至開軋溫度保溫1?IOh后開始進(jìn)行熱軋；④將上述熱軋板進(jìn)行多道次冷軋至1. 5?5mm厚 度后再進(jìn)行中間退火處理；⑤再將上述退火后的板材冷軋至〇. 8?I. 2mm厚度，保證冷軋壓 下率為30%?70% ;⑥上述冷軋板材在500?560°C溫度下固溶、水淬處理15s?30min， 然后在60?100°C溫度下預(yù)時效處理2?10h，即可獲得成品板材。
[0013] 進(jìn)一步地，所述6XXX系合金各組分及其質(zhì)量百分比為：Si :0. 5?I. 5wt%、Mg : 0? 25?0? 6wt%、Fe彡0? 3wt%、Mn彡0? 2wt%，余量為Al及正常雜質(zhì)；且，雜質(zhì)總量低于 0. 15wt%，每個雜質(zhì)元素含量低于0. 05wt%。
[0014] 更進(jìn)一步地，所述均勻化處理溫度需保證在500°C以上，保溫時間為5h以上；所述 熱軋開軋溫度為450?550°C，熱軋終軋厚度為3?IOmm ;所述中間退火處理的條件是，退 火溫度為300?400°C，退火時間為1?5h。
[0015] 本發(fā)明突出的實質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步主要體現(xiàn)在：
[0016] (1)將熱軋板冷軋到一定厚度后引入中間退火處理，之后再將板材冷軋至最終厚 度，提高了材料的表面質(zhì)量；
[0017] (2)引入中間退火處理可改善最終成品板材的金屬組織，消除了板材中立方取向 晶粒的呈帶狀分布現(xiàn)象，從而消除了板材的漆刷線缺陷；
[0018] (3)本發(fā)明通過對固溶處理溫度和時間的控制，來控制固溶處理后板材中Mg、Si 元素的固溶度，并通過對預(yù)時效處理溫度和時間的控制，調(diào)節(jié)原子團(tuán)簇的析出，從而保證成 品板材在六個月的存放期限內(nèi)的屈服強(qiáng)度穩(wěn)定在100?140MPa ;
[0019] (3)經(jīng)本發(fā)明制造的6XXX系合金板材室溫停放六個月過程中屈服強(qiáng)度保持為 110?140MPa，延伸率彡24%，板材在六個月存放期間，經(jīng)2%預(yù)拉伸+185°C X20min模擬 烤漆（BH)后，屈服強(qiáng)度大于180MPa，加工過程中無表面漆刷線、橘皮等缺陷，適用于汽車車 身覆蓋件。

【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明的發(fā)明人在車身用6XXX系鋁合金板材開發(fā)過程中，根據(jù)對實驗現(xiàn)象及數(shù) 據(jù)的分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，其表面質(zhì)量（表面漆刷線和表面橘皮缺陷）和材料室溫停放過程中力 學(xué)性能穩(wěn)定性均與板材的加工工藝密切相關(guān)，采用半連續(xù)鑄造技術(shù)將鋁合金熔體制備成鑄 錠，而后進(jìn)行均勻化、熱軋、冷軋、中間退火、最終冷軋、連續(xù)退火以及預(yù)時效處理，能夠獲得 表面質(zhì)量良好、成形性能優(yōu)異以及力學(xué)性能穩(wěn)定的鋁合金板材。
[0021] 由此，本發(fā)明提供一種汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，其具體步驟及 技術(shù)要領(lǐng)如下：
[0022] (1)合金熔煉及鑄造：將純鋁、各種中間合金按下述配比進(jìn)行配料：Si :0. 5? I. 5wt% ;Mg :0? 25 ?0? 6wt% ;Fe < 0? 3wt% ;Mn < 0? 2wt% ;余量為 Al 及正常雜質(zhì)，且，雜 質(zhì)總量低于〇. 15wt %，每個雜質(zhì)元素含量低于0. 05wt %。然后進(jìn)行熔化，熔體經(jīng)精煉處理 后利用半連鑄設(shè)備鑄造出鑄錠。
[0023] (2)均勻化：鑄錠經(jīng)切頭、銑面后進(jìn)行均勻化處理，以消除鑄錠中存在的溶質(zhì)元素 偏析、溶斷晶間共晶相以及促進(jìn)針狀0相（AlFeSi)向團(tuán)狀a相（AlFeMnSi)轉(zhuǎn)變；均勻化 加熱溫度為500?600°C，保溫時間為5?20h，可有效地消除微觀偏析、熔斷非平衡相以及 促進(jìn)0相向a相轉(zhuǎn)變；若加熱溫度過低，或者保溫時間過短，則無法獲得以上效果，將導(dǎo)致 后續(xù)熱軋過程中鑄錠加工性能較差和成品板材中化合物尺寸過大；若加熱溫度過高或保溫 時間過長，則容易發(fā)生過燒或晶粒異常長大。
[0024] (3)熱軋：均勻化處理完成之后，將鑄錠冷卻到熱軋開軋溫度并保持一段時間后 進(jìn)行熱軋；保溫時間一般為1?l〇h，以保證鑄錠整體溫度均勻性，開軋溫度一般為450? 550°C，若低于450°C，則材料的變形抗力較大，所需熱軋道次增多，使生產(chǎn)效率降低，同時也 會導(dǎo)致熱軋過程中析出較多粗大的Mg2Si相；若高于550°C，熱軋過程中會形成粗大的再結(jié) 晶晶粒，容易造成組織的不均勻。熱軋終軋溫度控制在300°C以下，熱軋板厚度為3?10_。
[0025] (4)冷軋與中間退火：對熱軋板進(jìn)行冷軋、中間退火以及再次冷軋以獲得最終厚 度的冷態(tài)板材。引入中間退火處理的目的一方面是軟化冷軋變形態(tài)金屬，提高其塑性加工 性能，另一方面是調(diào)整板材中的織構(gòu)分布，以消除成品板材的漆刷線缺陷。優(yōu)選地，中間退 火處理的條件是：退火溫度為300?400°C，退火時間為1?5h。中間退火處理需保證退火 后的板材為完全再結(jié)晶狀態(tài)；中間退火處理的位置至關(guān)重要，需保證中間退火后板材冷軋 到最終厚度板材的冷軋壓下率為30?70%;若此冷軋壓下率小于30%，則會導(dǎo)致成品板材 的晶粒粗大，板材在沖制成形后會形成橘皮狀粗糙表面不利于板材表面質(zhì)量；若冷軋壓下 率高于70%，則會導(dǎo)致成品板材立方取向晶粒呈現(xiàn)帶狀分布，使板材在沖制形成中產(chǎn)生漆 刷線缺陷。
[0026] (5)固溶、水淬處理：固溶、水淬處理一方面使變形態(tài)材料發(fā)生完全再結(jié)晶，另一 方面使材料中的Mg、Si等元素固溶入基體中，以使板材在烤漆過程中形成足夠量0 "強(qiáng) 化相，達(dá)到提高烤漆硬化性能的目的。固溶處理溫度為500?560°C，保溫時間為15s? 30min。若固溶溫度過低或保溫時間過短，則不能保證材料發(fā)生完全再結(jié)晶和足夠的Mg、Si 等元素固溶入基體中，降低板材力學(xué)性能及烤漆硬化性能；若固溶溫度過高或保溫時間過 長，會引起再結(jié)晶晶粒粗大，不利于成品板材的表面質(zhì)量。
[0027] (6)預(yù)時效處理：固溶、水淬處理后的板材應(yīng)進(jìn)行預(yù)時效處理，最終獲得T4P態(tài)成 品板材；預(yù)時效處理的目的是穩(wěn)定材料的屈服強(qiáng)度，同時提高材料的烤漆硬化性能。過飽和 的6XXX系鋁合金材料在室溫停放過程中會發(fā)生自然時效形成不穩(wěn)定Mg、Si原子團(tuán)簇，從而 導(dǎo)致材料在存放過程中性能不穩(wěn)定；同時自然時效過程中形成的Mg、Si原子團(tuán)簇在后續(xù)烤 漆烘烤過程中會發(fā)生溶解，導(dǎo)致材料的烤漆硬化性能降低。故為了避免自然時效給板材帶 來的不利影響，需在固溶、淬火之后立即進(jìn)行預(yù)時效處理，以促進(jìn)穩(wěn)定Mg、Si原子團(tuán)簇的形 成，抑制自然時效進(jìn)程，提高了材料在室溫停放過程中的穩(wěn)定性；同時在烤漆過程中穩(wěn)定的 Mg、Si原子團(tuán)簇可直接作為0 "強(qiáng)化相的形核核心，提高了材料烤漆硬化性能。預(yù)時效處 理溫度為60?100°C，保溫時間為2?10h。
[0028] 以下對比說明本發(fā)明的實施例和比較例，根據(jù)這些實施例和比較例可以進(jìn)一步印 證本發(fā)明的技術(shù)效果。但是，所列舉的實施例僅為本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，不應(yīng)將其理解為 本發(fā)明上述主題的范圍僅限于此，凡基于本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思所形成的技術(shù)方案，均落入本發(fā) 明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0029] 【實施例】
[0030] 以下各實施例和比較例所采用的6XXX系鋁合金成分均為：Si :1. 18wt%、Mg: 0. 41wt%、Fe :0. 21wt%、Mn :0. llwt%，余量為Al及正常雜質(zhì)，雜質(zhì)總量低于0. 15wt%，每 個雜質(zhì)元素含量低于0. 05wt%。
[0031] 將上述成分的6XXX鋁合金經(jīng)半連續(xù)鑄造獲得的扁錠進(jìn)行切頭、銑面后進(jìn)行均勻 化處理，以30°C /h的速率隨爐升溫至550°C保溫10h，之后再隨爐冷卻至500°C保溫2h進(jìn) 行熱軋，熱軋終軋厚度為6_。將獲得的熱軋板冷軋至不同厚度進(jìn)行中間退火處理，中間退 火工藝為330°C X 2h，之后冷軋至1mm，再進(jìn)行不同工藝的固溶處理以及不同工藝的預(yù)時效 處理獲得成品板材。板材冷軋、固溶及預(yù)時效工藝如表1所示。
[0032] 對所獲得成品板材停放一周和六個月后進(jìn)行屈服強(qiáng)度（YS)、抗拉強(qiáng)度（UTS)和延 伸率（EL)測試；板材經(jīng)2%預(yù)拉伸+185°C X 20min模擬烤漆（BH)后進(jìn)行YS測試。所有力 學(xué)性能測試樣品沿垂直軋制方向進(jìn)行取樣，試樣尺寸采用GB/T228的推薦的A50拉伸試樣。
[0033] 將存放一周后的成品板材，截取長度為250mm，寬度為35mm的矩形樣品進(jìn)行表面 漆刷線和橘皮缺陷評價，樣品長度方向垂直于軋制方向，寬度方向沿軋制方向。將樣品沿長 度方向預(yù)拉伸10%，再用320#砂石對板材表面輕微打磨，然后進(jìn)行板材表面漆刷線強(qiáng)度評 價，漆刷線強(qiáng)度計算方法見附錄1 ;將樣品沿長度方向預(yù)拉伸10%后，目視進(jìn)行橘皮缺陷評 價。
[0034] 表2給出了實施例和比較例的力學(xué)性能及表面質(zhì)量評價結(jié)果。其中，板材表面漆 刷線缺陷評價方法如下--
[0035] 漆刷線強(qiáng)度：I=L/W
[0036] 表示試樣寬度方向最長連續(xù)隆起的長度；W表示試樣寬度。
[0037] 當(dāng)I > 40%時，表示漆刷線缺陷強(qiáng)烈，無法滿足使用要求；
[0038] 當(dāng)I < 40 %時，漆刷線缺陷微弱；
[0039] 當(dāng)I = 0%時，無漆刷線。
[0040] 以下結(jié)合表1和表2的實施例及對比例數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)比對，以彰顯本發(fā)明的創(chuàng)新 性技術(shù)效果。
[0041] 如表1所示的實施例中，按照序號1?9工藝制備的板材滿足本發(fā)明要求，板材停 放6個月后屈服強(qiáng)度保持為110?140MPa，延伸率彡24%，經(jīng)2%預(yù)拉伸+185°C X20min 模擬烤漆（BH)后，屈服強(qiáng)度大于180MPa，無表面漆刷線、橘皮等缺陷。而比較例中，按照序 號10?17工藝制備的板材因不滿足本發(fā)明的工藝范圍，導(dǎo)致如下結(jié)果（如表2):
[0042] 比較例10因最終冷軋率偏低，導(dǎo)致成品板材晶粒粗大，導(dǎo)致板材表面嚴(yán)重橘皮缺 陷。
[0043] 比較例11因最終冷軋率偏高，導(dǎo)致成品板材中立方晶粒沿軋制方向呈帶狀分布， 導(dǎo)致板材表面嚴(yán)重漆刷線缺陷。
[0044] 比較例12因固溶處理時間太短，導(dǎo)致板材中的Mg、Si原子未能完全固溶，導(dǎo)致板 材烤漆后屈服強(qiáng)度低于180MPa。
[0045] 比較例13因固溶處理時間太長，導(dǎo)致Mg、Si原子固溶量過大以及成品板材晶粒尺 寸粗大，引起板材力學(xué)性能穩(wěn)定性能較差，六個月存放后屈服強(qiáng)度超過140MPa，此外，板材 表面出現(xiàn)嚴(yán)重橘皮缺陷。
[0046] 比較例14因預(yù)時效處理溫度太低，導(dǎo)致預(yù)時效過程中形成的原子團(tuán)簇數(shù)量過少 且不穩(wěn)定，引起板材室溫停放過程中力學(xué)性能不穩(wěn)定，六個月存放后屈服強(qiáng)度超過140MPa， 同時烤漆后屈服強(qiáng)度低于180MPa。
[0047] 比較例15因預(yù)時效處理溫度太高，導(dǎo)致預(yù)時效過程中形成的原子團(tuán)簇數(shù)量過多， 導(dǎo)板材六個月存放后屈服強(qiáng)度超過140MPa，同時烤漆后屈服強(qiáng)度低于180MPa。
[0048] 比較例16因預(yù)時效處理時間太短，導(dǎo)致預(yù)時效過程中形成的原子團(tuán)簇數(shù)量過少， 引起板材室溫停放過程中力學(xué)性能不穩(wěn)定，六個月存放后屈服強(qiáng)度超過140MPa，同時烤漆 后屈服強(qiáng)度低于180MPa。
[0049] 比較例工藝17因預(yù)時效處理時間太長，導(dǎo)致預(yù)時效過程中形成的原子團(tuán)簇數(shù)量。
[0050] 綜上所述，本發(fā)明通過合理的冷軋、固溶及預(yù)時效工藝控制，同時保證了 6XXX系 鋁合金板材在六個月停放期間的力學(xué)性能穩(wěn)定性、烤漆硬化性能及表面質(zhì)量。
[0051] 表1 :實施例和比較例所采用的冷軋、固溶及預(yù)時效工藝
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，其特征在于：包括以下步驟： ① 將純鋁、各種中間合金按配比進(jìn)行熔化，熔體經(jīng)精煉處理后利用半連鑄設(shè)備鑄造出 鑄錠； ② 將鑄錠進(jìn)行切頭和銑面處理后放入熱處理爐中進(jìn)行均勻化處理； ③ 完成均勻化處理后的鑄錠冷卻至開軋溫度，保溫1?l〇h后開始進(jìn)行熱軋； ④ 將熱軋板進(jìn)行多道次冷軋至1. 5?5_厚度后再進(jìn)行中間退火處理； ⑤ 將退火后的板材冷乳至0. 8?1. 2mm厚度，保證冷乳壓下率為30%?70% ; ⑥ 將⑤中得到的冷軋板材在500?560°C溫度下固溶、水淬處理15s?30min，然后在 60?100°C溫度下預(yù)時效處理2?10h，即可獲得成品板材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，其特征在于： 所述6XXX系合金各組分及其質(zhì)量百分比為：Si :0.5?1.5 wt %、Mg :0.25?0.6 wt %、 Fe < 0. 3 wt%、Mn < 0. 2 wt%，余量為A1及正常雜質(zhì)，且，雜質(zhì)總量低于0. 15 wt%，每種 雜質(zhì)元素的含量低于0.05 wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，其特征在于：步 驟②所述均勻化處理溫度大于500°C，保溫時間大于5h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，其特征在于：步 驟③所述熱軋開軋溫度為450?550°C，熱軋終軋厚度為3?10mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車身用6XXX系鋁合金板材的制造方法，其特征在于：步 驟④所述中間退火處理的條件是，退火溫度為300?400°C，退火時間為1?5h。
【文檔編號】C22F1/05GK104451208SQ201410708396
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】趙丕植, 劉俊東, 馮瑩娟, 張琪, 徐偉平 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司, 中鋁科學(xué)技術(shù)研究院