專利名稱：具有優異模壓成型性及連續電阻點焊性的鋁合金板及其生產方法
技術領域：
本發明涉及具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，它用作結構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：
結構材料和家用電器、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)表現出相當優異的表面質量，因此應用做各種類型的面板和結構材料，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軋制板的方法，如具有好成型性的體板，包括以下步驟準備含有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組成；連續澆鑄熔體成3-15mm厚的厚板；進行冷軋，然后進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型鋁合金板具有優良的韌性和可彎曲性，主要包括質量份數分別為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，它還公開了具有優異的韌性和可彎曲性的Al-Mg-Si型鋁合金板，主要包括質量含量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異的韌性和可彎曲性的Al-Mg-Si型鋁合金板，進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，澆鑄中結晶的金屬間化合物的尺寸小，結果影響重結晶顆粒尺寸的相對大化合物的數量不足，這樣固溶熱處理后顆粒尺寸大，因此降低了模壓成型性，連續電阻點焊的次數減少。
首次公開號為2001-262264的日本專利申請公開了使用連續澆鑄工藝的技術，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，澆鑄中結晶的金屬間化合物的尺寸大，結果影響重結晶顆粒尺寸的相對大化合物數量不足，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電阻點焊的數量。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，及其生產工藝。
本發明者基于發現通過選擇澆鑄熔體時的優化的冷卻速率范圍，在合適的組成范圍內實現本發明。可優化結晶金屬間化合物的尺寸和數量，這樣固溶熱處理后以得到優異的可模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板。
因此，本發明提供了一種具有優異可模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，包括質量分數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組成，這里重結晶顆粒尺寸的平均值是25微米或更小，至少5000顆/mm2圓周當量直徑1-6μm的金屬間化合物顆粒。
由于重結晶顆粒尺寸細化，最佳尺寸化合物占多數，所以本發明在模壓成型性和連續電阻點焊性方面具有優勢。
通過使上述合成物含銅0.5-1.0％，強度可進一步提高。
通過使上述組成含有0.1-0.4％的鋅，重結晶顆粒尺寸可做得更細，強度可進一步提高。
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。
本發明的第二個方面是生產具有優良模壓成型性和連續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入反向旋轉的被強制冷卻的帶狀澆鑄機，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拉伸所述厚板；直接軋制或纏繞后成卷，進行固溶熱處理。
大多數最佳顆粒尺寸化合物能結晶，通過在最佳的冷卻速率澆鑄合金，從而細化重結晶顆粒尺寸，使鋁合金板具有優異的模壓成型性和連續點焊接性。
本發明的最佳實施方式由此以后，本發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，所有的含量表示質量含量。
[Si0.3-1.2％]添加鎂和硅以提高強度和提供模壓成型性。當濃度低于較低限時，效果不明顯，當含量高于上限時，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晶，增加重結晶數量，使重結晶尺寸變小。當它們的濃度小于各自的下限時，影響效果不明顯，當它們濃度超過上限時，造成大結晶發生，這樣表面玷污，如冷軋中出現條紋，模壓成型性惡化。除了它與鐵共存時，錳不結晶進入理想尺寸和數量的金屬間化合物。鐵和錳的總含量更適合，如Fe+Mn≥0.3％. 添加銅進一步提高強度和模壓成型性。當銅的濃度小于較低限時，它的影響小。當含量高于上限時，抗腐蝕性降低。
鋅促進金屬間化合物Al3Zr的結晶，進一步包括許多特定尺寸化合物的結晶以增加重結晶成核的數量，因此使重結晶顆粒變小，從而增加模壓成型性。當濃度低于較低限時，沒有效果，當用量超過較高限時，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的復合物，它有增效作用。當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。
不可避免的雜質可來自堿基鋁、碎屑和鐵質夾具或類似的，通常這些元素包括鉻、鎳、鋅、鎵和釩。添加鉻以防止鋁-鎂合金應力腐蝕，它能容易地從碎屑引入，為了保持成型性，本發明中允許存在小于0.3％。
如果固溶熱處理后板的重結晶顆粒小，那么即使壓力設計設定的高，拉伸高度設定的高，不破壞它也可被形成。如果顆粒尺寸超過較高限，沒有效果，壓后表面質量不好。重結晶顆粒尺寸較適合為20微米或更小，15微米或更小。
具有圓周當量直徑1-6微米的金屬間化合物是促進冷壓時斷層整合團聚的尺寸，影響重結晶顆粒的細化，這樣如果顆粒尺寸和數量小于較低限，斷層聚集率低，如果數量小于5000顆/mm2，不能得到細化的合適尺寸的重結晶顆粒。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，由于當進行連續電阻點焊時銅電極和鋁之間的反應，可防止發生腐蝕，因此降低電極更換次數，提高生產能力。化合物的數量更適合至少6000顆/mm2。
下面描述本發明生產鋁合金板的較適合工藝。
通過調節組成、脫氣、沉淀、根據需要細調組成，添加鈦或鈦和硼準備熔體作為母體合金并澆注。澆注時，熔體被傾倒入強制冷卻的相對放置的旋轉帶，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拉伸厚板，直接軋制它或之后卷繞成卷。
連續澆注工藝包括雙卷繞澆注工藝，將熔體傾倒入強制冷卻的相對放置的旋轉輥之間，在帶表面迅速冷卻熔體，從相對側連續拉伸薄板。
澆注時，雙輥澆注工藝的冷卻速率至少300℃/sec，相對高，雖然生產的厚板中化合物的尺寸小，但不能得到本發明板。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。
本發明中，調節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，更大的化合物結晶，造成上述確定尺寸范圍的化合物不足，這樣重結晶顆粒不精細，不能獲得具有優異模壓成型性的板。此外，冷卻速率大于90℃/sec，精細的化合物結晶，造成上述確定尺寸范圍的化合物降低，這樣不能獲得精細化的重結晶顆粒板。
雙帶澆注工藝得到的厚板被冷軋以形成希望厚度的板，然后進行固溶熱處理和重結晶。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％。在連續退火爐中進行固溶熱處理。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晶顆粒平均尺寸25μm或更小，由于金屬間化合物尺寸和數量減少。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，然后根據需要進行退火處理以形成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量，重結晶顆粒尺寸，延伸率0.2％時的屈服強度(YS)，最大拉伸強度(UTS)，延伸率(EL)，縱向拉伸高度和電阻點焊性，結果在表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機頭 內直徑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，這里拉伸剪切強度滿足JIS Z3140確定的A級平均標準。
連續焊接點當使用上述確定的電流值，用上述焊接條件時具有超過A級平均標準的強度的連續焊接數量。
A至少500個連續焊接點B至少200，小于500個連續焊接點C小于200個連續焊接點表1合金組成(質量百分數)
注其它殘余鋁和雜質下劃線值表示超出本發明范圍表2生產工藝
注下劃線數值表示超出本發明范圍表3微觀結構和性能
注A至少500個連續焊接點B至少200個，小于500個焊接點C小于200個焊接點下劃線數值表示超出本發明范圍重結晶顆粒尺寸用線截取方法測量從表3的結果可明顯看出，本發明實施例(試樣號1-11)具有高的縱向拉伸高度和優異的模壓成型性，同時有許多連續焊接點和優異的連續電阻點焊性另一方面，比較例(12-18)它們的組成超出本發明范圍，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焊接點和差的連續電阻點焊性。
如上描述，依據本發明具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，受壓后表面質量好，可通過電阻點焊連續組裝，因此產量高。該6000型合金板還具有較高的強度提高在涂覆或類似操作后的烘焙步驟，從而在寬的應用范圍如汽車體板具有優異的工業價值。
權利要求
1.一種具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，包括質量分數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，其中重結晶顆粒尺寸的平均值是25um或更少，圓周當量直徑1-6μm的層間化合物至少有5000顆/mm2。
2.根據權利要求1所述的具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，進一步包括0.5-1.0％的銅。
3.根據權利要求1或2所述的具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，進一步包括0.1-0.4％的鋅。
4.根據權利要求1-3任一所述的具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板，進一步包括0.05％或更少的鈦，或0.05％或更少的鈦和0.01％或更少的硼。
5.制備權利要求1-4任一所述的具有優異模壓成型性和連續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的被強制冷卻的帶狀澆鑄機；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拉伸所述厚板；直接軋制或纏繞成卷；然后進行固溶熱處理。
全文摘要
本發明提供具有優異模壓成型性和連續電阻點焊性的鋁合金板及其生產該板的方法。鋁合金板包括質量分數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，這里重結晶顆粒尺寸的平均值是25μm或更少，圓周當量直徑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 優先權日2003年4月15日
發明者趙丕植, 筱原勝 申請人:日本輕金屬株式會社