本发明涉及轧制6xxx-系列铝合金片材产品。该片材产品理想地适合于汽车应用。本发明进一步涉及6xxx-系列铝合金片材产品的制造方法。
背景技术：
通常，车辆的车身板需要在成型性、抗凹陷性、烤漆响应(paint-bakeresponse)、耐腐蚀性和表面质量性能方面具有优异的性能。然而，常规的aa5xxx-系列合金片材并未受到青睐，这是因为它们即使在压制成型后仍具有低的机械强度，并且还可能表现出差的表面质量。因此，越来越多地使用6xxx-系列片材合金。通常，6xxx-系列合金提供了优异的烘烤硬化性(烤漆后)和由此得到高的机械强度，从而可以制造具有更薄规格且更轻质、同时具有良好的耐腐蚀性和a级表面光洁度的片材。需要适用于汽车面板并表现出改善的成型性的铝合金轧制片材产品。
技术实现要素：
如本文以下将会明了的，除非另有说明，铝合金牌号和状态代号(temperdesignations)是指在2016年由美国铝业协会(aluminumassociation)出版的aluminiumstandardsanddataandtheregistrationrecords中的aluminumassociationdesignations，其对于本领域技术人员而言是公知的。
除非另有说明，对于合金组成或优选合金组成的任何描述，所指的百分数均为重量百分数。如本文所用的术语“至多(upto)”和“至多约(uptoabout)”明确包括但不限于其所涉及的特定合金成分的重量百分比为零的可能性。例如，至多0.35％的zn可包括不含zn的合金，因此此种元素可不存在。
本发明的目的是提供具有改善的成型性的6xxx-系列铝合金片材产品。
本发明达到或超过这些目的和其它目的以及进一步的优点，提供了一种轧制6xxx-系列铝合金片材产品，所述轧制6xxx-系列铝合金片材产品以wt％计由如下组成：
并且其中，fe/sr比为4-40；
其它元素和杂质各自<0.05％、总量<0.15％，余量为铝。
根据本发明，发现了与fe/sr比相结合，在限定范围内有目的性地添加锶(sr)提供了改善的成型性、特别是通过erichsen拱顶高度测试(erichsendomeheighttest)评估的增加的拉伸成型性。另外，根据本发明，轧制片材产品允许较高量的fe的存在，同时提供了在具有较低铁含量的6xxx-系列合金片材产品中常见的成型性。这使得能够在使用较高含量的再生材料的同时，保持强度和良好的成型性的平衡，从而提高环境可持续性。
公开了向锻造的铝合金中添加锶(sr)的一些现有技术文件为：
专利文件wo2005/108633a2
专利文献us3,926,690(alcan)公开了向aa6063挤压合金中添加0.02％-0.05％的sr和/或ca，以促进有害程度较低的α-alfesi形式的形成，具有在增大的挤压速度下改善挤压表面质量的作用。没有报道对机械性能的影响。
f.paray等在materialsscienceandtechnology，1996年4月，vol.12,pp.315-322中的文章“effectofstrontiumonmicrostructureandpropertiesofaluminiumbasedextrusionalloy6061”中显示，在这种挤压合金中，锶将层状β-alfesi相(al5fesi)变成了中文字样(chinesescript)的α-alfesi化合物(al8fe2si)。锶虽然可以缩短均质化过程，但对挤压的最终产品的机械性能无不利影响；观察到含锶合金的抗拉强度略有下降。
在依据本发明方法制造的al-mg-si合金片材中，对合金元素的限定的作用和原因如下文所述。
由于在mg的共存下形成的元素si和mg2si的沉淀硬化，有目的性地添加mg和si使合金得以强化。为了在根据本发明的片材产品中提供足够的强度水平，si含量应为至少0.25％、优选至少0.50％、更优选至少0.65％。在一个实施方式中，si含量为至少0.75％。si含量的优选上限为1.4％、更优选1.3％。si的存在也增强了成型性，并且相对于mg而言过量的si促进了快速的烤漆响应。
基本上与si含量相同的原因，mg含量应为至少0.10％、优选至少0.20％、更优选至少0.25％，从而向片材产品提供足够的强度。mg含量的上限为1.3％、优选1.0％。太高的mg过量会通过形成al-fe-mg相而增加不期望的第二相颗粒的比例。
在一个实施方式中，轧制6xxx-系列铝合金片材产品具有至少0.90的si/mg比(以wt％计)。优选地，si/mg比不超过1.40，更优选si/mg比不超过1.30。这一实施方式还具有非常好的耐腐蚀性以及高弯曲性和卷边加工性(hemmability)。与sr的添加相结合，实现了显著改善的erichsen拱顶高度。
在一个实施方式中，轧制6xxx-系列铝合金片材产品具有2.0-7.0的si/mg比(以wt％计)。si/mg比的优选下限为2.5、更优选3.0、更优选4.0。si/mg比的优选上限为6.5。这一实施方式特别地具有非常好的成型性，更特别地实现了良好的erichsen拱顶高度。
在其中轧制6xxx-系列铝合金片材产品具有2.0-7.0的si/mg比(以wt％计)并且具有优选的窄范围以提供改善的成型性的实施方式中，优选尺寸大于0.35微米(当通过光学显微镜以500x的放大倍数观察时)的si-颗粒的面积分数为小于0.15％、优选小于0.11％。在进一步的实施方式中，尺寸大于0.35微米(当通过光学显微镜以500x的放大倍数观察时)的si-颗粒的等效平均半径为小于1.4微米、优选小于1.3微米。
轧制6xxx-系列铝合金片材产品中可存在铜(cu)，以特别增强加工硬化行为和烤漆响应，但其不应超过0.45％。cu含量的优选上限为0.40％、更优选0.30％。在优选的实施方式中，有目的性地添加至少0.02％、优选至少0.04％的cu。
铁(fe)应保持为0.10％-0.45％。太低的fe含量会导致最终片材产品中不期望的晶粒生长，从而对一些成型特性产生不利影响。另外，在低的fe含量下，sr添加的效果较小。过高的fe含量会对成型性和机械性能产生不利影响，并且难以通过有目的性地添加sr进行补偿。fe含量的优选下限为0.18％。在一个实施方式中，fe含量为至少0.20％。在一个实施方式中，fe含量为至少0.22％。fe含量的优选上限为0.40％、更优选0.35％。
锶(sr)含量必须为0.01％-0.05％，此外，fe/sr比(以wt％计)为4-40。sr含量的优选上限为0.045％、更优选0.04％。sr含量的优选下限为0.02％、更优选0.025％。
有目的性地添加sr会降低粗si颗粒(>0.35微米)的面积分数、数密度和尺寸(圆等效平均半径)，并且也降低粗mg2si颗粒(>0.35微米)的面积分数、数密度和尺寸(圆等效平均半径)。sr的添加降低了晶粒尺寸，而不会增加细的第二相颗粒(其为直径﹤1微米的颗粒，在光学显微镜下以1000x的放大倍数形成对比)的尺寸和含fe颗粒的尺寸。所述添加sr有助于增加6xxx-系列铝片材材料的成型性(特别是例如由erichsen拱顶高度所示的拉伸成型性)，还增加了伸长。
fe/sr比的优选下限为5，更优选下限为6。fe/sr比的优选上限为20、更优选15。在将6xxx-系列合金铸造成轧制原料之前，任何sr优选以中间合金的形式添加到铝合金中。例如，alsr3.5或alsr5或alsr10。sr不是轧制6xxx-系列铝合金产品中常见的合金元素，因此，其任何废料中的sr水平都非常低。通常，sr水平不是测量废料的标准，如果存在，sr水平通常远低于0.005％、更通常低于0.001％。
在轧制铝合金片材产品中，mn、cr、v和zr可各自存在以控制晶粒尺寸。
在优选的实施方式中，至少mn以0.02％-0.50％存在。mn含量的优选下限为约0.05％。mn含量的优选上限为约0.20％、更优选0.15％、更优选0.10％。添加mn是为了晶粒尺寸的控制。mn的过高添加可能会干扰sr添加的正向作用。
在优选的实施方式中，有目的性地添加0.01％-0.30％的cr。cr添加的优选上限为约0.25％、更优选约0.20％。
在优选的实施方式中，与cr相结合，至少有目的性地添加mn。
还可各自添加钒(v)和锆(zr)(各自至多0.20％)来控制最终片材产品中的晶粒尺寸。在优选的实施方式中，轧制铝合金片材产品中优选将v和zr避免，因为它们可能阻止片材产品的完全再结晶。此类元素昂贵和/或在铝合金中形成有害的金属间颗粒。因此，轧制铝合金片材产品通常包含不高于0.03％的v和不高于0.03％的zr。在优选的实施方式中，片材产品包含仅至多0.02％、更优选至多0.005％的v。在优选的实施方式中，片材产品包含仅至多0.02％、更优选仅至多0.01％的zr。
zn是一种杂质元素，可容许至多约0.35％，并且优选尽可能低，例如0.20％以下、更优选0.10％以下。
锡(sn)的添加可能有助于稳定t4状态下的机械性能。添加时，sn的优选添加为0.005％-0.075％、更优选0.01％-0.06％。
在铸造合金铸锭期间，除其它元素外，可向片材产品中添加ti，用于细化晶粒的目的。ti的添加应不超过约0.20％，优选应不超过约0.10％。ti添加的优选下限为约0.01％，通常，ti的优选上限为约0.05％。ti可作为单一元素添加、或与用作铸造助剂的硼或碳一起添加，以控制晶粒尺寸。
不可避免的杂质能够以各自至多0.05％、总量0.15％存在，余量由铝组成。
在轧制6xxx-系列铝合金产品中，没有有目的性地添加如in、th、er、sb、hf、la、ce、sm等元素。此类元素为6xxx-系列合金中不常见的杂质，对于此类元素中的每一种(如果有的话)，优选最高为至多0.005％。
在一个实施方式中，当在固溶热处理和淬火后30天内测量时，t4状态下的轧制6xxx-系列铝合金产品的抗拉强度(rm)为200mpa以上，屈服点(rp0.2)为90mpa以上。在一个实施方式中，在环境(室内)温度下储存6个月后，屈服点(rp0.2)小于130mpa。在进一步的实施方式中，所述产品具有至少24％的断裂伸长(a80mm)和至少20％的均匀伸长(ag)。
在一个实施方式中，当按照eniso20482(2003年7月)测试时，在t4条件下并且具有1mm的片材材料厚度的轧制6xxx-系列铝合金产品具有至少9.0mm、优选至少9.2mm的erichsen拱顶高度。
根据本发明的6xxx-系列铝合金可作为铸锭或板坯提供，以使用本领域常规的用于铸造产品的半连续铸造技术(例如直接冷却dc铸造、电磁emc铸造)制造成轧制原料，并且优选具有约220mm以上(例如400mm、500mm或600mm)的铸锭厚度。在另一实施方式中，还可使用由连续铸造(例如带式连铸机或辊式连铸机)产生的厚度至多约40mm的薄规格板坯。
对轧制原料进行铸造后，通常对厚的半连续铸态铸锭进行剥落表皮(scalped)，以去除铸锭的铸造表面附近的偏析区(segregationzone)。
接下来的均质化应在450℃以上的温度下进行。如果均质化温度低于450℃，则铸锭偏析和异质性的降低可能不足。这导致对强度有贡献的mg2si组分的不充分溶解，从而成型性可能降低。均质化优选在480℃以上的温度下进行，更优选地至少一个均质化步骤在540℃-580℃的温度范围下进行。可采用本领域常规的加热速率。
均质化的均热时间应至少约2小时、更优选至少约5小时。均质化均热时间的优选上限为约48小时、更优选约24小时。
热轧实践包括第一次热轧操作，其中，使用可逆式或不可逆式轧机机座在一个或多个道次(passes)中对加热的原料进行开坯热轧(breakdownhotrolling)，以将轧制原料或铸锭的厚度减小至15mm-40mm、优选15mm-35mm的中间规格。开坯轧制优选以约460℃-510℃、优选470℃-500℃的温度开始。应对热轧机工艺温度进行控制，以使得在最后的轧制道次之后，原料的热轧机出口温度为约370℃-480℃。更优选的下限为约380℃。更优选的上限为约450℃、更优选430℃。
接下来，在开坯热轧后，将原料供应到轧机中，以将其在一个或多个道次中热精轧至3mm-15mm(例如7mm或10mm)的最终规格。热精轧操作可例如使用可逆式轧机或连轧机进行。总的来说，轧制原料或铸锭的厚度通常减少至少约65％、更通常减少80％-97％。当将原料投入热精轧过程中时，热轧原料的平均温度优选保持在370℃-480℃的温度。更优选的下限为约400℃。更优选的上限为约450℃。
轧制原料的热轧机出口温度的控制对于达到冶金性能的期望平衡而言是重要的。应对热轧机温度进行控制，以便使得在最后的轧制道次之后，原料的热轧机出口温度为约300℃-400℃。优选的下限为约310℃。优选的上限为约380℃、更优选约360℃。热轧原料的出口温度过低或过高都会不利地影响最终产品的成型性能。
在最后的热轧步骤后，将处于最终规格的热轧原料冷却至低于200℃，更通常冷却至低于100℃，并优选冷却至环境温度。在优选的实施方式中，将处于最终规格的热轧原料由热轧机出口温度的冷却通过以下进行：立即卷绕热轧原料，并且允许其在周围环境中冷却至环境温度并储存。
在接下来的步骤中，通过在一个或多个轧制步骤中应用冷轧(总冷轧度为至少40％、优选至少60％)，进一步缩小热轧材料的规格。
任选地，在冷轧操作过程中，可对处于中间规格的冷轧产品进行再结晶退火(连续或分批)。退火温度为360℃-580℃，以在冷轧产品中实现重结晶，其影响结晶织构生长。退火温度的优选下限为380℃、更优选400℃。退火温度的优选上限为500℃、更优选460℃。
在任选的中间退火热处理之后，在一个或多个冷轧步骤中将原料冷轧至0.7mm-4.0mm的最终规格。片材厚度的优选上限为3.0mm、更优选2.5mm。
在该方法的一个实施方式中，将处于最终规格的冷轧铝片材产品在一定温度下固溶热处理一段时间，使得大量的mg2si和si(如果有的话)溶解在固溶体中。固溶热处理温度为至少500℃、优选520℃-570℃、更优选530℃-565℃，并且更优选恰好高于mg2si相和si相的溶线温度(solvustemperature)，以进一步改善铝合金片材产品的成型特性。在固溶热处理后，对片材进行淬火，例如借助于水，如冷水淬火或冷水喷雾淬火。通过这些处理步骤，主要合金元素mg、si和cu在sht过程中大部分被溶解，并通过淬火操作保留在固溶体中，从而获得良好的成型性以及对控制屈服强度和烘烤硬化行为的控制。环境(室内)温度下微观结构的演变使板材材料从w(淬火态，asquenched)转变为t4条件。
在一个实施方式中，在片材产品的固溶热处理和淬火后，使片材产品经受人工时效或预时效以及然后的自然时效72小时或更长，以形成例如三维成形(shaped)或成型的汽车车身构件。预时效优选在固溶热处理和淬火后即刻以连续退火线(continuousannealingline)，并通过加热到50℃-130℃的温度下进行。在使片材产品经受烤漆循环之前和之后，预时效处理及时提供片材产品的更稳定的机械性能以及增加的烤漆响应。
在一个实施方式中，在片材产品的固溶热处理和淬火后，在成形或成型为例如三维成形或成型的汽车车身构件之前，使片材产品经受自然时效72小时-6个月，任选地甚至更长。
成型操作为三维形状包括深拉、压制、冲压和拉伸成型。
在成型操作后，成型部件可作为本领域常规的其它金属组件的组装件的一部分用于制造车辆组件，并且经受烤漆操作，从而将所施用的任何涂料或漆层固化。烤漆操作或烤漆循环包括在140℃-210℃下进行一个或多个连续的短热处理，为期10分钟到少于40分钟，通常少于30分钟。通常的烤漆循环包括在180℃下进行20分钟的第一热处理，冷却至环境温度，然后在160℃下进行20分钟的热处理，再冷却至环境温度。根据oem，这样的烤漆循环可包括2-5个连续的步骤，并包括干燥步骤。
在一个实施方式中，根据本发明的轧制6xxx-系列铝片材产品通过连续铸造(例如带式连铸机或辊式连铸机)进行铸造，并且原料厚度至多约40mm。在连续铸造操作的下游，可对产品进行轧制(热和/或冷)，可选地进行退火(例如，在热轧和任何冷轧步骤之间)，固溶热处理和淬火，任选地进行冷加工(固溶后热处理)或自然时效，也任选地进行人工时效，所有这些步骤都可相对于连续铸造步骤在线或离线进行。可对人工时效的产品涂漆(例如，用于汽车部件)，因此可经受烤漆循环。
根据本发明的轧制6xxx-系列铝合金片材产品理想地适合于制造成型的汽车车身构件。成型的汽车车身构件包括保险杠、车门、发动机罩、车顶、行李箱盖、挡泥板、地板、车轮和汽车或车身的其它部分，例如白色车身(例如，支柱、加强件)应用。由于其优异的深拉性能和拉伸成型性能的结合，轧制6xxx-系列铝合金片材产品也非常适合生产内门板、轮拱内板、侧板、备胎支架板以及具有高深拉高度的类似的板。
现参考根据本发明以下非限制性实施方式来对本发明进行说明。
实施例1
已经对尺寸为430mmx140mmx2000mm的六个铸锭进行了dc-铸造，并且表1中列出了六个合金组成，并且根据本发明的合金3和合金6具有分别为6.8和7.5的fe/sr比。
铸锭各自在约560℃下均质化10小时，并从80mm热轧至10mm。热轧机入口温度为约550℃。热轧后，在炉中模拟了热卷绕(warmcoiling)和自退火。接下来，将片材产品从10mm冷轧至3.0mm，随后在380℃下进行2小时分批中间退火，然后冷轧至1.0mm的最终规格。在最终规格下，片材产品在560℃下进行固溶热处理约1分钟，然后冷水淬火至室温。
在室温下自然时效1个月(t4状态)后以及在t64状态(自然时效1个月，然后进行2％预染色的模拟烤漆循环，在185℃下20分钟)下，对一些机械性能进行了测定，以评估片材产品的烤漆响应。
根据国际标准iso6892-1(第二版，2016年7月)，对机械性能(屈服强度rp0.2、抗拉强度rm、均匀伸长ag、断裂伸长a80、应变硬化指数n、r90°-值)进行评估，并在表2中列出了每个样品三次测量的平均值。
此外，根据eniso20482(2003年7月)，对erichsen拱顶高度(edh)进行测量。edh用于评估片材产品在平面应力双轴拉伸变形(planestressbiaxialtensiledeformation)方面的拉伸成型性。表2中列出了每个样品三次测量的平均值。
表1.铝合金铸件的合金组成，余量由铝和不可避免的杂质组成
表2.t4状态和t64状态下的机械性能
从表2的结果可以看出，增加的fe水平(合金1对比合金2、合金4对比合金5)增加了t4状态下的片材产品强度。也可观察到r90°-值和伸长的增加以及n-值的降低。认为这些影响归因于通过fe的添加观察到的晶粒尺寸的变化。通过比较，还可观察到edh的增加。有目的性地添加sr(例如，合金2对比合金3、合金5对比合金6)进一步增加了t4状态下的强度、特别是极限抗拉强度。特别地，还可观察到edh的进一步增加(例如，合金2对比合金3、合金5对比合金6)。
在fe水平增加的情况下，成型性的改善、特别是在edh测试中评估的拉伸成型性的改善表明，根据本发明轧制6xxx-系列铝合金片材产品是用于成型为复杂汽车构件的理想候选者，特别是在应用需要更好的拉伸成型性的成型技术时。废料吸收的能力确保了这种形状复杂的汽车构件的生产更经济有效和环境友好。
实施例2
在工业生产规模上，已生产出两个经剥落表皮后厚度为约455mm的轧制铸锭。表3中列出了合金组成，其中合金编号8是根据本发明的合金，其fe/sr比为10。
铸锭各自在约560℃下均质化9小时，并热轧至7.5mm。热轧机入口温度为约490℃。接下来，将片材产品冷轧至3mm，随后在380℃下进行2小时分批中间退火，然后冷轧至1.0mm的最终规格。在最终规格下，片材产品在565℃下进行固溶热处理，然后冷水淬火至室温。
表3.铝合金铸件的合金组成，余量由铝和不可避免的杂质组成
在室温下自然时效3个月(t4状态)后以及在t64状态(自然时效3个月，然后进行2％预染色的模拟烤漆循环，在185℃下20分钟)下，对一些机械性能进行测定，以评估片材产品的烤漆响应。
根据国际标准iso6892-1(第二版，2016年7月)，对机械性能(屈服强度rp0.2、抗拉强度rm、均匀伸长ag、断裂伸长a80)进行评估，并在表4中列出了每个样品三次测量的平均值。
根据eniso20482(2003年7月)，还对erichsen拱顶高度(edh)进行测量。edh用于评估片材产品在平面应力双轴拉伸变形方面的拉伸成型性。表4中列出了每个样品三次测量的平均值。
表4.t4状态和t64状态下的机械性能
从表4的结果可以看出，在t4和t64状态下，有目的性地添加sr均产生强度的改善。参考edh结果，成型性也得到了改善。
使用标准光学显微镜技术，以100x的放大倍数对t4状态下的合金7和合金8的样品的一些微观组织特征(特别是平均晶粒尺寸)进行了分析。使用标准光学显微镜技术，以500x的放大倍数对大于0.35μm的粗si颗粒的颗粒分布进行了分析，表5列出了结果。此外，使用sem以500x的放大倍数对大于0.35μm的mg2si颗粒分布进行了分析，表6列出了结果。
在整个厚度rd方向上，合金7的平均晶粒尺寸为58.2μm，合金8的平均晶粒尺寸为50.2μm。在整个厚度nd方向上，合金7的平均晶粒尺寸为58.2μm，合金8的平均晶粒尺寸为39.5μm。
表5.微观组织特征：粗si颗粒(>0.35μm)分布
表6.微观组织特征：mg2si(>0.35μm)颗粒分布
从这些结果可以看出，有目的性地添加sr降低了粗si颗粒的面积分数、数密度和尺寸(圆等效平均半径)，还降低了粗mg2si颗粒的面积分数、数密度和尺寸(圆等效平均半径)。sr的添加还降低了平均晶粒尺寸。这有助于6xxx-系列铝片材材料的增加的成型性(特别是例如由erichsen拱顶高度测试结果所示的拉伸成型性)，并且还增加了伸长。
本发明并不限于上文描述的实施方式，并且可以在所附的权利要求限定的发明范围内进行各种变化。