專利名稱：制造熱處理和退火的鋁合金薄板的線內方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在連續(xù)線內(in-line)工藝中制造鋁合金薄板的方法。更具體地，使用連續(xù)工藝以用最少的步驟和最短的可能處理時間制造具有希望性能的T或O狀態(tài)的鋁合金薄板。
背景技術：
用于諸如汽車面板(auto panel)、增強件、飲料罐和航空應用的商業(yè)應用中的鋁合金薄板的常規(guī)制造方法使用包含各獨立步驟的大量序列的批量處理。典型地，較大的鑄錠被鑄造為最大約30英寸的厚度，并冷卻到室溫，然后貯存以備后用。當需要對鑄錠做進一步的處理時，首先將其“去皮”以去除表面缺陷。一旦去除了表面缺陷，就將鑄錠預熱到約1040的溫度持續(xù)20～30小時，以保證合金的成分適當?shù)胤植嫉秸麄€金相組織中。然后其將冷卻到用于熱軋的較低溫度。施加幾個道次(pass)以將鑄錠的厚度減少到冷軋所需的范圍。一般在卷材上施加中間退火或自退火。然后將得到的“熱軋帶”冷軋到希望的規(guī)格并被其卷取。對于未熱處理的產品，卷材以分批步驟進一步對卷材進行退火以獲得O狀態(tài)。要制造熱處理的產品，一般在連續(xù)的熱處理生產線中對卷繞的薄板進行分開的熱處理操作。這包括將卷材展開、高溫下的固溶熱處理、淬火和再卷取。除了處理的各階段的廢料損失外，上述處理從開始到結束可花費幾周的時間用于制備銷售用的卷材，從而導致加工中制品和最終產品的大量庫存。
由于該流程中處理時間較長，因此已進行大量的嘗試以在保持制成品的期望性能的同時通過消除某些步驟縮短該處理時間。
例如，美國專利5655593描述了一種制造鋁合金薄板的方法，其中，鑄造薄帶(替代厚的鑄錠)，該薄帶被快速軋制，并在小于30秒的周期內被連續(xù)冷卻到低于350的溫度。美國專利No.5772802說明了這樣一種方法，在該方法中，將鋁合金的鑄造帶材淬火、軋制、在600～1200的溫度下退火120秒以下、然后淬火、軋制并時效。
美國專利No.5356495說明了這樣一種方法，在該方法中，將鑄造帶材熱軋、熱卷取，并在熱軋溫度下保溫2～120分鐘，然后被展開、淬火，并在低于300的溫度下冷軋，隨后對板進行重新卷取。
上述方法都沒有公開或提出本發(fā)明的步驟序列。仍需要提供以較少的庫存或零庫存以及較少的廢料損失、在較短的時間周期內制造具有希望性能的熱處理(T狀態(tài))和退火(O狀態(tài))薄板的連續(xù)線內方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明通過提供一種以連續(xù)線內序列制造鋁合金薄板的方法解決上述需要，該方法包括以下步驟(i)提供連續(xù)鑄造的鋁合金帶材作為原料；(ii)任選地將原料淬火到優(yōu)選的熱軋溫度；(iii)將淬火的原料熱軋或溫軋到需要的厚度；(iv)根據(jù)合金和希望的狀態(tài)對原料進行線內退火或固溶熱處理；和(v)任選地將原料淬火。優(yōu)選地，附加的步驟包括張力平整和卷取。
本方法允許消除許多步驟和處理時間，并仍可產生具有所有希望性能的鋁合金薄板。在花費約30秒以將熔融金屬轉變成最終卷材的相同生產線中制造熱處理和O狀態(tài)產品。因此，本發(fā)明的目的在于，提供制造鋁合金薄板的連續(xù)線內方法，該鋁合金薄板的性能接近或超過用常規(guī)方法提供的鋁合金薄板。
本發(fā)明的另一目的在于，提供更快速地制造鋁合金薄板的連續(xù)線內方法，以使廢料和處理時間最小化。
本發(fā)明的另一目的在于，提供以更有效和更經(jīng)濟的處理制造鋁合金薄板的連續(xù)線內方法。
通過以下的附圖、詳細說明和所附的權利要求書，本發(fā)明的這些和其它目的將變得更加明顯。


通過以下附圖進一步解釋本發(fā)明。
圖1是一個實施方案中的本發(fā)明方法的步驟的流程圖；圖2是用于實施本發(fā)明方法的裝置的一個實施方案的示意圖；圖3是用于實施本發(fā)明方法的裝置的另一實施方案。該生產線配備有四個軋機以達到更精細的最終規(guī)格。
圖4a是說明與由DC鑄錠制造并經(jīng)過線外熱處理的薄板相比的、線內制造的6022-T43薄板(0.035英寸規(guī)格)的等雙軸拉伸性能的曲線圖。
圖4b是說明與由DC鑄錠制造并經(jīng)過線外熱處理的薄板相比的、線內制造的6022-T4合金的等雙軸拉伸性能的曲線圖。
圖5是e涂敷后的樣品804908(T43狀態(tài)狀態(tài)的合金6022)的照片。
圖6a是說明不經(jīng)過預淬火的線內軋制到0.035英寸規(guī)格的合金6022的晶粒尺寸的照片。
圖6b是說明線內軋制到0.035英寸規(guī)格的合金6022的晶粒尺寸的照片。
圖7a顯示沿橫切面的合金6022的鑄態(tài)組織。
圖7b由兩個照片構成，表示沿橫切面的鑄態(tài)條件的合金6022的表面和殼層組織。
圖7c是沿橫切面的鑄態(tài)條件的合金6022中心區(qū)域組織的照片。
圖7d包括兩個照片，顯示了合金6022鑄態(tài)組織橫向中心區(qū)的孔隙和組分(即AlFeSi顆粒)。
圖8顯示沿橫向的Al+3.5％Mg合金的鑄態(tài)顯微組織。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種以連續(xù)線內序列制造鋁合金薄板的方法，該方法包括以下步驟(i)提供連續(xù)鑄造的鋁合金帶材作為原料；(ii)任選地將原料淬火到優(yōu)選的熱軋或溫軋溫度；(iii)將淬火原料熱軋或溫軋到期望的最終厚度；(iv)根據(jù)合金和希望的狀態(tài)對原料進行線內退火或固溶熱處理；和(v)任選地將原料淬火，然后，優(yōu)選對其進行張力平整和卷取。本方法得到具有希望的尺寸和性能的鋁合金薄板。在優(yōu)選實施方案中，將鋁合金薄板卷取以備后用。這種步驟序列反映在圖1的流程圖中，該圖顯示了任選地穿過剪切和修整站2、任選地淬火以便溫度調整4、被熱軋6以及任選地被修整8的連續(xù)鑄造鋁合金帶材原料1。這時或者對原料進行退火16然后進行適當?shù)拇慊?8并可選卷取20以產生O狀態(tài)產品22，或者進行固溶熱處理10然后進行適當?shù)拇慊?2并可選卷取14以產生T狀態(tài)產品24。從圖1可以看出，加熱步驟和隨后的淬火步驟的溫度將根據(jù)希望的狀態(tài)而變化。
這里使用的術語“退火”是指導致金屬發(fā)生再結晶由此產生均勻的可成形性并有助于凸耳(earing)控制的加熱過程。在對鋁合金退火中使用的典型溫度的范圍為600～900。
這里使用的術語“固溶熱處理”是指在高溫下對金屬保溫以便引起合金元素的第二相粒子溶解到固溶體中的冶金過程。在固溶熱處理中使用的溫度一般高于在退火中使用的溫度，其范圍最高達到約1060。然后，通過金屬的淬火保持該條件以便通過受控析出(時效)強化最終產品。
這里使用的術語“原料”是指帶材形式的鋁合金?？梢酝ㄟ^本領域技術人員公知的許多連續(xù)鑄造技術制備在本發(fā)明實施中使用的原料。在授權給Wyatt-Mair和Harrington的US5496423中說明了制造帶材的優(yōu)選方法。在共同待決的申請序列號10/078638(現(xiàn)在的美國專利6672368)和10/377376中說明了另一優(yōu)選方法，它們均轉讓給本發(fā)明的受讓人。連續(xù)鑄造的鋁合金帶材的厚度范圍優(yōu)選為約0.06～0.25英寸，更優(yōu)選約0.08～0.14英寸。典型地，根據(jù)希望的連續(xù)處理以及薄板的最終用途，鑄造帶材將具有最大約90英寸的寬度。
現(xiàn)在參照圖2，示意顯示在實施本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案中使用的優(yōu)選裝置。將待鑄造的熔融金屬保持在熔爐存儲容器31、33和35中，使其穿過槽36，并通過脫氣裝置37和過濾裝置39進一步制備。中間包41將熔融金屬供給連鑄機45。從鑄機45形成的金屬原料46穿過可選的用于邊緣修整和橫向切割的剪切47和修整49站，然后，將其傳遞至淬火站51以便進行軋制溫度的調整。當該過程中斷時剪切站運轉；在運行時，開動剪切。
在可選的淬火51后，原料46穿過軋制機53，該原料46以所需的最終厚度從該軋制機51排出。原料46穿過厚度規(guī)54、形狀計55、被任選地修整57，然后在加熱器59中退火或固溶熱處理。
在加熱器59中退火/固溶熱處理后，原料46穿過輪廓量規(guī)61，并任選地在淬火站63中進行淬火。其它步驟包括在站65中使原料46穿過張力平整機以使薄板平整，和在站67中對其進行表面檢查。然后在卷取站69中將得到的鋁合金薄板卷取。從鑄機到卷取機的加工線的總長約為250英尺。從熔融金屬到線材卷的總加工時間因此為約30秒。
在本發(fā)明的實施中可使用任何種類的淬火設備。典型地，淬火站是其中將液態(tài)或氣態(tài)形式的冷卻流體噴到熱原料上以快速降低其溫度的淬火站。適合的冷卻流體包括水、空氣和諸如二氧化碳的液化氣體等。優(yōu)選快速實施淬火以快速降低熱原料的溫度以防止合金元素從固溶體中大量析出。
典型地，站51中的淬火將從連鑄機產生的原料的溫度從約1000降低到希望的熱軋或溫軋溫度。典型地，原料將以約400～900的溫度離開站51處的淬火。為此目的可使用噴水或空氣淬火。
典型在約400～1020、更優(yōu)選700～1000的溫度范圍內實施熱軋或溫軋53。由本發(fā)明的熱軋步驟實現(xiàn)的厚度減小的程度是想要達到所需的最終規(guī)格。這典型包括約55％的減薄，并且，調整帶材的鑄態(tài)規(guī)格，以實現(xiàn)這種減薄。由于薄板在軋制過程中被軋輥冷卻，因此軋制站的出口處薄板的溫度為約300～850、更優(yōu)選550～800。
優(yōu)選地，從軋制站53產生時的原料厚度將為約0.02～0.15英寸，更優(yōu)選約0.03～0.08英寸。
在加熱器59中實施的加熱由合金和最終產品中希望的狀態(tài)確定。在一個優(yōu)選實施方案中，對于T狀態(tài)，將在高于約950、優(yōu)選約980～1000的溫度下對原料進行線內固溶熱處理。實施加熱持續(xù)約0.1～3秒、更優(yōu)選約0.4～0.6秒的時段。
在另一優(yōu)選實施方案中，當希望O狀態(tài)時，原料將只需要退火，根據(jù)合金這可以在典型約700～950、更優(yōu)選約800～900的較低溫度下實現(xiàn)。再次實施加熱約0.1～3秒、更優(yōu)選約0.4～0.6秒。
類似地，站63上的淬火將取決于最終產品中希望的狀態(tài)。例如，已經(jīng)過固溶熱處理的原料將被淬火、優(yōu)選空氣淬火和水淬，且被淬火到約110～250、優(yōu)選約160～180，然后卷取。優(yōu)選地，站63中的淬火是水淬或空氣淬火或組合淬火，在該組合淬火中，首先施加水以將薄板的溫度變?yōu)閯倓偢哂谌R頓弗羅斯特(Leidenfrost)溫度(對于許多鋁合金為約550)，然后繼續(xù)空氣淬火。這種方法將結合水淬的快速冷卻的優(yōu)點和空氣噴射的低應力淬火，這種低應力淬火將在產品中提供高品質的表面并將使畸變最小化。對于熱處理后的產品，優(yōu)選200或更低的出口溫度。
已被退火而非熱處理的產品將被淬火，優(yōu)選空氣淬火和水淬，并淬火到約110～720，對于一些產品優(yōu)選淬火到680～700，對于在冷卻過程中發(fā)生金屬間化合物析出的其它產品淬火到200附近的低溫，然后卷取。
雖然以具有單一步驟的熱軋或溫軋以達到所需的最終規(guī)格的一個實施方案說明了本發(fā)明的方法，但考慮其它實施方案，可以使用熱軋、冷軋的任意組合以達到較薄的規(guī)格，例如約0.007～0.075英寸的規(guī)格。用于薄規(guī)格的軋制機配置可包含熱軋步驟，隨后根據(jù)需要包含熱軋和/或冷軋步驟。在這種配置中，退火和固溶熱處理站位于達到最終規(guī)格之后，隨后是淬火站。根據(jù)需要，附加的線內退火步驟和淬火可位于各軋制步驟之間用于中間退火以及保持固溶體中的溶質。在任何這種配置中需要包含熱軋之前的預淬火，用于調整帶材溫度以便控制晶粒尺寸。預淬火步驟是具有熱脆性的合金的先決條件。
圖3示意顯示了實施附加的加熱和軋制步驟的許多替代性實施方案其中之一的裝置。在爐80內加熱金屬，并且熔融金屬保持在熔爐存儲容器81、82中。熔融金屬穿過槽84，并進一步通過脫氣裝置86和過濾裝置88進行制備。中間包90將熔融金屬供給連鑄機92，該連鑄機92示例為帶式連鑄機，但不限于此。從鑄機92形成的金屬原料94穿過可選的用于邊緣修整和橫向切割的剪切96和修整98站，然后，將其傳至可選的淬火站100以便進行軋制溫度的調整。
在淬火100后，原料94穿過熱軋機102，該原料94以中間厚度從該熱軋機102形成。原料94然后受到附加的熱軋104和冷軋106、108以達到所希望的最終規(guī)格。
原料94然后任選地被修整110、然后在加熱器112中退火或固溶熱處理。在加熱器112中退火/固溶熱處理后，原料94任選地穿過輪廓量規(guī)113，并任選地在淬火站114中淬火。得到的薄板經(jīng)受x射線116、118和表面檢查120，并然后任選地卷取。
適用于可熱處理合金的鋁合金包括但不限于2XXX、6XXX和7XXX系列的鋁合金。適合的不可熱處理合金包括但不限于1XXX、3XXX和5XXX系列的鋁合金。本發(fā)明還適用于對鑄造、軋制和線內加工具有寬的操作窗口的新型和非常規(guī)合金。
(實施例)以下的實施例目的在于解釋本發(fā)明，并且不應以為以任何方式限定本發(fā)明。
實施例1可熱處理合金的線內制造。通過本發(fā)明的方法對可熱處理鋁合金進行線內處理。鑄件的組成選自用于汽車面板的6022合金的范圍。熔體的分析如下元素重量百分比Si 0.8Fe 0.1Cu 0.1Mn 0.1
Mg0.7以250英尺每分鐘的速度將合金鑄造為0.085英寸的厚度，并在一個步驟中通過熱軋線內處理為0.035英寸的最終規(guī)格，然后加熱到980的溫度持續(xù)1秒鐘用于固溶熱處理，然后通過噴水淬火到160并卷取。然后從卷材的最外卷獲取樣品用于評價。使得一組樣品在室溫下穩(wěn)定化4～10天以達到T4狀態(tài)。第二組在穩(wěn)定化之前在180的溫度下進行特定的預時效處理8小時。該特定的狀態(tài)稱為T43。通過包含對卷邊的響應、單軸拉伸、等雙軸拉伸(液壓膨脹)和汽車涂料烘烤循環(huán)中的時效的幾種試驗評價樣品的性能。將獲得的結果與通過常規(guī)鑄錠方法制成的相同的合金薄板上獲得的結果相比較。來自液壓膨脹試驗的變形試樣還進行模擬汽車著色循環(huán)以檢查表面品質和對著色的響應。在所有這些方面，通過本發(fā)明線內制造的薄板性能與鑄錠方法的薄板一樣好或更好。
表1通過本發(fā)明線內制造的6022-T43薄板的拉伸性能。在ASTM試樣上9天自然時效后進行測量。鑄件號031009

注1.在制造后通過在單獨的爐子中將樣品保持在180F的溫度下持續(xù)8小時，獲得T43狀態(tài)。制造和樣品進入爐子之間的時間少于10分鐘。
表1中顯示出與從鑄錠制造的薄板的典型拉伸試驗結果相比較的T43狀態(tài)薄板的拉伸試驗的結果。注意，在所有的方面，通過本發(fā)明制造的薄板的性能都超過客戶要求，并具有與相同狀態(tài)的常規(guī)薄板的性能非常好的可比性。關于通過r值測量的性能的各向同性，例如，與鑄錠的0.668相比，本發(fā)明薄板獲得0.897。在這些試驗中，還發(fā)現(xiàn)通常更高的應變硬化系數(shù)0.27(比較而言，鑄錠為0.23)。這兩個發(fā)現(xiàn)均十分重要，因為它們表明本發(fā)明薄板具有更好的各向同性以及更能夠在成形操作中抵抗薄化(thinning)。還對T4狀態(tài)的薄板樣品施加了類似的觀察。
在28天的室溫時效后進行平整卷邊試驗。在這些試驗中，與客戶說明書中要求的7％相比，施加11％的預拉伸。如表2所示，即使在這些更嚴格的條件下，所有樣品也都獲得了2或1的合格等級。在類似的測試中，從鑄錠制成的薄板在縱向的折邊中表現(xiàn)出2～3的平均值，并在橫向折邊中表現(xiàn)為2的平均值。這表明線內制造的薄板具有優(yōu)異的可折邊能力。制造后在鹽浴中對一些樣品進行線外固溶熱處理。當測試時，如表2所示，這些樣品也表現(xiàn)出優(yōu)異的卷邊性能。
表20.035英寸規(guī)格的合金6022(鑄件號030820)自然時效28天后的平整邊等級(在11％預拉伸)

注1.制造后通過在單獨的爐子中將樣品保持在180F的溫度持續(xù)8小時，獲得T43狀態(tài)。制造和樣品進入爐子之間的時間少于10分鐘。
2.對卷邊的要求在7％預拉伸時等級為2或更小。
從圖4a和圖4b的應力應變曲線可以看出，在通過液壓膨脹進行的等雙軸拉伸中，線內制造的薄板的性能與從鑄錠制成的薄板的性能相當。在T4和T43狀態(tài)中均進行這種觀察。該試驗中的性能特別重要，這是因為，眾所周知，由于存在粗大金屬間化合物粒子的中心線偏析，因此連續(xù)鑄造材料在該試驗中一般性能不佳。
通過在338的烘箱中保持樣品20分鐘(Nissan循環(huán))評價對涂料烘烤循環(huán)的響應。如表3所示，通過這種處理樣品的拉伸屈服強度最高增加13ksi。在所有的情況下，在T43狀態(tài)中容易滿足需要的最低值27.5ksi。該狀態(tài)中的總響應與從DC鑄錠制成的薄板的平均性能相當。如期望的那樣，T4狀態(tài)樣品在這一方面多少令人不滿意。
表3以0.035英寸的軋制規(guī)格在Reno中制造的合金C710的涂料烘烤響應。鑄件序號030820。Nissan/Toyota涂料烘烤循環(huán)2％拉伸，338F/20分鐘。要求的TYS最低27.5ksi。

注1.對于T43狀態(tài)將樣品保持在180F的溫度下持續(xù)8小時(淬火時效)。
2.樣品804912和804914在指示的條件下實施實驗室固溶熱處理隨后水淬。
對變形的液壓膨脹試樣進行表面品質檢查，沒有發(fā)現(xiàn)諸如桔皮、泡疤等不希望有的特征。選擇的膨脹樣品進行模擬汽車涂料循環(huán)。圖5顯示了優(yōu)異的著色表面品質，沒有涂料刷紋、泡疤或線性特征。
對最終規(guī)格的薄板進行晶粒尺寸檢查，如圖6所示，發(fā)現(xiàn)沿縱向具有27μm的平均晶粒尺寸，沿厚度方向具有36μm的平均晶粒尺寸。這明顯比從鑄錠制成的薄板的典型情況50～55μm細。由于細的晶粒尺寸被認為一般是有益的，因此通過本方法制造的薄板的良好/優(yōu)異性能部分源自這種因素。已發(fā)現(xiàn)，通過在軋制帶材前將其快冷到約700，可以在本方法中獲得更細的晶粒尺寸。圖6a和圖6b中示出這種效果，其中，并排示出兩個樣品。冷卻樣品(6b)的晶粒尺寸沿縱向為20μm，沿橫向為27μm，分別比在沒有預淬冷卻的薄板(6a)中觀察到的晶粒尺寸細7μm和9μm。
將鑄態(tài)帶材的樣品淬火并且進行金相檢查，以進一步理解薄帶材鑄造的益處。如圖7a所示，樣品表現(xiàn)出具有耐蝕鋁合金(Alcoa)帶材鑄造處理的特征的三層結構。如圖7b所示，帶材的表面干凈(沒有熔離(liquation)、泡疤(blister)或其它表面缺陷)，具有細的顯微組織。與通過Hazelett帶式連鑄機或輥式連鑄機(roll caster)連續(xù)鑄造的材料不同，本方法的帶材沒有表現(xiàn)出粗大金屬間化合物的中心線偏析。相反，如圖7c所示，最后凝固的液體在覆蓋約25％的斷面的中心區(qū)域中的晶粒之間形成了細的第二相粒子。在本方法中不存在明顯的中心線偏析提供良好的觀測機械性能，在等雙軸拉伸試驗中尤其如此。如圖7d所示，觀測的大多數(shù)第二相粒子是平均尺寸＜1μm的AlFeSi相。如圖7b所示，在樣品的中心區(qū)域中看到一些Mg2Si粒子，但在外“殼層”中沒有觀察到。這表明，鑄造機中的快速凝固能夠在組織的外部區(qū)域中的溶體中保持溶質。這種因素與帶材的細的整體顯微組織(參見表4)一起使得能夠在明顯比從DC鑄錠制備的薄板所需要的1060低的固溶熱處理溫度950～980下完全溶解所有的溶質。
表4在合金C710(鑄件序號030820)的鑄態(tài)樣品中發(fā)現(xiàn)的組成粒子和孔隙的特性

注1.組分主要是AlFeSi相。在中心區(qū)域中還看到少量的Mg2Si。
2.每個結果是20個不同的畫面的平均值。
實施例2不可熱處理合金的線內制造。通過本發(fā)明的方法對不可熱處理鋁合金進行處理。鑄件的組成選自用于汽車內部面板和增強板的5754合金的范圍。熔體的分析如下元素 重量百分比Si 0.2Fe 0.2Cu 0.1Mn 0.2Mg 3.5將合金以250英尺每分鐘的速度鑄造為0.085英寸的帶材厚度。帶材首先通過位于軋制機之前的噴水器冷卻到約700，然后立即在一個步驟中通過熱軋被線內處理為0.040英寸的最終規(guī)格，然后被加熱到900的溫度持續(xù)1秒鐘用于再結晶退火，然后通過噴水被淬火到190并被卷取。通過單軸拉伸試驗并通過有限拱頂高度(limitingdome height)(LDH)評價樣品的性能。
拉伸試驗的結果示于表5中。試樣沿縱向的TYS和延伸率分別為15.2ksi和25.7％，大大高于對合金5754要求的最低值12ksi和17％。UTS值為35.1ksi，在規(guī)定為29～39ksi的范圍的中間。在有限拱頂高度試驗中，測得0.952英寸的值，滿足要求的最低值0.92英寸。這些值與從DC鑄錠制備的薄板所報道的典型性能相當。本發(fā)明的薄板具有更高的延伸率、更高的UTS和更高的應變硬化系數(shù)n。期望有更高的各向異性值r，但在該樣品的測試中未得到驗證。與DC薄板的0.92相比，r值為0.864。
對最終規(guī)格的薄板進行晶粒尺寸檢查，發(fā)現(xiàn)具有11～14μm的平均晶粒尺寸(ASTM 9.5)。這明顯比從鑄錠制成的薄板的典型情況16μm細。由于細的晶粒尺寸被認為一般是有益的，因此通過本方法制造的薄板的良好/優(yōu)異性能的一部分源自這種因素。
鑄態(tài)帶材的樣品被淬火并進行金相檢查。盡管化學組成不同，但如圖8所示，該鑄態(tài)樣品表現(xiàn)出與上面對合金6022說明的相同的三層結構。這證實了使得本發(fā)明所述帶材能夠線內處理的三層精細的顯微結構是耐蝕鋁合金帶材鑄造處理的特征。
還研究了制造路徑的變體。如表5所示，在一個試驗中，在沒有線內退火的情況下線內制造0.049英寸規(guī)格的薄板。然后在975的溫度下在鹽浴中對樣品線外快速退火15秒，然后水淬。該樣品表現(xiàn)出與上述用線內退火制造的板材相當?shù)念愃菩阅芎透遰值。這種等效性證實了線內制造能夠開發(fā)出O狀態(tài)合金的全面性能。在另一試驗中，帶材被線內熱軋到0.049英寸規(guī)格，并被淬火到160，沒有線內退火。如表5所示，然后將其冷軋到0.035英寸規(guī)格并在950的溫度下將其快速退火15秒。該薄板也顯示出良好的機械性能。這些觀察表明，熱軋和冷軋可與線內最終退火組合以通過本發(fā)明制作O狀態(tài)產品的寬厚度范圍的薄板。
表5通過本發(fā)明線內處理的Al-3.5％Mg AX合金的單軸拉伸試驗結果 1.5754的鋁業(yè)協(xié)會(AA)登記要求。TYS等于12ksi(L)(最低)，UTS＝29～39ksi(L)，延伸率最低17％(L)，LDH等于0.92英寸(最低)。
2.分別在950和975F的溫度下在鹽浴中對樣品805314和805035線外退火15秒，然后在水中對它們進行淬火。
實施例3不可熱處理超高Mg合金的線內制造。通過本發(fā)明的方法對Al-10％Mg合金進行處理。熔體的組成如下元素 重量百分比Si 0.2Fe 0.2Cu 0.2Mn 0.3Mg 9.5將合金以230英尺每分鐘的速度鑄造為O.083英寸的帶材厚度。帶材首先通過位于軋制機之前的噴水器冷卻到約650。然后立即在一個步驟中將其線內熱軋為0.035英寸的最終規(guī)格，然后在860的溫度下退火1秒鐘用于再結晶，并噴水淬火到190。然后將薄板卷取。通過對從卷材的最后幾圈取下的ASTM-4d樣品進行單軸拉伸試驗，評價O狀態(tài)的板材的性能。在縱向上，樣品表現(xiàn)出分別為32.4和58.7ksi的TYS和UTS值。這些比對類似合金報道的強度水平高約30％極高的強度水平伴隨有較高的延伸率32.5％的總延伸率和26.6％的均勻延伸率。這些樣品表現(xiàn)出～10μm尺寸的非常細的晶粒組織。
實施例4可循環(huán)汽車薄板合金的線內制造。通過本發(fā)明的方法對Al-1.4％Mg合金進行處理。熔體的組成如下元素 重量百分比Si0.2Fe0.2Cu0.2Mn0.2Mg1.4將合金以240英尺每分鐘的速度鑄造為0.086英寸的帶材厚度。在一個步驟中將其軋制為0.04英寸的規(guī)格，在950的溫度下快速退火，然后進行水淬并進行卷取。以兩種不同的方式完成軋制薄板的淬火以通過不同的后淬火63設置獲得O狀態(tài)和T狀態(tài)。對于T狀態(tài)，通過淬火53將帶材預淬火到約700F，然后溫軋到規(guī)格，并將其后淬火到170F(表6中的樣品#804995)。在第二種情況下，將薄板后淬火到約700F并溫熱卷取以產生O狀態(tài)。通過溫軋(樣品804997)和熱軋(樣品804999)完成O狀態(tài)卷材。
通過對ASTM-4d樣品進行單軸拉伸試驗并通過液壓膨脹試驗評價薄板的性能。如表6所示，在T狀態(tài)中，薄板表現(xiàn)出的拉伸屈服強度、極限拉伸強度和延伸率值遠高于對O狀態(tài)的合金5754的要求，并與可在通過常規(guī)鑄錠方法制成的薄板中得到的性能一樣好。如圖8所示，在液壓膨脹試驗中，T狀態(tài)AX-07的性能也非常接近合金5754。這表明通過本發(fā)明的方法制成的T狀態(tài)的AX-07可用于代替汽車應用中的內部車身部件和加強件中的5754薄板。這種替代具有這樣一種優(yōu)點，即，由于較低的Mg含量，使得不需要分選就可將這些部件再生為用于汽車外部車皮部件的6xxx系列合金。
還對通過本方法制造的O狀態(tài)狀態(tài)的樣品進行測試。在這種狀態(tài)中，強度水平較低，屈服強度約為8.8ksi，抗拉強度約為23ksi。從圖8可看出，液壓膨脹試驗中的性能提高到等于常規(guī)5754的水平。這種回火因此提供在較低壓力負載下更容易形成的材料。
雖然以上為了解釋描述了本發(fā)明的特定實施方案，但本領域技術人員容易理解，在不背離由所附的權利要求書限定的本發(fā)明的情況下，可以對本發(fā)明的細節(jié)作出大量變化。
權利要求
1.一種以連續(xù)線內序列制造鋁合金薄板的方法，包括以下步驟(i)提供連續(xù)鑄造的鋁合金帶材作為原料；(ii)對原料進行熱軋或溫軋；和(iii)根據(jù)合金和希望的狀態(tài)在線內對原料進行退火或固溶熱處理，以產生鋁合金薄板。
2.根據(jù)權利要求1的方法，還包括在步驟(ii)中的軋制之前對原料進行淬火。
3.根據(jù)權利要求1的方法，還包括對鋁合金薄板進行張力平整和卷取。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中，連續(xù)鑄造鋁合金帶材具有約0.06～0.25英寸的厚度。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其中，連續(xù)鑄造鋁合金帶材具有約0.08～0.14英寸的厚度。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中，在約400～1020的溫度下實施步驟(ii)中的熱軋或溫軋。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其中，原料在從步驟(ii)中的軋制離開時具有約300～850的溫度。
8.根據(jù)權利要求2的方法，其中，淬火是水淬。
9.根據(jù)權利要求2的方法，其中，原料在約400～900的溫度下離開淬火步驟。
10.根據(jù)權利要求1的方法，其中，在步驟(ii)的熱/溫軋后的原料的厚度為約0.02～0.15英寸。
11.根據(jù)權利要求1的方法，其中，在步驟(iii)中，在約700～950的溫度下對原料進行線內退火。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中，實施退火持續(xù)約0.1～3秒。
13.根據(jù)權利要求11的方法，還包括在步驟(iii)后將原料淬火到約110～720的溫度。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其中，淬火是水淬和空氣淬火的組合。
15.根據(jù)權利要求11的方法，其中，鋁薄板具有約0.02～0.15英寸的厚度。
16.根據(jù)權利要求1的方法，其中，在步驟(iii)中在約800～1060的溫度下對原料進行線內固溶熱處理。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中，實施固溶熱處理持續(xù)約0.1～3秒。
18.根據(jù)權利要求16的方法，還包括在步驟(iii)后將原料淬火到約110～250的溫度。
19.根據(jù)權利要求18的方法，其中，淬火是空氣淬火。
20.根據(jù)權利要求16的方法，其中，鋁合金薄板具有約0.02～0.15英寸的厚度。
21.根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述鋁合金選自1XXX、2XXX、3XXX、5XXX、6XXX和7XXX系列的合金。
22.根據(jù)權利要求21的方法，還包括在淬火之前移動鑄造帶材穿過修整站的步驟。
23.根據(jù)權利要求1的方法，在步驟(iii)中的退火或固溶熱處理之前，除了步驟(ii)中的軋制外，還包括一個或多個熱軋或冷軋步驟。
24.根據(jù)權利要求23的方法，在所述各熱軋或冷軋步驟之間，還包括一個或多個附加的淬火步驟。
25.根據(jù)權利要求23的方法，在所述各熱軋或冷軋步驟之間，還包括一個或多個加熱步驟。
26.根據(jù)權利要求23的方法，其中，鋁合金薄板具有約0.007～0.075英寸的厚度。
全文摘要
提供在連續(xù)線內處理中制造鋁合金薄板的方法。將連續(xù)鑄造鋁合金帶材線內任選地淬火、熱軋或溫軋、退火或熱處理、任選地淬火、并優(yōu)選進行卷取，并具有達到希望的規(guī)格所需的附加熱軋、溫軋或冷軋步驟。該處理可用于在短得多的處理時間內制造具有希望性能的T或0韌性的鋁合金薄板。
文檔編號C22F1/04GK1942595SQ200580010951
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月11日 優(yōu)先權日2004年2月19日
發(fā)明者A·尤納爾, G·F·懷特-麥爾, D·A·小托米斯, D·W·迪蒙斯 申請人:美鋁公司