本發(fā)明涉及一種用于制造汽車的半成品或構(gòu)件的鋁合金、一種用于由根據(jù)本發(fā)明的鋁合金制造帶材的方法、一種相應(yīng)的鋁合金帶或鋁合金板以及一種由鋁合金板組成的汽車的結(jié)構(gòu)部件。

背景技術(shù)：

汽車的半成品和構(gòu)件必須根據(jù)其在汽車中的使用位置和使用目的而滿足不同的要求。在生產(chǎn)這些用于汽車的半成品和構(gòu)件的過程中，鋁合金或由其制成的帶材和板材的成型特性起到?jīng)Q定性的作用。在之后在汽車中使用的情況下，強度值以及特別是耐腐蝕特性也具有重要的作用。

例如，在汽車的結(jié)構(gòu)部件(比如車門內(nèi)板)中機械特性主要由剛性所決定，剛性又首要取決于車門內(nèi)板的賦形。與之相應(yīng)地，抗拉強度例如具有較為其次的影響。但是也不允許用于車門內(nèi)板的材料過軟。相反地，良好的成型性對于將鋁合金材料應(yīng)用于汽車領(lǐng)域中而言是特別重要的，因為構(gòu)件和半成品在其制造過程中經(jīng)歷了非常復(fù)雜的成型過程。這特別涉及到的是構(gòu)件，其以一件式的鈑金外殼構(gòu)造方式而制成，例如具有集成的窗框區(qū)域的內(nèi)門板部分。與例如將接合成的鋁型材解決方案用于窗框相比，這類構(gòu)件通過省略接合操作而具有顯著的成本優(yōu)勢。目標例如為可以由鋁合金一件式地制造半成品或構(gòu)件并且在此使用盡可能少的成型操作。這要求待使用的鋁合金的成型性能的最大化。針對類似的用途而偶爾使用的AA5005類型的鋁合金(AlMg1)不滿足這些前提條件，因為該鋁合金由于在成型過程中的硬化不具有足夠的成型能力。

另外，耐腐蝕性也具有重要的作用，因為汽車的構(gòu)件常常暴露于汗水、噴灑水和冷凝水。因此，待使用的鋁合金應(yīng)盡可能的耐腐蝕，特別是在涂漆的狀態(tài)下耐晶間腐蝕和絲狀腐蝕。絲狀腐蝕理解為一種腐蝕類型，其在涂層的構(gòu)件中出現(xiàn)并且表現(xiàn)出絲狀的走向。絲狀腐蝕在存在氯離子的高空氣濕度的條件下出現(xiàn)。AA8006型鋁合金(AlFe1.5Mn 0.5)雖然具有足夠的強度和非常高的成型性，但是其易于受到絲狀腐蝕。因此，AA8006型合金較少地適用于涂層的、特別是涂漆的構(gòu)件，比如車門內(nèi)板。

目前尚未公開的國際申請PCT/EP2014/053323中已知一種作為AA8006型鋁合金的替代方案的鋁合金，其具有以下以重量％表示的合金組成成分：

Fe≤0.8％,

Si≤0.5％,

0.9％≤Mn≤1.5％,

Mg≤0.25％,

Cu≤0.20％,

Cr≤0.05％,

Ti≤0.05％,

V≤0.05％,

Zr≤0.05％,

剩余Al，不可避免的伴生元素，所述伴生元素單種≤0.05％，總量≤.15％，其中Mg和Cu的含量的總和滿足以下關(guān)系：

0.15％≤Mg+Cu≤0.25％。

已證明，該鋁合金特別是在其成型特性方面也仍是有待改進的。此外，當這種鋁合金混入具有汽車應(yīng)用中常使用的合金類型AA6XXX的Al-Mg-Si合金的廢物循環(huán)中時，高Mn含量可能導(dǎo)致在該鋁合金的循環(huán)利用過程中的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，由該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于制造汽車的半成品或構(gòu)件的鋁合金，其是能高度成型的、中強度的并且非常耐腐蝕。此外還提出了一種用于由相應(yīng)的鋁合金制造帶材的方法、一種鋁合金帶或鋁合金板及其用途以及一種汽車的結(jié)構(gòu)部件。

根據(jù)本發(fā)明的第一教導(dǎo)，上述目的通過一種用于制造汽車的半成品或構(gòu)件的鋁合金得以實現(xiàn)，其具有以下以重量％表示的合金組成成分：

0.6％≤Si≤0.9％,

0.6％≤Fe≤1.0％,

Cu≤0.1％,

0.6％≤Mn≤0.9％,

0.5％≤Mg≤0.8％,

Cr≤0.05％,

剩余Al和雜質(zhì)，雜質(zhì)單種最大為0.05重量％，總量最大為0.15重量％。

不同于目前的方式，該鋁合金由這樣的認知出發(fā)，即，AA6XXX合金類型的Al-Mg-Si合金在軟化退火后的狀態(tài)下具有非常好的成型性。但是它們對于目前的應(yīng)用而言過軟。0.6重量％的Si、0.6重量％的Fe、0.6重量％的Mn和0.5重量％的Mg這些強制性具有的合金元素的下限確保了鋁合金在軟化退火后的狀態(tài)下可以提供足夠的強度。0.9重量％的Si、1.0重量％的Fe、0.9重量％的Mn和0.8重量％的Mg這些上限防止了斷裂延伸率下降并由此使成型特性劣化。出于同樣的原因也將合金元素Cu限制到最大0.1重量％并且Cr限制到最大0.05重量％。通過設(shè)定的合金組成成分Si、Fe、Mg和Mn的組合由此確保了Al-Mg-Si合金的非常好的成型性能與提高的強度結(jié)合，而不會使延展性過多損失。這些研究顯示，所述給定的鋁合金在軟化退火后的狀態(tài)下滿足了對成型性和特別是對耐腐蝕性的要求并因此適用于制造汽車中的半成品或構(gòu)件。通過強制性具有的合金元素Si、Fe、Mn和Mg的上述范圍，按照本發(fā)明的鋁合金落入AA6XXX合金類型的Al-Mg-Si合金的類別中。當這種鋁合金混入具有汽車應(yīng)用中常使用的合金類型AA6XXX的Al-Mg-Si合金的廢物循環(huán)中時，這樣實現(xiàn)了這種鋁合金的改善的可再生性。

根據(jù)按照本發(fā)明的鋁合金的第一種實施方式，合金組成成分Si、Fe、Mn和Mg具有以下以重量％表示的含量：

0.7％≤Si≤0.9％,

0.7％≤Fe≤1.0％,

0.7％≤Mn≤0.9％以及

0.6％≤Mg≤0.8％。

通過提高Si、Fe、Mn和Mg的下限實現(xiàn)使鋁合金的強度進一步增加，而不會使由鋁合金制成的軟的板材或帶材的成型性能或斷裂延伸率劣化。

按照本發(fā)明的鋁合金另一個關(guān)于最大斷裂延伸率的改進由此得以實現(xiàn)，即，使合金組成成分Si、Fe、Mn和Mg具有以下以重量％表示的含量：

0.7％≤Si≤0.8％,

0.7％≤Fe≤0.8％,

0.7％≤Mn≤0.8％以及

0.6％≤Mg≤0.7％。

已發(fā)現(xiàn)，通過就合金組成成分Si、Fe、Mn和Mg這些必要含量而言的窄區(qū)間實現(xiàn)了在所獲得的強度和斷裂延伸率之間非常好的折衷，即，達到了鋁合金的成型性能。

雖然按照本發(fā)明的鋁合金具有良好的耐腐蝕特性，但是可以根據(jù)該鋁合金的另一個設(shè)計方案由此進一步改善耐晶間腐蝕的穩(wěn)定性，即，合金的Si含量比Mg含量多出最多0.2重量％、優(yōu)選最多0.1重量％。

根據(jù)按照本發(fā)明的鋁合金的另一種設(shè)計方案，通過將Cr含量進一步降低至最大為0.01重量％、優(yōu)選最大為0.001重量％的數(shù)值，可以進一步改善鋁合金的斷裂延伸率。已表明，鉻以非常低的濃度就已經(jīng)對斷裂延伸特性起到負面的作用。

將Cu含量減小至最大為0.05重量％、優(yōu)選最大為0.01重量％具有類似的效果，其中，同時通過減小Cu含量總體上降低了絲狀腐蝕或晶間腐蝕的傾向。

根據(jù)本發(fā)明的第二教導(dǎo)，上述目的通過一種用于由按照本發(fā)明的鋁合金制造帶材的方法得以實現(xiàn)，該方法包括以下方法步驟：

-鑄造軋制鑄錠，

-在500℃至600℃的溫度下均質(zhì)化至少0.5h，

-在280℃至500℃的溫度下、優(yōu)選在300℃至400℃的溫度下將該軋制鑄錠熱軋至3mm至12mm的厚度，

-在進行或不進行中間退火的條件下，以至少50％、優(yōu)選至少70％的軋制壓縮比冷軋至0.2mm至5mm的最終厚度，并且

-在箱式爐中，在300℃至400℃、優(yōu)選330℃至370℃的溫度下最終軟化退火至少0.5h、優(yōu)選至少2h。

在鑄造之后，在500℃至600℃的溫度下經(jīng)過至少0.5h、優(yōu)選至少2h而進行的均質(zhì)化用于為軋制鑄錠的進一步加工提供均勻的組織結(jié)構(gòu)。熱軋溫度在此實現(xiàn)了在熱軋過程中良好的重結(jié)晶，從而使該組織結(jié)構(gòu)在熱軋之后是盡可能顆粒精細的。通過冷軋僅僅使該顆粒精細的組織結(jié)構(gòu)拉伸長并且在最終軟化退火中再次重結(jié)晶。在不進行中間退火的制造過程中，通過該冷軋產(chǎn)生了在組織結(jié)構(gòu)中的特別大數(shù)量的位錯滑移(Versetzung)，該組織結(jié)構(gòu)在最終軟化退火過程中產(chǎn)生顆粒非常精細的完全重結(jié)晶的組織結(jié)構(gòu)。為此，軋制到最終厚度的軋制壓縮比在最終軟化退火之前必須相對于所追求的最終厚度為至少50％、優(yōu)選至少70％。

對組織結(jié)構(gòu)的顆粒精細性的另一個積極影響由此得以實現(xiàn)，即，根據(jù)按照本發(fā)明的方法的另一個設(shè)計方案，所述均質(zhì)化分兩個階段進行，其中，首先將軋制鑄錠經(jīng)過至少0.5h加熱至在550℃至600℃，并隨后將該軋制鑄錠經(jīng)過至少0.5h、優(yōu)選至少2h保持在450℃至550℃。隨后熱軋該軋制鑄錠。

耐腐蝕特性可以由此得以改善，即，在鑄造之后或在均質(zhì)化之后在頂面和底面上銑削該軋制鑄錠，從而從軋制鑄錠的頂面和頂面排出可能對耐腐蝕性產(chǎn)生負面影響的污染雜質(zhì)。

根據(jù)按照本發(fā)明的方法的另一個設(shè)計方案，在第一次冷軋之后，在300℃至400℃的溫度下、優(yōu)選在330℃至370℃的溫度下進行至少0.5h的中間退火，其中，在該中間退火之前或之后軋制壓縮比為至少50％、優(yōu)選至少70％。通過在中間退火之前或之后該選定的軋制壓縮比實現(xiàn)了：在中間退火的過程中使該組織結(jié)構(gòu)充分地完全重結(jié)晶。中間退火持續(xù)時間為至少0.5h、優(yōu)選至少2h。

如果該中間退火在330℃至370℃的溫度下進行，則確保了：由于升高的下限溫度330℃而發(fā)生充分的重結(jié)晶并同時通過減小的上限而實施有效的中間退火，該中間退火需要盡可能少的熱能。

根據(jù)本發(fā)明的第三教導(dǎo)，上述目的通過一種由按照本發(fā)明的鋁合金制成的鋁合金帶或鋁合金板得以實現(xiàn)，其中，該帶材具有0.2mm至5mm的厚度并且在軟化退火后的狀態(tài)下具有至少45MPa的屈服極限R_p0.2以及至少23％的均勻延伸率A_g和至少35％的斷裂延伸率A_80mm。特別是在給定的帶材的厚度結(jié)合合金組成成分并且由此得到的在軟化退火后的狀態(tài)下的機械特性的條件下，滿足了該鋁合金帶或鋁合金板能夠用于汽車中的構(gòu)件的前提條件，這些構(gòu)件除了非常好的成型特性之外還具有非常好的耐晶間腐蝕性或耐絲狀腐蝕性。這特別是也適用于涂漆或者覆層的構(gòu)件。

就此而言，按照本發(fā)明的鋁合金帶的應(yīng)用于制造汽車的半成品或構(gòu)件、特別是汽車的結(jié)構(gòu)部件的用途也實現(xiàn)了上述目的。特別是結(jié)構(gòu)部件可以以非常大的變形程度制造并且在無需特別復(fù)雜的成型操作的條件下可以采用非常復(fù)雜的形狀。特別是這些結(jié)構(gòu)部件也可以以涂漆的形式特別地耐腐蝕、特別是耐晶間腐蝕和絲狀腐蝕。

根據(jù)本發(fā)明的另一個教導(dǎo)，上述目的通過具有至少一個由按照本發(fā)明的鋁合金組成的成型板材的汽車的結(jié)構(gòu)部件、特別是汽車的車門內(nèi)板而實現(xiàn)。如上所描述的，研究已表明，按照本發(fā)明的鋁合金在軟化退火后的狀態(tài)下不僅提供了所要求的成型特性，而且還同時確保了必要的耐腐蝕性以及結(jié)構(gòu)部件的強度。

為了實現(xiàn)理想的成型程度，按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)部件由通過按照本發(fā)明的方法制造的帶材制成。已表明，通過按照本發(fā)明的方法可以過程可靠的方式達到該結(jié)構(gòu)部件的成型特性以及強度特性，從而實現(xiàn)了滿足上述前提條件的結(jié)構(gòu)部件的經(jīng)濟的生產(chǎn)。

附圖說明

在下文中，借助實施例結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。其中：

圖1示出了用于制造鋁合金帶的按照本發(fā)明的方法的第一個實施例的流程圖，

圖2示出了按照本發(fā)明的方法的另一個實施例的流程圖而且

圖3示意性示出了汽車的結(jié)構(gòu)部件的一個實施例。

具體實施方式

圖1以示意性的流程圖示出了第一個實施例。軋制鑄錠在第一個步驟2中例如以DC連續(xù)鑄造法或者以帶鑄法鑄造。在方法步驟4中隨后將坯件加熱到500℃至600℃的溫度上并且為了均質(zhì)化而在該溫度下保持至少0.5h、優(yōu)選至少2h。這樣均質(zhì)化后的軋制鑄錠隨后在280℃至500℃、優(yōu)選300℃至400℃的溫度下熱軋至3至12mm的最終厚度。隨后在步驟8中冷軋至最終厚度，隨后為根據(jù)步驟10的重結(jié)晶的最終軟化退火。為了在最終軟化退火過程中產(chǎn)生足夠的精細顆粒的組織結(jié)構(gòu)，在以一個或多個道次冷軋至最終厚度的過程中，軋制壓縮比必須共計至少50％、優(yōu)選至少70％。在步驟10中，最終軟化退火在箱式爐中在300℃至400℃、優(yōu)選在330℃至370℃的溫度下進行，在該最終軟化退火的過程中帶材再次重結(jié)晶。盡管按照本發(fā)明的合金組成成分是Mg、Si、Fe和Mn，但是將連續(xù)爐用于制造按照本發(fā)明的鋁合金帶是不可能的，因為由于不同的加熱和冷卻速度可能生成不同的組織結(jié)構(gòu)。

代替在沒有中間退火的條件下制造鋁合金帶，也可以根據(jù)步驟14在箱式爐中在300℃至400℃、優(yōu)選在330℃至370℃的溫度下進行中間退火，其中，既可以在中間退火之前也可以在中間退火之后確保至少50％、優(yōu)選70％的軋制壓縮比，從而在重結(jié)晶的最終軟化退火之后對組織結(jié)構(gòu)的顆粒精細程度產(chǎn)生積極的影響?？蛇x地也可以在步驟2中的軋制鑄錠的鑄造之后對軋制鑄錠的頂面和頂面進行根據(jù)步驟12的銑削，從而使在軋制鑄錠的制造中在鑄錠的邊緣處的污染雜質(zhì)對制成的產(chǎn)品的影響最小化。這特別是對構(gòu)件的耐腐蝕性有積極的影響。

圖2示出了另一個流程圖，其代替步驟4示出了均質(zhì)化的步驟16。均質(zhì)化對帶材或制成的構(gòu)件的所追求的最終組織結(jié)構(gòu)的顆粒精細程度有影響。為了進一步改善組織結(jié)構(gòu)的顆粒精細程度，均質(zhì)化以多階段式的方式實施。因此代替圖1中的步驟4，在圖2中實施均質(zhì)化步驟16。均質(zhì)化步驟16首先具有第一均質(zhì)化階段(步驟18)，其中，將銑削后或未銑削的軋制鑄錠加熱至550℃至600℃的溫度上經(jīng)過至少0.5h、優(yōu)選至少2h。在接下的步驟20中，這樣加熱后的軋制鑄錠冷卻至450℃至550℃的溫度上并且在該溫度保持至少0.5h、優(yōu)選至少2h，這在圖2中以步驟22示出。

替代性地，該軋制鑄錠也可以在第一均質(zhì)化階段18之后在步驟24中冷卻至室溫并在接下來的步驟26中加熱至第二均質(zhì)化的溫度。這例如在軋制鑄錠必須在均質(zhì)化步驟之間擱置的情況下是必要的?？蛇x地，在室溫下的該階段可以用于在頂面和底面上銑削該軋制鑄錠(步驟28)。在第二均質(zhì)化步驟22之后以上述說明的參數(shù)進行如圖1所示的熱軋。已表明，多階段式的均質(zhì)化、特別是兩階段式的均質(zhì)化促成最終產(chǎn)品中更精細的組織結(jié)構(gòu)。

提供了中強度并且非常高的變形性的鋁合金或鋁合金帶的按照本發(fā)明的效果借助10個實施例而證實。

首先，由不同的合金組成的10個不同的軋制鑄錠在DC連續(xù)鑄造中鑄造。在鑄造之后對應(yīng)于步驟12而銑削這些軋制鑄錠的頂面和底面。隨后進行兩階段式的均質(zhì)化，其中，首先將這些軋制鑄錠在600℃下保持3.5h并隨后在500℃下保持2h。在均質(zhì)化之后立即將這些軋制鑄錠直接在約500℃下熱軋成為具有8mm厚度的鋁合金熱軋帶材。8mm厚度的熱軋帶材隨后在不進行中間退火的情況下分別冷軋至1.5mm的最終厚度，即，以大于70％的軋制壓縮比。在箱式爐中，在350℃對具有1.5mm厚度的冷軋鋁合金帶進行1h重結(jié)晶的最終軟化退火。表1示出了所測試的不同的鋁合金。

表1

變型1至4以及9至10為不同于按照本發(fā)明的鋁合金的對比例。相反地，實施例5至8與按照本發(fā)明所要求保護的鋁合金組成成分相應(yīng)。

在這些這樣制成的、冷軋的鋁合金帶上測量屈服極限R_p0,2、抗拉強度R_m、均勻延伸率A_g、斷裂延伸率A_80mm和在拉伸過程中所達到的以毫米為單位的杯突深度SZ32。在根據(jù)DIN EN ISO 6892-1:2009的垂直于板材的軋制方向抗拉試驗中測量屈服極限R_p0,2以及抗拉強度R_m的數(shù)值。根據(jù)同樣的標準，通過根據(jù)DIN EN ISO 6892-1:2009,附錄B,形式2的扁平拉伸試驗樣本分別垂直于板材的軋制方向測量以百分比計的均勻延伸率A_g以及斷裂延伸率A_80mm。此外，例如在拉伸試驗SZ32中可以通過埃里克森杯突試驗(DIN EN ISO 20482)測量變形特性，其中測量壓頭抵抗板材擠壓，從而導(dǎo)致冷變形。在冷變形過程中測量壓頭的力和沖壓路徑，直到發(fā)生由于形成裂紋而造成的載荷降低。在現(xiàn)有的實施例中，以與板厚相協(xié)調(diào)的32mm的沖頭直徑和35.4mm的壓模直徑借助用于降低摩擦的特氟龍拉絲箔(Teflon-Ziehfolie)來實施杯突試驗。表2中示出了結(jié)果的總結(jié)。

表2

通過例如變型2與按照本發(fā)明的變型5至8的比較，這些實施例表明，通過提高Cu和Cr的含量而使Si、Fe、Mn、Mg的含量顯著降低會導(dǎo)致雖然屈服極限數(shù)值保持在45MPa以上，但是斷裂延伸率顯著降低至約30％。該效果也可以在僅Mn含量例如為1.0％的情況下得到證實，這已經(jīng)使斷裂延伸率A_80mm降低到35％以下(變型4)。變型9和10表明了降低Si、Fe、Mn和Mg的含量的效果。對比例9和10雖然表現(xiàn)出大于35％的斷裂延伸率A_80mm，但是41MPa的屈服極限低于按照本發(fā)明的實施例5至8。

按照本發(fā)明的實施例特別是在高變形程度下表現(xiàn)出非常好的變形特性，這可以從非常好的拉伸結(jié)果SZ32和在均勻延伸率A_g和斷裂延伸率A_80mm中的高延伸率數(shù)值看出。

對此可以看出，總體而言重要的是合金含量Si、Fe、Mn、Mg的相互關(guān)系，其中必須將組成成分Cr和Cu保持為特別低，優(yōu)選Cu含量≤0.05重量％、優(yōu)選≤0.01重量％而鉻含量≤0.01重量％、優(yōu)選≤0.001重量％。結(jié)合這些實施例的非常好的耐腐蝕性可以為汽車提供半成品和構(gòu)件、特別是結(jié)構(gòu)構(gòu)件，比如車門內(nèi)板，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件不僅確保符合應(yīng)用領(lǐng)域鑒于機械和化學(xué)性能方面的規(guī)格，而且可以通過較少的成型操作經(jīng)濟性地制造。

因此，按照本發(fā)明的鋁合金帶理想地適用于例如汽車的結(jié)構(gòu)部件，比如提供在圖3中示出的車門內(nèi)板30或用于其制造。該車門內(nèi)板由具有1.5mm厚度的按照本發(fā)明的鋁合金組成的板材制成，該板材僅通過成型操作而無需接合操作地提供窗框。