專利名稱：：一種高強度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及鋁合金，尤其涉及一種高強度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，屬于有色金屬
技術領域：
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背景技術：
：鋁及其合金由于具有密度小、耐腐蝕、彈性好、比強度和比剛度高、抗沖擊性能好、易表面著色、良好的加工成形性，以及易再回收等一系列優良特性，成為汽車輕量化最理想的材料。汽車熱交換系統(水箱散熱器、蒸發器、冷凝器、中冷器、暖風器、機冷器)輕量化是汽車輕量化的一個重點領域。自20世紀70年代以來，歐洲中高檔轎車熱交換系統的重量減少已超過50%，接近57kg，整車重量減少超過1%，燃油節省達0.1L/100km，節能效果明顯。鋁制散熱器的重量比傳統的銅合金散熱器輕3745%，熱交換率高12%，并且強度、耐腐蝕、釬焊等性能均能滿足使用要求，而且成本大大降低，己經取代銅合金而成為轎車散熱器的主要材料。隨著汽車工業及其他熱交換器行業的蓬勃發展與汽車保有量的上升，以及汽車鋁化率的不斷提高，汽車空調、散熱器等熱交換器用鋁合金(復合)箔的用量也在增加。2005年國內市場需求量達40000t，預計2010年我國全年汽車用鋁合金(復合)箔用量將突破70000t，由此可見，鋁合金(復合)箔產品的發展前景非常看好。汽車熱交換器使用過程中要經受非常苛刻的道路環境影響、反復的熱循環和使用周期中產生的振動，因此要求鋁合金具有良好的強度、釬焊性、散熱性、耐蝕性，以及良好的抗下垂性能和優異的加工性能。變形A1-Mn系合金屬熱處理不可強化的鋁合金，其突出特點是耐蝕、導電、導熱性能好，且具有良好的反射性、非磁性、優良的焊接性能和加工性等，被廣泛地應用于包裝材料、熱交換材料、感光材料、裝飾材料、焊接材料等各方面。目前，國外加工企業(如Corus、Sapa等)主要選擇3003、3005、3103、3533等鋁錳系合金作為熱交換器用鋁合金(復合)箔的主要材料，產品多樣化、綜合性能良好，可滿足各種使用條件要求。由于新合金材料研發力量較薄弱以及設備和工藝的限制，國內目前主要還只是選用3003合金作為熱交換器用鋁合金，產品質量與國外相比有很大差距，在強度、耐蝕性、抗下垂性能等方面，還不能很好的滿足使用要求。
發明內容本發明的目的是提供一種高強度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，旨在有效解決國內現有Al-Mn合金材料強度較低、性能不穩定等綜合性能不能滿足使用要求等問題，尤其是抗拉強度、抗下垂性偏低的問題。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種高強度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于其成分的質量百分含量如下——Fe《0.7wt%,Si《0.5wt%，Mn1.01.6wt%，Cu0.10.3wt%，Mg0.30,7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，該合金其余組分為Al和不可避免的雜質。進一步地，上述的一種高強度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于所述鋁錳合金還含有Zr、Ti元素中的至少一種，且總含量小于0.02wt^。所述鋁錳合金在O狀態下的抗拉強度為135MPa以上、屈服強度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態下的抗拉強度為180MPa以上、屈服強度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm。更進一步地，一種高強度熱交換器用鋁錳合金的方法，其特征在于包括以下步驟——①首先將主原料熔化，在71077(TC溫度范圍內加入輔原料，熔體凈化后采用銅模鑄造，在銅模中一次短時冷卻，再在空氣中二次緩冷，鑄態晶粒具有較大尺寸，在制造過程中控制成分含量Si《0.5wt%，Fe《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，其余組分為Al和不可避免的雜質；②將得到的鑄坯均勻化處理后在47051(TC的加熱溫度進行熱軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，其總壓下量85%以上；③將熱軋帶材進行30043(TC的中間退火13h后進行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量70%以上；④將冷粗軋帶材進行35043(TC的中間退火13h后進行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量為3070%;⑤將冷精軋帶材分別進行37043(TC和25029(TC的成品退火，獲得O態和H24態的使用狀態產品。再進一步地，上述的一種高強度熱交換器用鋁猛合金的制造方法，所述的主原料為工業純鋁，輔原料為鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業純鋅、工業純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑。步驟①中，鑄態晶粒的尺寸為15mm。在步驟②熱軋加工過程中板材的晶粒被拉長，沿軋制方向成長條狀組織。在步驟③冷粗軋和步驟④冷精軋前將帶材進行不同溫度的退火，冷精軋板的組織成細長條狀且沿軋制方向分布。本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在①本發明選擇最佳的Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cr的組分含量，通過合金元素、組織的控制，顯著提高合金的強度和耐腐蝕性能；Mg元素的加入可明顯提高合金的強度，改善合金可焊性和抗蝕性，同時加入Zn元素可明顯補充強化；②以合適的鑄坯熔煉和冷卻條件、鑄坯的軋制加工條件和熱處理條件等先進的工藝手段進行生產制造，合金價格相對較低，生產效率高；③制造的成品在O狀態下的抗拉強度為135MPa以上、屈服強度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態下的抗拉強度為180MPa以上、屈服強度147MPa以上、延伸率7%以上；在600。C左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm,能很好地滿足熱交換器對材料性能的諸多要求；④本發明高強度熱交換器用鋁錳合金還具有優良的熱加工性，有利于生產制造，是生產熱交換器部件的理想材料。具體實施例方式為滿足熱交換器部件用材料所要求的種種特性，本發明提供一種高強度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，選擇最佳的Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cr的組分含量，以合適的鑄坯熔煉和冷卻條件、鑄坯的軋制加工條件和熱處理條件等先進的工藝手段進行生產制造，制造獲得的Al-Mn合金其抗拉強度、延伸率、抗下垂性等特性均能較好地滿足熱交換器對材料性能的諸多要求。高強度熱交換器用鋁錳合金，該鋁錳合金的成分含量為Si《0.5wt%，Fe《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%，合金中還含有Zr、Ti元素中的至少一種，且總含量小于0.02wt^;該鋁錳合金在O狀態下的抗拉強度為135MPa以上、屈服強度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態下的抗拉強度為180MPa以上、屈服強度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm。本發明鋁錳合金的各成分加入微量的Cr阻礙再結晶的形核和長大過程，對合金有一定的強化作用，還能改善合金韌性和降低應力腐蝕開裂敏感性，還可以抵消Cu對抗蝕性的不利影響。Mg元素的加入可明顯提高合金的強度，改善合金可焊性和抗蝕性。Zn單獨加入鋁中，在變形條件下對合金強度的提高十分有限，同時存在應力腐蝕開裂傾向，在鋁中同時加入Zn和Mg，對合金產生明顯的強化作用。Fe、Si是合金中的主要雜質元素，Fe、Si的加入會降低Mn的溶解度，使MnAl6轉變成(FeMn)Al6、Al(FeMn)Si，降低鋁合金的耐蝕性；Fe、Si元素含量對合金相和顯微組織有很大影響，對Mn的析出動力學也有顯著影響，因此必須嚴格控制Fe、Si含量。高強度熱交換器用鋁錳合金的制造工藝①首先將工業純鋁錠在710770。C熔化，加入鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業純鋅、工業純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑等，熔融凈化后進行澆鑄，利用鑄模進行一次冷卻后在空氣中緩冷，控制成分含量Si《0.5wt^，Fe《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30,7wt%，Zn0.050.3wt%，Cr0.050.15wt%;②將得到的鑄坯均勻化處理后在470510°C的加熱溫度進行熱軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，其總壓下量達到85%以上；③將熱軋帶材進行300430。C的中間退火l3h后進行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，其總壓下量達到70%以上；④將冷粗軋帶材進行350430。C的中間退火l3h后進行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，其總壓下量為3070%;⑤將冷精軋帶材分別進行370430"C和25029(TC的成品退火后獲得O態和H24態的使用狀態產品。本發明的制造工藝中合金原料為工業純鋁、鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業純鋅、工業純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑，采用電阻爐熔煉。值得注意的是，熔煉過程中需控制添加Mg、Zn時的熔體溫度和合金化時間，以減少Mg、Zn的燒損，合金化完成后需凈化處理再澆鑄。熔化鑄造后，進行熱軋加工。熱軋加工前，鑄錠需進行均勻化處理和銑面。熱軋時，加熱溫度應在470510。C的范圍，如果溫度超過上限溫度，將會發生過熱，并引發熱軋開裂，降低生產效率。在470510。C的溫度范圍內進行熱軋加工時，微小偏析及鑄造組織將會消失，在本發明的Fe、Si、Mg、Zn、Cu等元素含量范圍內，能得到組織均勻的軋制帶材，更理想的熱軋加工溫度為4卯'C左右。熱軋加工總壓下量達到85%以上，以保證后續加工的進行和優越產品性能的獲得。熱軋加工后，將熱軋帶材進行300430'C的中間退火13h后進行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，其總壓下量達到70%以上。將冷粗軋帶材進行35043(TC的中間退火13h后進行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，以及板型平整度，根據需要，其總壓下量為3070%。冷軋加工率不滿30%或大于70%時，合金的強度和抗下垂性能較差，不能達到使用要求，因此理想的加工率在3070%范圍內。所得到的冷精軋材料再分別進行370430'C和25029(TC的成品退火后獲得O態和H24態的使用狀態產品。該鋁錳合金在O狀態下的抗拉強度為135MPa以上、屈服強度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態下的抗拉強度為180MPa以上、屈服強度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂值小于5mm。實施例按照本發明，所熔煉合金的化學成分如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在合金的熔煉過程中，各個元素均有不同程度的燒損，其燒損率Mg:310%，Zn:512%，Mn:15%，Cr:03%，Cu:17%，各個元素的燒損要在配料的過程中給予補足。熔煉開始時先加入工業純鋁，開始加熱，待其熔化后先加入鋁硅中間合金、鐵齊U、鋁鉻中間合金、鋁錳中間合金、鋁銅中間合金，保溫1030min;之后加入鋅和鎂，待其熔化后保溫35min;全熔后保溫10min進行熔體凈化處理，處理結束后保溫5min澆鑄；使用銅模鑄造50xl60x400mm的鑄坯，利用鑄模進行一次冷卻后在空氣中緩冷。其后，各鑄坯均勻化處理銑面后在47051(TC的溫度范圍內加熱后，經熱軋使其厚度為5mm，從邊緣的裂紋來評價熱軋加工性。然后經30043(TC的中間退火13h后進行冷粗軋和冷精軋，使其最終厚度為0.3mm，最后進行成品退火，獲得0態和H24態產品。從以上所得到的帶材上剪取試驗片，進行抗拉強度、屈服強度、延伸率、抗下垂性能的測定，其中強度、延伸率指標按照國標GB/T228-2002測定，抗下垂性能參照日本低溫焊接委員會的抗下垂性試驗方法進行。以上所得到的結果記錄于表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>顯然，此A1-Mn合金具有優良的抗拉強度、延伸率和抗下垂性能等特性，且具有良好的熱加工性，有利于生產制造，是生產熱交換器部件的理想材料。以上僅是本發明的具體應用范例，對本發明的保護范圍不構成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護范圍之內。權利要求1.一種高強度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于其成分的質量百分含量如下——Fe≤0.7wt％，Si≤0.5wt％，Mn1.0～1.6wt％，Cu0.1～0.3wt％，Mg0.3～0.7wt％，Zn0.05～0.3wt％，Cr0.05～0.15wt％，該合金其余組分為Al和不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的一種高強度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于所述鋁錳合金還含有Zr、Ti元素中的至少一種，且總含量小于0.02wt/0o3.根據權利要求1所述的一種高強度熱交換器用鋁錳合金，其特征在于所述鋁錳合金在O狀態下的抗拉強度為135MPa以上、屈服強度37MPa以上、延伸率17%以上；在H24狀態下的抗拉強度為180MPa以上、屈服強度147MPa以上、延伸率7%以上；在60(TC左右的釬焊溫度下，下垂{直小于5mm。4.制造權利要求1所述的一種高強度熱交換器用鋁錳合金的方法，其特征在于包括以下步驟——①首先將主原料熔化，在71077(TC溫度范圍內加入輔原料，熔體凈化后采用銅模鑄造，在銅模中一次短時冷卻，再在空氣中二次緩冷，在制造過程中控制成分含量Si《0.5wt^，Fe《0.7wt%，Cu0.10.3wt%，Mn1.01.6wt%，Mg0.30.7wt%，Zn0.050.3wt%,Cr0.050.15wt%，其余組分為Al和不可避免的雜質；②將得到的鑄坯均勻化處理后在47051(TC的加熱溫度進行熱軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率，其總壓下量85%以上；③將熱軋帶材進行30043(TC的中間退火13h后進行冷粗軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量70%以上；④將冷粗軋帶材進行35043(TC的中間退火13h后進行冷精軋，在制造過程中控制道次變形量和總的加工率以及板型平整度，其總壓下量為3070%;⑤將冷精軋帶材分別進行37043(TC和25029(TC的成品退火，獲得0態和H24態的使用狀態產品。5.根據權利要求4所述的一種高強度熱交換器用鋁錳合金的制造方法，其特征在于所述的主原料為工業純鋁，輔原料為鋁錳中間合金、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、工業純鋅、工業純鎂、鋁鉻中間合金和鐵劑。6.根據權利要求4所述的一種高強度熱交換器用鋁錳合金的制造方法，其特征在于步驟①中，鑄態晶粒的尺寸為15mm。全文摘要本發明提供一種高強度熱交換器用鋁錳合金及其制造方法，成分含量Si≤0.5wt％，Fe≤0.7wt％，Cu0.1～0.3wt％，Mn1.0～1.6wt％，Mg0.3～0.7wt％，Zn0.05～0.3wt％，Cr0.05～0.15wt％。制備該合金的方法在工業純鋁錠熔體中，在不同溫度階段添加Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn等元素，對熔體凈化處理后，控制冷卻速度，鑄造獲得具有大尺寸鑄態晶粒的Al-Mn系合金錠；經均勻化處理后在470～510℃進行熱軋，再分別經過300～430℃中間退火1～3h，進行冷粗軋和冷精軋，變形量30～70％，獲得成品，經成品退火得到O處理態和H24處理態的使用狀態。該Al-Mn合金具有優良的抗拉強度、屈服強度、延伸率和抗下垂性能等特性，生產成本低，是熱交換器部件的理想生產材料。文檔編號C22C21/00GK101186986SQ20071019096公開日2008年5月28日申請日期2007年11月30日優先權日2007年11月30日發明者劉國金,潘琰峰,紀艷麗,郭富安申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司