專利名稱：：Al-Mn鋁合金制成的機械強度提高的擠壓產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及A1-Mn鋁合金(按照鋁協(xié)會(AluminumAssociation)的命名規(guī)范為3000系)制成的機械強度提高的擠壓產(chǎn)品(produitfil6)，尤其涉及主要用于汽車結構中的管道或者熱交換器的管子。
背景技術：
：目前，在法國出售的車輛中，四分之三設置有空氣調(diào)節(jié)設備。到2020年，十分之九的車輛要進行空氣調(diào)節(jié)。汽車的空氣調(diào)節(jié)設備對氣候變化有著不可忽略的影響，這主要有兩個原因。第一個原因是它導致燃料的過量消耗。這在很大程度上取決于車輛類型以及如何使用空調(diào)，但據(jù)估計平均可達耗油量的7%。第二個原因與致冷劑的損耗有關。目前通常使用的致冷劑(HFC-R134a、CH2FCF3)對溫室效應的影響比等質量的二氧化碳(C02)高出約一千四百倍，通常認為，每輛車每年泄漏致冷循環(huán)的內(nèi)容物(約900g)的三分之一。當前許多研究致力于將空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的氫氟烴(HFC)替換為C02。雖然C02也是一種溫室效應氣體，但它的影響要比HFC小很多，這就能夠減小與泄漏有關的排放危害。使用C02作為致冷氣體的空氣調(diào)節(jié)器的運行是基于對氣體進行壓縮和減壓。壓縮機將C02壓縮至高壓狀態(tài)，然后其通過氣體冷卻器(通常稱為冷凝器，但是在這里，當致冷劑為C02時不發(fā)生冷凝)，然后進入內(nèi)部熱交換器(這樣即可與低壓區(qū)進行熱交換)?？偸菤怏w的C02于是流進降壓器，從降壓器中流出液體，這就使得能夠通過流經(jīng)蒸發(fā)器使駕駛室降溫。隨后低壓氣體逐漸積累，然后在內(nèi)部熱交換器中流通，并返回壓縮機進行新的循環(huán)。可利用鋁制的擠壓產(chǎn)品來制造熱交換器(氣體冷卻器、蒸發(fā)器)并且/或者制備可使致冷劑在致冷回路的不同部件之間流通的管道。由于C02必須采用很高的壓力，所以將其用作致冷劑是很困難的。實際上，與HFC-134a相比，C02的臨界溫度更低而臨界壓強更高，這使得空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)要在比目前使用的更高的壓強和溫度下運行，而不管是在回路的高壓部分還是低壓部分中。因此，在空氣調(diào)節(jié)回路中使用的材料應該比目前的材料更加堅固，同時在制造、成形、組裝和抗腐蝕性方面保持至少等同的性能。為了實現(xiàn)良好的致冷效果，需要將C02壓縮至大約100至200巴的強壓。因此，為了能夠將C02用作致冷劑，管道應該承受130-17(TC的高溫下200巴的工作壓強，這比目前的條件高大約5巴/6(TC。已經(jīng)提出一些合金用于制備將C02用作致冷氣體的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱交換器(氣體冷卻器、蒸發(fā)器)的平直管。JP2005-068557描述了一種合金，其組成為(重量％)Mn:0.8-2，Cu:0.22-0.6，Ti:0.01-0.2，F(xiàn)e:0.01-0.4，Zn《0.2，Sn《0.018，In《0.02。JP2007-070699描述了一種合金，其組成為(重量％)Si:0.31-0.7，F(xiàn)e:0.3-0.6，Mn:0.01-0.4，以及任選地Ti0.01-0.3，Zr0.05-0.3，Cr0.05-0.3。這些合金似乎不能達到某些所需的硬度性能，特別是當用作管道系統(tǒng)中的管時。另外，已知多種3XXX系合金可用于制造利用常規(guī)致冷氣體的空氣調(diào)節(jié)設備中的管子。ReynoldsMetals的專利申請WO97/46726涉及一種標號為X3030的合金，其組成為(重量％)Mn:0.1-0.5，Cu<0.03，Mg<0.Ol，Zn:0.06-1.O，Si:0.05-0.12，F(xiàn)e<0.50，Ti:0.03-0.30，Cr<0.50，余量為鋁。添加Zn和Ti有助于改善抗腐蝕性。Cr優(yōu)選保持在0.20%以下。同一公司的專利申請WO99/18250涉及一種標號為X3020的合金，該合金通過添加Mg(最高lX)和Zr(最高O.30%)而具有比X3030更加優(yōu)良的可成型性。Cr優(yōu)選保持在0.02%以下，甚至0.01%以下，Ti優(yōu)選保持在0.12%以上，Zn優(yōu)選保持在0.1%以上。NorskHydro的專利申請W000/50656涉及一種合金，其組成為Si:0.05-0.15，F(xiàn)e:0.06-0.35，Cu<0.10，Mn:0.01-1.0，Mg:0.02-0.60，Cr<0.25，Zn:0.05-0.70，Ti<0.25，Zr<0.20。Cr優(yōu)選保持在0.15%以下，并且僅出于重復利用其他合金制品廢料的考慮才被允許。Zn優(yōu)選保持在0.1%以上。本申請人的專利申請WO02/055750涉及一種抗腐蝕性改善的合金，其組成為Si<0.30，F(xiàn)e:0.20-0.50，Cu<0.05，Mn:0.5-1.2，Mg<0.05，Zn<0.50，Cr:0.10-0.30，Ti<0.05，Zr<0.05。本發(fā)明要解決的問題是制造一種由3XXX合金制成的機械強度提高的擠壓產(chǎn)品，以使其能夠承受高壓，特別是在應用溫度介于130至17(TC時的高壓，同時，與當前產(chǎn)品相比，本發(fā)明產(chǎn)品在制造、成形、組裝和抗腐蝕性方面具有等同的或者更加優(yōu)越的性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種由合金制成的擠壓產(chǎn)品，特別是拉管，所述合金的組成為(重量％)Si<0.30，F(xiàn)e<0.30，Cu<0.05，Mn:0.5-1.2，Mg0.5-1.0，Zn<0.20，Cr:0.10-0.30，Ti<0.05，Zr<0.05，Ni<0.05，其他每種<0.05且其他總共<0.15，余量為鋁。優(yōu)選的含量為(重量％):Si0.05-0.15，F(xiàn)e:0.05-0.25，Cu<0.Ol，Mn:0.9-1.1，Mg0.6-0.9，Zn<0.05，Cr:0.15-0.25，Ti<0.04，Zr<0.04，Ni<0.01。本發(fā)明的另一個目的是一種制造本發(fā)明的合金制成的擠壓管子的方法，包括澆鑄坯塊，必要時對所述坯塊進行均質化，擠壓成管子，對所述管子進行一道或多道拉拔，并在350和50(TC之間的溫度連續(xù)地退火，溫度的上升過程少于10s。本發(fā)明的再一個目的是本發(fā)明的擠壓產(chǎn)品在制造機動車輛中的用途。具體實施例方式若無相反說明，所有與合金的化學組成有關的表征均用質量百分比表示。合金的命名遵從本領域技術人員已知的鋁協(xié)會的規(guī)則以及標準EN573-1。冶金學狀態(tài)在歐洲標準EN515中定義。標準化的鋁合金的化學組成在例如標準EN573-3中定義。若無相反說明，靜態(tài)力學性能，即斷裂強度&、彈性極限^。.2和斷裂伸長八由根據(jù)標準EN10002-1和EN754-2進行的拉伸試驗確定。術語"擠壓產(chǎn)品"包括所謂的"拉制"而成的產(chǎn)品，也就是通過在擠壓(filage)之后再進行拉拔(6tirage)而制成的產(chǎn)品。若無相反說明，應用歐洲標準EN12258-1中的定義。4本發(fā)明的3XXX系合金包括較高的鎂含量以及雜質水平的較低的鋅含量?，F(xiàn)有技術主張在3XXX系合金中添加鋅和鈦可改善抗腐蝕性，與現(xiàn)有技術的教導相反，本發(fā)明合金含有雜質水平的很少的鋅和鈦并具有良好的抗腐蝕表現(xiàn)。因此，鋅含量應小于0.20重量％，優(yōu)選小于0.05重量％，更優(yōu)選小于0.04重量％。同樣，鈦含量應小于0.05重量％，優(yōu)選小于0.04重量％，更優(yōu)選小于0.03重量％。另外，較少的鋅和鈦含量使本發(fā)明的合金產(chǎn)品具有重復利用方面的優(yōu)點。鎂含量介于0.5和1.0重量％之間，優(yōu)選介于0.6和0.9重量％之間。添加含量為至少0.5重量％、優(yōu)選至少0.6重量％的鎂可非常顯著地提高機械強度。但是鎂含量應限制在最高1.0重量％、優(yōu)選最高0.9重量％，以確保產(chǎn)品具有令人滿意的焊接性能以及在擠壓能力方面的良好表現(xiàn)。添加濃度在0.10和0.30重量％之間、優(yōu)選在0.15和0.25重量％之間的鉻可改善合金的抗腐蝕性。錳是合金的主要元素，其添加濃度在0.5和1.2重量％之間，優(yōu)選在0.9和1.1重量％之間。鐵含量和硅含量應小于O.30重量％。有利地，鐵含量至多O.25重量％，硅含量至多O.15重量％。這些元素的含量過高會導致抗腐蝕性的下降。主要出于重復利用的成本考慮，硅含量和鐵含量優(yōu)選至少0.05重量％。添加其他元素可能對合金有不利的影B向，因此每種含量應小于0.05重量％，總共含量應小于O.15重量％。具體地說，鋯、鎳或銅的存在可使抗腐蝕性能下降，這些元素的含量應小于0.05重量％。優(yōu)選地，鎳含量和銅含量小于0.01重量％，鋯含量小于0.04重擠壓產(chǎn)品、特別是管子的制造方法包括，澆鑄指定合金的坯塊、必要時將坯塊均質化、再加熱并擠壓以獲得直的或者環(huán)形的管子以及任選地一道或多道拉拔以形成所需尺寸的產(chǎn)品。管子如果被拉拔，那么隨后可有利地通過在漸進式爐、優(yōu)選感應爐中以極快的速度行進來實現(xiàn)連續(xù)的退火。對擠壓產(chǎn)品的再加熱要快速進行，少于10秒，優(yōu)選少于2秒，并且產(chǎn)品的行進速度介于20和200m/mn之間。爐溫度保持在350和500。C之間。退火后產(chǎn)品可經(jīng)新的拉拔以提高機械強度(H狀態(tài))。所述連續(xù)退火導致在微結構中具有等軸的細晶粒，其由截斷法測量的平均晶粒尺寸小于40iim，通常在25iim左右。就管子的力學性能和抗腐蝕性而言，具有細晶粒的微結構是特別有利的。本發(fā)明的產(chǎn)品具有提高的機械強度。如此，在H12狀態(tài)，在環(huán)境溫度時的斷裂強度與錳含量相當?shù)纳暾圵O02/055750的產(chǎn)品相比，提高至少40%。出人意料地，在高溫下進行的試驗中優(yōu)勢更加明顯。在H12狀態(tài)，在17(TC時的斷裂強度與錳含量相當?shù)纳暾圵002/055750的產(chǎn)品相比，提高60%左右。具體地說，本發(fā)明的擠壓產(chǎn)品在H12狀態(tài)的斷裂強度Rm在環(huán)境溫度時大于150MPa，在17(TC時大于140MPa。另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選組成的擠壓產(chǎn)品在H12狀態(tài)的斷裂強度Rm在環(huán)境溫度時大于160MPa，在17(TC時大于150MPa。由關系式R^二(Rm-Rp。.》/Rp。j定義的相對塑性差R-可評價在不發(fā)生斷裂的情況下的塑性變形能力。本發(fā)明產(chǎn)品在H12狀態(tài)的塑性差在環(huán)境溫度下略小于申請W002/055750的產(chǎn)品，但出人意料地，在大于或等于13(TC的試驗溫度時的相對塑性差得到提高。在H12狀態(tài)，本發(fā)明產(chǎn)品的相對塑性差在14(TC的試驗溫度時大于5X。另外，在13(TC時效處理后，其在H12狀態(tài)的相對塑性差同樣大于5X。本發(fā)明產(chǎn)品還具有良好的抗腐蝕表現(xiàn)。特別是，本發(fā)明產(chǎn)品在根據(jù)標準ASTMG85A3進行SWAAT型鹽霧試驗時不出現(xiàn)深的斑痕。這種有利結果的原因可能至少部分是缺少MgZn2沉淀，該沉淀可在同時存在Mg和Zn的情況下形成，并會對特別是抗腐蝕性有不利的影響。本發(fā)明的擠壓產(chǎn)品的優(yōu)選形式是只包括單一腔道的圓柱形管。本發(fā)明的擠壓產(chǎn)品特別適合在制造機動車輛時用作管子。特別是，本發(fā)明的擠壓產(chǎn)品可用作汽車的燃料、潤滑油、制動液或致冷劑的管道系統(tǒng)中的管子，以及用作機動車輛的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和/或駕駛室空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱交換器的管子，特別是在利用C02作為致冷氣體的情況下。本發(fā)明的管子、特別是拉管，特別適合以優(yōu)選只包括單一腔道的圓柱形管的形式使用，用以在利用C02作為致冷氣體的機動車輛駕駛室空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中用作傳送流體的管道。實施例使用編號為A至C的3種合金澆鑄坯塊并使其均質化。合金A和B分別對應于現(xiàn)有技術中的合金AA3103的組成以及根據(jù)申請W002/055750的組成。合金C為本發(fā)明的合金。合金的組成(以重量％計)示于表l。表1:合金A至C的組成(以重量％計)。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>將坯塊擠壓成環(huán)狀的管子然后進行拉拔，以獲得直徑12mm、厚度1.25mm的管子。就擠壓和拉拔性能而言，三種合金之間沒有觀察到顯著差異。將環(huán)狀管子在感應爐中以47(TC的固定溫度連續(xù)地退火，行進速度在60和120m/mn之間。然后將環(huán)狀管子進行新一道拉拔，以形成根據(jù)標準EN515的H12狀態(tài)。對于這3個管子樣品測量了在環(huán)境溫度時的斷裂強度Rm(以MPa計)和彈性極限Rp。.2(以MPa計)、對于管子B和C測量了在14(TC和17(TC時的斷裂強度Rm(以MPa計)和彈性極限Rp。.2(以MPa計)，以便模擬在利用C02作為致冷劑的空氣調(diào)節(jié)設備中管子的使用條件。結果示于表2。表2:在環(huán)境溫度和高溫下獲得的力學性能。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>已證實本發(fā)明的合金C的機械強度與合金B(yǎng)相比，在環(huán)境溫度下進行的試驗中大大提高，在17(TC進行的試驗中有更加大的提高。其斷裂強度在環(huán)境溫度下提高約40%，在170°C時提高約60%。在至少140°C進行的試驗中的塑性差也大大提高，對于140°C和170°C的溫度，塑性差從合金B(yǎng)的0X提高到合金C的5%以上。還測量了合金C的斷裂強度和彈性極限性能，所述測量是在13(TC時效處理72h和在13(TC時效處理lOOOh后在13(TC進行的，以及在165。C時效處理72h和在165。C時效處理1000h后在165t:進行的。為了對比，合金B(yǎng)只在最嚴酷的條件下進行表征，即在165°C時效處理lOOOh后在165。C測量。結果示于表3。表3:高溫下時效處理后獲得的力學性能。A會<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>證實了本發(fā)明的合金C在時效處理之后仍然保持明顯提高的斷裂強度和彈性極限的力學性能——與合金B(yǎng)相比提高了40%。對于這3個樣品管子，通過截斷法測量其平均晶粒尺寸。結果示于表4。3種合金獲得的管子均具有20ym左右的等軸細晶粒。表4:由截斷法測量的平均晶粒尺寸。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>抗腐蝕性根據(jù)標準ASTMG85A3通過SWAAT(循環(huán)酸性海水試驗，SeaWaterAceticAcidTest)試驗測量。對于每種合金A、B和C的200mm長的三根管子，在溫度49。C測量500個循環(huán)。實驗結束后，將管子從密封箱中取出，放入68%的濃硝酸溶液中除銹，使腐蝕的產(chǎn)物溶解。然后對于每根管子，用散焦法(d6focalisation)光學測量表面上的斑痕的深度，并計算5個最深的斑痕的深度平均值。然后計算3根管子所獲得的值的平均值Pmoy。Pmoy值越小表明抗腐蝕性越好。連續(xù)進行的5次SWAAT試驗的結果示于表5。符號1勺個數(shù)表示在所測試的一組三根管子中，被穿透的管子的根數(shù)。表5:由SWAAT腐蝕試驗獲得的結果。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>已確認本發(fā)明的合金C的抗腐蝕性與現(xiàn)有技術中的合金B(yǎng)相當，與合金A相比則明顯改善。合金C不具有深的斑痕，應該理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)，術語"深的斑痕"是指Pmoy值大于0.5mm。與合金B(yǎng)相比，本發(fā)明的組成、特別是添加Mg而不添加Zn，可驚人地提高機械強度，特別是在13(TC和17(TC之間的溫度時的機械強度，同時又不會損害抗腐蝕性。權利要求一種由合金制成的擠壓產(chǎn)品，特別是拉管，所述合金的組成為(重量％)Si＜0.30，F(xiàn)e＜0.30，Cu＜0.05，Mn0.5-1.2，Mg0.5-1.0，Zn＜0.20，Cr0.10-0.30，Ti＜0.05，Zr＜0.05，Ni＜0.05，其他每種＜0.05且其他總共＜0.15，余量為鋁。2.根據(jù)權利要求1的產(chǎn)品，其特征在于Zn<0.05重量％。3.根據(jù)權利要求1或2的產(chǎn)品，其特征在于Ti<0.04重量％，優(yōu)選Ti<0.03重量％。4.根據(jù)權利要求1-3中任一項的產(chǎn)品，其特征在于Mn為0.9-1.1重量％。5.根據(jù)權利要求1-4中任一項的產(chǎn)品，其特征在于Cr為0.15-0.25重量％。6.根據(jù)權利要求1-5中任一項的產(chǎn)品，其特征在于Mg為0.6-0.9重量％。7.根據(jù)權利要求1-6中任一項的產(chǎn)品，其特征在于Fe為0.05-0.25重量％。8.根據(jù)權利要求1-7中任一項的產(chǎn)品，其特征在于Si為0.05-0.15重量％。9.根據(jù)權利要求1-8中任一項的產(chǎn)品，其特征在于(以重量X計)Cu<0.01，Ni<0.01。10.根據(jù)權利要求l-9中任一項的擠壓產(chǎn)品，其特征在于其晶粒尺寸小于40ym。11.根據(jù)權利要求1-10中任一項的擠壓產(chǎn)品，其特征在于它在H12狀態(tài)的斷裂強度Rm在環(huán)境溫度時大于150MPa，在17(TC時大于140MPa。12.根據(jù)權利要求11的擠壓產(chǎn)品，其組成為(以重量X計)Si0.05-0.15，F(xiàn)e:0.05-0.25，Cu<0.Ol，Mn:0.9-1.l，Mg0.6-0.9，Zn<0.05，Cr:0.15-0.25，Ti<0.04，Zr<0.04，Ni<0.01，其特征在于，它在H12狀態(tài)的斷裂強度Rm在環(huán)境溫度時大于160MPa，在17(TC時大于150MPa。13.根據(jù)權利要求1-12中任一項的擠壓產(chǎn)品，其特征在于它是只包括單一腔道的圓柱形管。14.一種制造根據(jù)權利要求1-13中任一項的擠壓管子的方法，包括澆鑄坯塊，必要時對所述坯塊進行均質化，擠壓成管子，對所述管子進行一道或多道拉拔，并在350和500°C之間的溫度連續(xù)地退火，溫度的上升過程少于10s。15.根據(jù)權利要求14的方法，其特征在于溫度的上升過程少于2s。16.根據(jù)權利要求14或15的方法，其特征在于退火在感應爐中進行。17.根據(jù)權利要求14-16中任一項的方法，其特征在于在退火之后進行拉拔。18.根據(jù)權利要求1-13中任一項的擠壓產(chǎn)品在制造機動車輛中的用途。19.根據(jù)權利要求18的用途，用作燃料、潤滑油、制動液或致冷劑的管道系統(tǒng)中的管子。20.根據(jù)權利要求18的用途，用作汽車的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和/或駕駛室空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱交換器的管子，其中，所述汽車利用C02作為致冷氣體。21.根據(jù)權利要求18的用途，其中，所述擠壓產(chǎn)品的形狀為只包括單一腔道的圓柱形管，在利用C02作為致冷氣體的駕駛室空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中用作傳送流體的管道。全文摘要本發(fā)明提供一種由合金制成的擠壓產(chǎn)品，特別是管子，所述合金的組成為(重量％)Si＜0.30，F(xiàn)e＜0.30，Cu＜0.05，Mn0.5-1.2，Mg0.5-1.0，Zn＜0.20，Cr0.10-0.30，Ti＜0.05，Zr＜0.05，Ni＜0.05，其他每種＜0.05且其他總共＜0.15，余量為鋁。本發(fā)明還提供一種制造該組成的擠壓管子的方法，包括澆鑄坯塊，必要時對所述坯塊進行均質化，擠壓成管子，對所述管子進行一道或多道拉拔，并在350和500℃之間的溫度連續(xù)地退火，溫度的上升過程少于10s。本發(fā)明的管子有利地用于利用CO2作為致冷氣體的機動車輛駕駛室空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。文檔編號C22C21/00GK101765674SQ200880100602公開日2010年6月30日申請日期2008年7月21日優(yōu)先權日2007年7月27日發(fā)明者A·比戈,B·莫里雷,J·皮納特申請人:愛爾康何納呂公司