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Dokumentenidentifikation DE69903135T2 20.03.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1058743
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON HOCHFESTER ALUMINIUMFOLIE
Anmelder Alcan International Ltd., Montreal, Quebec, CA
Erfinder DAVISSON, L., Thomas, Aurora, US;
MONTGRAIN, M., Luc, Terre Haute, US;
NADKARNI, K., Sadashiv, Lexington, US
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69903135
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.02.1999
EP-Aktenzeichen 999046691
WO-Anmeldetag 17.02.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/CA99/00138
WO-Veröffentlichungsnummer 0099042628
WO-Veröffentlichungsdatum 26.08.1999
EP-Offenlegungsdatum 13.12.2000
EP date of grant 25.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.03.2003
IPC-Hauptklasse C22F 1/04
IPC-Nebenklasse C22C 21/00   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Produkten aus Aluminiumlegierungen und insbesondere ein wirtschaftliches, effektives und hochproduktives Verfahren zur Herstellung von hochfesten Aluminiumfolien.

Stand der Technik

Aluminiumfolien werden aus einer Anzahl von herkömmlichen Legierungen hergestellt. In Tabelle I sind die nominalen Zusammensetzungen und typische Eigenschaften für geglühte Folien, die aus typischen Aluminum Association (AA)- Legierungen-hergestellt worden sind, aufgeführt.

Tabelle I Nominale Zusammensetzungen und typische Eigenschaften von geglühten Folien

¹ UTS = Reißfestigkeit (Ultimate Tensile Strength)

² YS = Streckgrenze (Yield Strength)

³ Beim Mullen-Wert handelt es sich um ein Standardmaß für die Festigkeit und Formbarkeit einer Aluminiumfolie. Ein Diaphragma wird hydraulisch gegen die Oberfläche der Folie gepresst. Der angegebene Wert stellt den Druck in kPa (psi) auf die Folie einer definierten Dicke dar, bei der die Folie zerspringt.

Bei einem Verfahren zur Herstellung der Folie wird zunächst ein Gießblock gegossen, wobei man sich eines Verfahrens bedient, das üblicherweise als Gießen unter Direktkühlung ("direct chill") oder DC-Gießen bezeichnet wird. Eine aus 8006-Legierung hergestellte Folie wird typischerweise durch das DC-Gießverfahren hergestellt. Der DC-Gießblock wird auf eine Temperatur um 500ºC vorgeheizt und sodann unter Bildung eines Bleches mit einer Dicke von etwa 0,2 bis 0,38 cm (0,08 bis 0,15 Zoll) warmgewalzt. Dieses Blech wird sodann auf eine Enddicke von 0,00076 bis 0,0025 cm (0,0003 bis 0,001 Zoll) kaltgewalzt, wodurch man eine Haushaltsfolie erhält. Während des Kaltwalzvorgangs unterliegt das Blech einer Kaltverfestigung, was es unmöglich macht, es weiter zu walzen, nachdem eine Stärke von 0,005 bis 0,010 cm (0,002 bis 0,004 Zoll) erreicht ist. Dies ist der Grund, warum nach einigen Kaltwalzdurchgängen (im allgemeinen bei einer Dicke von 0,005 bis 0,05 cm (0,002 bis 0,02 Zoll)) die Folie zwischengeglüht wird, typischerweise bei einer Temperatur von etwa 275 bis etwa 425ºC, um das Material umzukristallisieren und zu erweichen und um eine leichte Walzbarkeit auf die gewünschte Endstärke zu gewährleisten. Die Dicke der Folie wird normalerweise nach dem Zwischenglühen um etwa 80 bis 99% verringert. Ohne dieses Glühen erschwert die Kaltverfestigung das Auswalzen auf die Endstärke in extremem Maße oder macht es gar unmöglich.

Die Endstärke kann etwa 0,0008 bis 0,0025 cm (0,0003 bis etwa 0,001 Zoll) betragen. Eine typische Endstärke für eine Haushaltsfolie beträgt etwa 0,0015 cm (0,00061 Zoll). Bei Beendigung des Kaltwalzens wird die Folie einem letzten Glühvorgang, typischerweise bei etwa 325 bis 450ºC, unterzogen, um eine weiche "dead fold"-Folie mit der gewünschten Formbarkeit und Benetzbarkeit herzustellen. (Der Ausdruck "dead fold" stellt einen in der Industrie eingeführten Ausdruck für eine Folie dar, die um 180ºC gefaltet werden kann, ohne dass sie zurückspringt.) Der letzte Glühvorgang dient dazu, die "dead fold"-Eigenschaften zu erzielen, sowie eine angemessene Benetzbarkeit durch Entfernung von Walzölen und anderen Gleitmitteln von der Oberfläche zu gewährleisten.

Folien werden auch aus anderen Legierungen, wie 1100, 1200, 8111 und 8015 hergestellt. Dabei werden sie zunächst auf Strangießarilagen, wie Bandgießanlagen, Blockgießanlagen und Walzengießanlagen, gegossen. Ein Stranggießvorgang ist üblicherweise produktiver als ein DC-Gießvorgang, da dabei die getrennte Warmwalzstufe sowie die Einweich- und Vorheizstufe und das Abschälen des Gießblockes entfallen. Stranggießanlagen, wie Brandgießanlagen bewältigen im allgemeinen das Gießen eines Endlosbleches aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von weniger als 5 cm (2 Zoll) und einer der Baubreite der Gießanlage entsprechenden Breite (typischerweise 208 cm (82 Zoll)). Die kontinuierlich gegossene Legierung kann unmittelbar nach dem Gießen in einem kontinuierlichen Heiß- oder Warmwalzvorgang auf eine dünnere Stärke ausgewalzt werden.

Typischerweise wird wie beim DC-Gießmaterial ein Gießblech kontinuierlich einmal zwischengeglüht und einmal am Ende geglüht. Beispielsweise kann die Legierung mit der Stranggießanlage gegossen und auf eine Dicke von etwa 0,127 bis 0,254 cm (0,05 bis 0,10 Zoll) heiß- oder warmgewalzt werden und sodann auf eine Dicke von etwa 0,005 bis 0,05 cm (0,002 bis 0,02 Zoll) kaltgewalzt werden. In diesem Stadium wird das Blech zwischengeglüht, um es zu erweichen, und sodann auf die Endstärke von 0,00076 bis 0,00254 cm (0,0003 bis 0,001 Zoll) kaltgewalzt und einem letzten Glühvorgang bei einer Temperatur von 325 bis 450ºC unterworfen.

Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, lassen sich aus bestimmten, derzeit verfügbaren Legierungen, wie DC- Gießlegierung 8006 und die Stranggusslegierung 8015 Folien mit einer im Vergleich zu üblichen Haushaltsfolien (herkömmlicherweise aus Legierungen, wie 1100, 1200 und 8111, hergestellt) deutlich höheren Festigkeit herstellen. Ungünstigerweise treten bei diesen beiden Materialien bestimmte Schwierigkeiten auf. Wie vorstehend erwähnt, ist das für die Legierung 8006 angewandte DC-Gießverfahren relativ teuer. Jedoch ist das Stranggussprodukt 8015 schwierig zu walzen und zu gießen. Die Ausbeuten sind sowohl beim Gießen als auch beim Walzen gering, da Schwierigkeiten, wie Sprünge an den Kanten, auftreten. Die übermäßige. Kaltverfestigungsgeschwindigkeit führt zu einer geringeren Walzproduktivität, was auf die erhöhte Anzahl an erforderlichen Durchgängen (womit steigende Kosten verbunden sind) zurückzuführen ist. Dadurch entfällt der Großteil, wenn nicht die Gesamtheit der Kostenvorteile des Stranggießens.

Ein hoher Eisengehalt sowohl in 8006 (1,2-2,0.% Fe) und 8015 (0,8-1,4% Fe) stellt eine weitere Schwierigkeit dar. Legierungen mit einem solchen Eisengehalt können nicht zusammen mit wertvollen Legierungen mit geringem Eisengehalt (ein wichtiges Beispiel sind Bleche für Getränkedosen) einem Recycling zugeführt werden, ohne dass primäres Metall mit geringem Eisengehalt zugemischt wird, um den gesamten Eisengehalt im Recycling-Metall zu verringern. Infolgedessen sind Legierungen, wie 8006 und 8015, gelegentlich für das Recycling nicht akzeptabel. Wenn sie überhaupt akzeptiert werden, erfolgt dies möglicherweise nur unter Entrichtung einer Gebühr. Zusätzlich erschweren diese hohen Werte des Eisengehalts das Gießen und das Walzen der Legierungen zu Folien.

Die japanische Patentveröffentlichung 62-149838 (Anmeldetag 28. Februar 1986) der Firma Showa Aluminum Corporation of Japan beschreibt eine Folie aus einer Aluminiumlegierung, die eine gute Formbarkeit aufweist. Die Folie wird hergestellt, indem man die Legierung, die bestimmte Mengen an Fe und Mn enthält, einer Homogenisierungsbehandlung, einem Warmwalzvorgang und anschließend Kaltwalzvorgängen unterzieht, wobei zwischen den Kaltwalzstufen Glühbehandlungen durchgeführt werden. Das Zwischenglühen wird 1 Stunde bei 400ºC durchgeführt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumfolie mit "dead fold"-Folieneigenschaften, einer Streckgrenze von mindestens 89,6 MPa (13 ksi), einer Reißfestigkeit von mindestens 103,4 MPa (15 ksi) und einem Mullen-Wert von mindestens 89,6 kPa (13 psi) bei einer Stärke von 0,0015 cm (0,0006 Zoll) bereitgestellt, wobei eine Aluminiumlegierung zu einem Block oder Endlosblech gegossen wird, der Block oder das Endlosblech unter Bildung eines kaltverarbeiteten Bleches kaltgewalzt wird, das kaltverarbeitete Blech zwischengeglüht wird, das zwischengeglühte Blech auf eine Endstärke von Foliendicke kaltgewalzt wird und das Blech (Folie) mit der Endstärke geglüht wird. Erfindungsgemäß wird die Aluminiumlegierung so ausgewählt, dass der Anteil an Mangan im Bereich von 0,05 bis 0,15 Gew.-% liegt, der Anteil an Silicium im Bereich von 0,05 bis 0,6 Gew.-% liegt, der Anteil an Eisen im Bereich von 0,1 bis 0,7 Gew.-% liegt und der Anteil an Kupfer bis zu 0,25 Gew.-% beträgt, wobei es sich beim Rest um Aluminium und zufällige Verunreinigungen handelt. Das kaltgewalzte Blech wird bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 260ºC zwischengeglüht.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer hochfesten Aluminiumfolie bereitgestellt, deren mechanische Eigenschaften mit denen von Folien aus 8006- oder 8015- Legierungen vergleichbar sind, wobei das Verfahren ohne die Schwierigkeiten und Zusatzkosten, die bei der Herstellung und beim Walzen von 8006- und 8015-Legierungen gegeben sind, abläuft. Das Verfahren kann für eine Anzahl von Legierungen herangezogen werden, die relativ leicht zu gießen und zu walzen sind und gute Ausbeuten ermöglichen (typischerweise betragen die Walzausbeuten etwa 80%). Die Erfindung wird mit Legierungen mit einem geringen Eisengehalt (d. h. im Bereich von 0,1 bis 0,7 Gew.-%) ausgeführt, da höhere Eisenanteile das Gießen und das Walzen erschweren und das Recycling der anfallenden Ausschussprodukte verteuern. Somit lassen sich nach diesem Verfahren hergestellte Folien relativ leicht und ohne Kostenerhöhungen einem Recycling zuführen.

Erfindungsgemäß ist es erforderlich, dass der Mangangehalt der Legierung 0,05 bis 0,15 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 0,12 Gew.-% beträgt. Wir haben festgestellt, dass Folien mit Eigenschaften, die denen von 8006- oder 8015- Folien entsprechen, hergestellt werden können, und zwar mit besseren Ausbeuten und weiteren betrieblichen Vorteilen, wenn man den Mangangehalt innerhalb dieser Bereiche einstellt und die Zwischenglühtemperatur und gegebenenfalls die Endglühtemperatur steuert.

Wie bei früheren Verfahren zur Folienherstellung wird das bei den erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Blech zwischengeglüht, typischerweise nach 1 bis 3 Kaltwalzdurchgängen. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich jedoch von herkömmlichen Techniken darin, dass aufgrund der Tatsache, dass die Glühtemperaturen auf einem relativ niederen Niveau gehalten werden, die Menge an Mangan, die aus der Legierung ausfällt, gesteuert werden kann. Wir haben festgestellt, dass die Ausfällung von Mangan durch eine Steuerung der Zwischenglühtemperatur gesteuert werden kann. Diese gesteuerte Ausfällung ergibt ein zwischengeglühtes Blech, das unter Erzielung von guten Ausbeuten auf die Endstärke gewalzt werden kann und zu einer fertigen Folie mit überlegenen mechanischen Eigenschaften führt.

Die Zwischenglühtemperatur wird auf einer Höhe gehalten, die eine im wesentlichen vollständige Umkristallisation des kaltverfestigten Bleches bewirkt, ohne dass es zu einer unannehmbaren Ausfällung von Mangan kommt. Die Zwischenglühtemperatur im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt 200 bis 260ºC und vorzugsweise etwa 230 bis etwa 250ºC. Das geglühte Blech enthält mindestens 0,05%, vorzugsweise mindestens 0,08% und ganz besonders etwa 0,09 bis etwa 0,12% Mangan in fester Lösung, wobei es den stärksten Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften der fertigen Folie ausüben kann.

Die Endglühtemperaturen werden vorzugsweise ebenfalls gesteuert und den Zwischenglühtemperaturen und dem Mangangehalt der Legierung angepasst, um ein optimales Gleichgewicht der mechanischen Eigenschaften und der Verarbeitungsmerkmale zu erzielen. Wie bei den Zwischenglühtemperaturen liegen die Endglühtemperaturen deutlich unter den Glühtemperaturen bei herkömmlichen Folienherstellungsverfahren. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Endglühtemperatur vorzugsweise etwa 250 bis etwa 325ºC und insbesondere etwa 260 bis etwa 290ºC. Mit den Mangankonzentrationen, die im Anschluß an das Zwischenglühen in fester Lösung bleiben, kann das Blech mit der endgültigen Stärke bei diesen Temperaturen dem Englühvorgang unterzogen werden, wodurch man eine weiche, formbare Folie mit der "dead fold"-Beschaffenheit erhält, die bei einer Aluminiumfolie stark erwünscht ist, wobei die Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften entsprechend einer 8015-Folie erhalten bleiben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt Glühtemperaturen zur Erläuterung der qualitativen Einflüsse von verschiedenen Mangananteilen auf die Aluminiumlegierung.

Beste Ausführungsformen zur Durchführung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vielzahl von Legierungszusammensetzungen durchgeführt werden, einschließlich mit Modifikationen von Legierungszusammensetzungen, die derzeit für die Herstellung von Folienausgangsmaterial verwendet werden. Wie vorstehend erwähnt, enthält die Legierung 0,05 bis 0,15 Gew.-% Mangan, um die günstigen Eigenschaften der Erfindung zu erzielen. Feste Folien lassen sich mit Legierungen herstellen, die einen höheren Mangangehalt aufweisen, z. B. mit 8015, jedoch neigen diese Legierungen dazu, dass sie schwer zu walzen sind, was auf die höhere Kaltverfestigungsgeschwindigkeit zurückzuführen ist. Mit Mangankonzentrationen unter 0,05% kommt es mit steigender Endglühtemperatur zu einer verstärkten Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, was die Herstellung einer festen Folie sehr stark erschwert. Daher liegt die Mangankonzentration zwischen 0,05 und 0,15% und vorzugsweise zwischen etwa 0,095 und etwa 0,125%.

Weitere Legierungsbestandteile, die häufig in Folienlegierungen verwendet werden, wie Silicium, Eisen, Kupfer und Magnesium, scheinen die wechselseitigen Beziehungen zwischen Glühtemperaturen, Formbarkeit und endgültigen mechanischen Eigenschaften nicht auf die gleiche Weise wie Mangan zu beeinflussen. Jedoch sind diese Bestandteile enthalten, um bestimmte andere Eigenschaften zu steuern. Die Legierung enthält 0,05 bis 0,6% Silicium, 0,1 bis 0,7% Eisen und bis zu 0,25% Kupfer, wobei der Rest aus Aluminium und zufälligen Verunreinigungen besteht. Von Silicium ist bekannt, dass es die Oberflächenqualität des Folienausgangsmaterials beeinflusst und dadurch Verschmutzungen beim Walzvorgang vermieden werden. Silicium, Eisen und Kupfer erhöhen alle die Festigkeit des fertiggestellten Produkts.

Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Legierungen können nach beliebigen herkömmlichen Gießverfahren gegossen werden, einschließlich das DC-Blockgießverfahren sowie Stranggießsysteme. Jedoch wird aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile, die mit dem Stranggießen erzielt werden, dieser Weg bevorzugt. Verschiedene Stranggießverfahren und Stranggießanlagen, die derzeit gewerblich verwendet werden, sind geeignet, wozu Bandgießanlagen, Blockgießanlagen und Walzgießanlagen gehören. Diese Gießanlagen sind allgemein zum Stranggießen eines Bleches aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von weniger als 1 Zoll und einer Breite, die der Baubreite der Anlage entspricht (die im Bereich von 178 bis 216 cm (70 bis 85 Zoll) liegen kann), befähigt. Die Stranggießlegierung kann gegebenenfalls unmittelbar nach dem Gießen durch ein kontinuierliches Heiß- und Warmwalzverfahren auf eine dünnere Stärke ausgewalzt werden. Diese Form des Gießens liefert ein Endlosblech, das relativ breit und relativ dünn ist. Bei Heiß- und Warmwalzung unmittelbar nach dem Gießen kann das Blech, das den Gieß- und Walzvorgang verlässt, eine Dicke von etwa 0,127 bis 0,254 cm (0,05 bis 0,1 Zoll) aufweisen, wenn es aufgerollt wird.

Das Blech wird sodann in einer Reihe von Durchgängen durch eine Kaltwalzanlage auf die Endstärke ausgewalzt. Wie bei diesem Typ von Walzverfahren üblich, wird üblicherweise nach dem ersten oder zweiten Durchgang ein Zwischenglühvorgang durchgeführt, so dass das Blech auf die endgültige Folienstärke ausgewalzt werden kann. Die Folie wird einer endgültigen Glühbehandlung unterzogen, wenn sie auf die gewünschte Stärke ausgewalzt worden ist, um eine weiche Folie mit "dead fold"-Beschaffenheit bei einem gewünschten Grad an Formbarkeit zu erhalten. Jedoch werden bei den erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren sowohl die Zwischenglühtemperatur als auch die Endglühtemperatur gesteuert und mit dem Mangangehalt in der Legierung koordiniert, um für die endgültige Folie überlegene mechanische Eigenschaften zu erreichen, ohne dass die Verarbeitungseigenschaften beeinträchtigt werden.

Fig. 1 zeigt in qualitativer Weise die Beziehung zwischen der Glühtemperatur und der Streckgrenze bei verschiedenen Glühtemperaturen für die bei den erfindungsgemäßen Folienherstellungsverfahren verwendeten Aluminiumlegierungen. Die Kurve A zeigt eine Legierung mit etwa 0,03% Mangan in fester Lösung. Die Kurve B zeigt eine Legierung mit etwa 0,15% Mangan in fester Lösung. Gemäß diesen Kurven beginnt zunächst mit Erhöhung der Temperatur der Legierung im flachen Anfangsabschnitt der Kurve, der häufig als Erholungsbereich bezeichnet wird, eine Umlagerung von Dislokationen, die durch vorherige Kaltverformungen verursacht wurden. Daran schließt sich ein Umkristallisationsbereich an, in dem die ursprüngliche kristalline Struktur der Legierung vor der Kaltverformung wiederhergestellt wird. Mit der Umkristallisation der Legierung sinken die mechanischen Eigenschaften, während die Dehnung zunimmt. Der Bodenbereich der Kurve zeigt ein umkristallisiertes Material, dessen Eigenschaften relativ konstant bleiben, während ein gewisses Kornwachstum erfolgt.

Herkömmliche Glühtemperaturen verursachen häufig eine Fällung von Legierungsbestandteilen, wie Mangan, während der Umkristallisation. Bei Mangankonzentrationen von 0,05 bis 0,15% wird das Mangan rasch bei Zwischenglühtemperaturen über 260ºC ausgefällt. Wie der Kurve A in Fig. 1 entnehmbar ist, entsteht dadurch eine Folie, deren Eigenschaften mit zunehmender Endglühtemperatur stark abfallen, was es schwierig, wenn nicht unmöglich macht, mechanische Eigenschaften zu erzielen, die mit den Eigenschaften einer 8015-Folie vergleichbar sind. Der Gegensatz zu Folien mit etwa 0,15% Mangan in fester Lösung, die durch die Kurve B dargestellt sind, ist evident. Bei der erhöhten Mangankonzentration fallen die mechanischen Eigenschaften der Folie mit zunehmender Endglühtemperatur langsam ab. Dies ermöglicht es, eine Glühtemperatur zu wählen, die sowohl mechanische Eigenschaften, die mit denen von 8006- und 8015- Legierungen vergleichbar sind, als "dead fold"-Eigenschaften liefert.

Wir haben festgestellt, dass sich eine Folie mit mechanischen Eigenschaften, die mit denen einer 8015-Legierung vergleichbar sind, ohne übermäßige Kaltverfestigung, Kantenrisse, schlechte Ausbeuten und andere Schwierigkeiten, die normalerweise mit der 8015-Legierung verbunden sind, herstellen lässt. Wir erreichen dieses Ziel mit Legierungszusammensetzungen mit einem Gehalt an 0,05 bis 0,15 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,095 bis etwa 0,125 Gew.-% Mangan und durch Glühen bei einer Temperatur von 200 bis 260ºC und vorzugsweise von etwa 230 bis etwa 250ºC. Dieser Befund ist überraschend, da Mangan einen sehr niederen Diffusionskoeffizienten aufweist und bei Temperaturen unter 300ºC keine sehr hohe Fällungsgeschwindigkeit erwarten lässt. Dennoch lassen sich, wie die nachstehenden Beispiele zeigen, Legierungen mit einer Mangankonzentration von 0,05 bis 0,15% erfolgreich bei den hier angegebenen geringeren Temperaturen zwischenglühen und das zwischengeglühte Blech kann weiter gewalzt und schließlich geglüht werden, wodurch man ein Folienausgangsmaterial von überlegenen Eigenschaften erhält.

Höhere Zwischenglühtemperaturen können bei zunehmenden Mangankonzentrationen hingenommen werden. Beispielsweise ergibt bei einer Mangankonzentration von 0,2%, der Konzentration der Legierung 8015, eine Zwischenglühtemperatur von 275ºC die in Tabelle I aufgeführten überlegenen mechanischen Eigenschaften. Jedoch führt diese hohe Mangankonzentration aufgrund der starken Kaltverfestigung, der Kantenrisse und anderer Schwierigkeiten zu einer geringeren Produktivität, was die mit dieser Zusammensetzung erzielten überlegenen Eigenschaften weitgehend zunichte macht.

Wir bevorzugen ein Zwischenglühen bei Temperaturen, die geringfügig unter dem Punkt liegen, bei dem Mangan allmählich aus der Lösung ausfällt. Bei typischen Legierungszusammensetzungen gemäss den vorstehenden Angaben mit einem Mangangehalt von etwa 0,1%, beträgt diese Temperatur normalerweise etwa 240 bis 250ºC. Die optimalen Zwischenglüh- und Endglühbedingungen für beliebige spezielle Legierungen lassen sich empirisch unter Durchführung von Tests bei verschiedenen Glühtemperaturen ermitteln. Das Zwischenglühen wird typischerweise in einem herkömmlichen absatzweisen Glühofen durchgeführt, wobei die Glühtemperatur durch ein in der Nähe der Mitte der Rolle befindliches Thermoelement gemessen wird. Die Glühzeiten betragen typischerweise etwa 4 bis 8. Stunden, wobei 2 bis 3 Stunden für einige Legierungen als angemessen angesehen werden. Längere Glühzeiten bei der gewünschten Temperatur sollten sich auf die Eigenschaften der Folie nicht schädlich auswirken, werden jedoch nicht bevorzugt, da sie weniger wirtschaftlich sind. Alternativ kann man auch durch einen kontinuierlichen Glühvorgang, bei dem das Blech vor dem Aufrollen geglüht wird, die gewünschten Ergebnisse bei kurzen Glühzeiten von nur 30 Sekunden erzielen.

Nach dem Zwischenglühen wird das Blech wie bei herkömmlichen Verfahren auf die Endstärke ausgewalzt. Typischerweise wird die Dicke des Bleches in 3 bis 5 Durchgängen um etwa 80 bis etwa 99% auf eine Endstärke von etwa 0,00076 bis 0,00254 cm (0,0003 bis 0,001 Zoll) reduziert. Anschließend wird das Blech einem Endglühvorgang unterworfen, um die gewünschten Eigenschaften der fertiggestellten Folie zu erzielen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren ergeben eine steuerbare Rate der Abnahme der Eigenschaften der Folie bei der Endglühtemperatur. Somit ist es möglich. Endglühtemperaturen zu wählen, die die gewünschten Eigenschaften der fertigen Folie ergeben. Diese Temperaturen, die etwa 250 bis etwa 325ºC und vorzugsweise etwa 260 bis etwa 290ºC betragen, liegen typischerweise etwas unter den Temperaturen, die für stark manganhaltige Legierungen, wie 8015 oder 8006 herangezogen werden. Sofern die Temperatur den Siedepunkt der im Verfahren verwendeten Walzgleitmittel übersteigt, lässt sich eine zufriedenstellende Benetzbarkeit der bei diesen Temperaturen geglühten Folie erreichen. Wenn die Entfernungsgeschwindigkeit für flüchtige Materialien im verbleibenden Öl bei den niedrigeren Glühtemperaturen vermindert wird, kann zum Ausgleich die Zeit des Endglühvorgangs verlängert werden.

Die Endglühtemperaturen bei den erfindungsgemäßen Verfahren werden so gewählt, dass man eine weiche Folie mit "dead fold"-Beschaffenheit erhält. Die Endglühzeit wird so gewählt, dass eine vollständige Entfernung der Walzgleitmittel gewährleistet ist. Die minimale Endglühzeit unter Anwendung eines absatzweisen Glühvorgangs hängt somit von der Größe der Rolle und der Glühtemperatur ab. Größere Rollen mit einem längeren Wanderungsweg des Walzöldampfes erfordern eine längere Glühzeit. Eine niedrigere-Glühtemperatur verringert in ähnlicher Weise die Geschwindigkeit der Entfernung des Walzgleitmittels. Typischerweise ist für eine Rolle von 30 cm (12 Zoll) Breite ein 18- bis 24-stündiges Glühen bei 290ºC akzeptabel. Die genaue praktische Durchführung des Endglühvorgangs für jede Rollengröße kann empirisch ermittelt werden. Wie aus den nachstehenden Beispielen ersichtlich ist, wird die Endglühtemperatur mit der Zwischenglühtemperatur und der Mangankonzentration der Legierung so koordiniert, dass sich optimale Bedingungen ergeben.

Beispiel 1

Eine Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 0,1% Mangan, 0,4% Silicium und 0,6% Eisen wurde in Form eines Bleches auf eine Doppelband-Gießanlage gegossen und zu einer Dicke von 0,145 cm (0,057 Zoll) warmgewalzt. Sodann wurde das Blech zu einer Dicke von 0,011 cm (0,0045 Zoll) kaltgewalzt. Die Hälfte dieses Materials (Rolle A) wurde bei 275ºC zwischengeglüht, während die andere Hälfte (Rolle B) bei 245ºC zwischengeglüht wurde. Diese beiden kleineren Rollen wurden auf eine Dicke von 0,00145 cm (0,00057 Zoll) kaltgewalzt. Proben wurden von jeder Rolle entnommen und im Labor bei verschiedenen Temperaturen geglüht, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt wurden.

Dieses Beispiel erläutert den Einfluß der Zwischenglühtemperatur auf die mechanischen Eigenschaften der Folie nach dem Endglühen bei verschiedenen Temperaturen. Wie ersichtlich ist, fallen bei einer Zwischenglühtemperatur von 275ºC die mechanischen Eigenschaften, wie die Streckgrenze oder der UTS-Wert, mit steigender Endglühtemperatur stark ab, was es äußerst schwierig macht, eine Endglühtemperatur zu wählen, bei der sich Eigenschaften erzielen lassen, die mit denen von 8015 vergleichbar sind (Tabelle 1). Wenn jedoch die Zwischenglühtemperatur auf 245ºC gesenkt wird, verlangsamt sich die Geschwindigkeit der Abnahme der mechanischen Festigkeit mit zunehmender Endtemperatur in erheblichem Maße, was es in der Praxis ermöglicht, die Folie bei einer Temperatur zu glühen, bei der Eigenschaften erzielt werden, die mit denen von 8015 vergleichbar sind.

Beispiel 2

Die Rolle B von Beispiel 1 wurde einem Endglühvorgang bei einer Temperatur von 330ºC unterzogen. Es ergaben sich die folgenden Eigenschaften:

Die endgültigen Eigenschaften dieses Materials lagen nicht im gewünschten Bereich, da die Endglühtemperatur zu hoch war.

Beispiel 3

Eine Rolle aus Aluminiumblech mit einem Gehalt an 0,1% Mangan, 0,4% Silicium und 0,6% Eisen wurde durch das in Beispiel 1 beschriebene Stranggießverfahren hergestellt. Die Rolle wurde auf eine Dicke von 0,011 cm (0,0045 Zoll) kaltgewalzt, bei einer Temperatur von 230ºC zwischengeglüht und auf eine endgültige Dicke von 0,0015 cm (0,00059 Zoll) gewalzt. Diese Rolle wurde sodann in der Anlage einem Endglühvorgang bei einer Temperatur von 290ºC unterzogen. Es ergaben sich folgende Eigenschaften der Folie:

Die Eigenschaften dieser Folie liegen recht nah an den erwünschten Werten, obgleich der Mullen-Wert etwas niedriger war. Die geringere Endglühtemperatur soll diese Werte auf ein Niveau bringen, die nahe bei den Eigenschaften der 8015-Folie liegen.

Beispiel 4

Eine weitere Rolle aus Aluminiumblech mit einem Gehalt an 0,1% Mangan, 0,4% Silicium und 0,6% Eisen wurde nach dem gleichen Bandgießverfahren gegossen. Die Rolle wurde auf eine Dicke von 0,011 cm (0,0045 Zoll) kaltgewalzt und bei 245ºC geglüht. Die geglühte Rolle wurde ferner auf eine Dicke von 0,0015 cm (0,00060 Zoll) kaltgewalzt und schließlich bei 285ºC geglüht. Folgende Eigenschaften wurden erhalten:

Diese Beispiele belegen, dass durch Wahl der richtigen Kombination von Mangangehalt, Zwischenglühtemperatur und Endglühtemperatur eine hochfeste Folie mit Eigenschaften, die im Vergleich zu 8015 überlegen sind., erhalten werden kann. Die erfindungsgemäßen Verfahren liefern diese überlegenen Folien ohne übermäßige Kaltverfestigung, Kantenrisse und andere Schwierigkeiten, die typisch für die Herstellung einer 8015-Folie sind. Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen an den hier beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren vorgenommen werden können. Die vorliegenden Beispiele und der Rest der vorstehenden Beschreibung dienen lediglich Erläuterungszwecken. Sie sollen in keiner Weise den Schutzumfang der Erfindung, der durch die folgenden Ansprüche definiert ist, beschränken.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumfolie mit "dead fold"-Folieneigenschaften, einer Streckgrenze von mindestens 89,6 MPa (13 ksi), einer Reißfestigkeit von mindestens 103,4 MPa (15 ksi) und einem Mullen-Wert von mindestens 89,6 kPa (13 psi) bei einer Stärke von 0,0015 cm (0,0006 Zoll), wobei eine Aluminiumlegierung zu einem Block oder Endlosblech gegossen wird, der Block oder das Endlosblech unter Bildung eines kaltverarbeiteten Bleches kaltgewalzt wird, das kaltverarbeitete Blech zwischengeglüht wird, das zwischengeglühte Blech auf eine Endstärke von Foliendicke kaltgewalzt wird und das Blech (Folie) mit der Endstärke geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung so ausgewählt wird, dass der Anteil an Mangan im Bereich von 0,05 bis 0,15 Gew.-% liegt, der Anteil an Silicium im Bereich von 0,05 bis 0,6 Gew.-% liegt, der Anteil an Eisen im Bereich von 0,1 bis 0,7 Gew.-% liegt und der Anteil an Kupfer bis zu 0,25 Gew.-% beträgt, wobei es sich beim Rest um Aluminium und zufällige Verunreinigungen handelt, und dass das kaltgewalzte Blech bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 260ºC zwischengeglüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kaltbearbeitete Blech bei einer Temperatur im Bereich von 230 bis 250ºC zwischengeglüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (Folie) mit der endgültigen Stärke bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 325ºC geglüht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (Folie) mit der endgültigen Stärke bei einer Temperatur im Bereich von 260 bis 290ºC geglüht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gegossene Aluminiumlegierung nach dem Zwischenglühen mindestens 0,05 Gew.-% Mangan in fester Lösung enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gegossene Aluminiumlegierung mindestens 0,1 Gew.-% Mangan enthält und das zwischengeglühte Blech mindestens 0,08% Mangan in fester Lösung enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischengeglühte Blech mindestens 0,095 Gew.-% Mangan in fester Lösung enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kaltbearbeitete Blech bei einer Temperatur zwischengeglüht wird, die ein zwischengeglühtes Blech mit einem Gehalt an mindestens 0,05 Gew.-% Mangan in fester Lösung ergibt, jedoch in ausreichendem Maße erweicht wird, dass es möglich ist, das Blech auf die endgültige Stärke unter einer Verringerung der Dicke von mindestens 80% zu walzen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischengeglühte Blech von einer Dicke von 0,05 bis 0,005 cm (0,02 bis 0,002 Zoll) auf eine Endstärke von 0,0008 bis 0,0025 cm (0,0003 bis 0,001 Zoll) gewalzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischengeglühte Blech auf eine Endstärke von etwa 0,0015 cm (0,0006 Zoll) kaltgewalzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (Folie) mit der Endstärke schließlich bei einer Temperatur von 250 bis 325ºC geglüht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung mindestens 0,095 Gew.-% Mangan enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung 0,095 bis 0,125 Gew.-% Mangan enthält und das kaltbearbeitete Blech bei einer Temperatur von 230 bis 250ºC zwischengeglüht wird, um ein zwischengeglühtes Blech mit einem Gehalt an mindestens 0,08 Gew.-% Mangan in fester Lösung zu bilden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung so gewählt wird, dass sie einen Eisengehalt von weniger als 0,8 Gew.-% aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung so gewählt wird, dass sie einen Eisengehalt im Bereich von 0,1 bis 0,7 Gew.-% aufweist.







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