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Dokumentenidentifikation DE69628312T2 25.03.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000851943
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON GETRAENKEDOSENBLECH
Anmelder Alcoa Inc., Pittsburgh, Pa., US
Erfinder WESTERMAN, J., Edwin, San Ramone, US;
WYATT-MAIR, F., Gavin, Lafayette, US
Vertreter Sobisch & Callies, 37581 Bad Gandersheim
DE-Aktenzeichen 69628312
Vertragsstaaten BE, DE, ES, FR, GB, GR, IT, LU, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.09.1996
EP-Aktenzeichen 969358381
WO-Anmeldetag 17.09.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/US96/14877
WO-Veröffentlichungsnummer 0097011205
WO-Veröffentlichungsdatum 27.03.1997
EP-Offenlegungsdatum 08.07.1998
EP date of grant 21.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.03.2004
IPC-Hauptklasse C22F 1/04
IPC-Nebenklasse B22D 11/06   C22F 1/047   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren zur Herstellung von aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Getränkedosen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Dosenenden und für solche Behälter bestimmten Laschen, welches es ermöglicht, diese wirtschaftlicher und effizienter herzustellen.

Es ist heute üblich, Getränkedosen aus Aluminiumlegierungen herzustellen. Ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Blechmaterial wird zunächst zu einer kreisförmigen Gestalt ausgestanzt und anschließend tassenartig verformt. Die Seitenwandungen werden dadurch geglättet, dass die Tasse durch eine Reihe von Matrizen geführt wird, die abnehmende Bohrungsdurchmesser haben. Durch die Matrizen wird auf diese Weise ein Glättungseffekt bewirkt, durch welchen die Seitenwandung gestreckt wird, so dass ein Dosenkörper entsteht, dessen Abmessung dünner ist als sein Boden.

Die Formbarkeit ist eine Schlüsseleigenschaft von Aluminiumlegierungen, die zur Herstellung von Dosen benutzt werden. Solche Dosen werden häufig aus Aluminiumlegierungen der Serien 3000 hergestellt. Solche Aluminiumlegierungen enthalten Legierungselemente, die sowohl Magnesium und Mangan umfassen. Im allgemeinen sind Mangan und Magnesium in dem Dosenkörpermaterial nach Maßgabe von Gehalten von weniger als 1 Gew.-% vorhanden.

Bei der Herstellung solcher Getränkedosen ist es industrielle Praxis gewesen, einen oberseitigen Deckel solcher Dosen und Laschen zum einfachen Öffnen solcher Deckel getrennt voneinander herzustellen und unter Verwendung unterschiedlicher Legierungen. Solche Deckel und Laschen werden anschließend zum dem Abfüller der Getränkedosen verschifft und kommen zum Einsatz, sobald die Dosen durch einen Abfüller gefüllt worden sind. Die für Dosenenden und Laschen bestehenden Anforderungen sind im Allgemeinen völlig verschieden von denjenigen, die für die Dosenkörper bestehen. Im allgemeinen wird eine größere Festigkeit für die Dosenenden und die Laschen gefordert und es ist diese Forderung nach größerer Festigkeit, durch welche die Herstellung dieser Dosenenden und Laschen aus einer Aluminiumlegierung bestimmt worden ist. Eine solche gewöhnlich benutzte Legierung ist die Legierung AA5182, eine Aluminiumlegierung, welche relativ hohe Gehalte an Magnesium aufweist, um die zusätzliche Festigkeit bereitzustellen, die für die Dosenenden und Laschen notwendig ist. Die Legierung AA5182 enthält üblicherweise Magnesium gemäß einem Gehalt, der von 4,4 Gew.-% ausgeht und auf diese Weise sich zu den Kosten der für die Dosenenden und Laschen bestimmten Legierung addiert.

Es ist vorgeschlagen worden, als Aluminiumlegierung, die zur Herstellung von Dosenenden und Laschen benutzt wird, eine Legierung der Serien 3000 zu verwenden, wie z. B. die Legierung AA3104. Weil solche Legierungen im allgemeinen eine verminderte Festigkeit im Vergleich zu der Legierung AA5187 aufweisen, ist es notwendig gewesen, solche Dosenenden zu verwenden, die aus der Legierung AA3104 hergestellt worden sind, die eine größere Dicke aufweisen und auf diese Weise teurer sind.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, ein Material für Dosenenden und Laschen sowie Dosenenden und Laschen bereitzustellen, die aus diesem Material hergestellt sind, mittels welchem die vorstehend beschriebenen Nachteile überwunden werden.

Es ist insbesondere die Aufgabe der Erfindung, Dosendeckel und Laschen sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitzustellen, bei welchen Aluminiumlegierungen verwendet werden, die weniger Legierungselemente enthalten, ohne dass Festigkeit aufgegeben wird.

Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, Dosendeckel und für diese bestimmte Laschen bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben, welche unter Verwendung solcher Aluminiumlegierungen angewendet werden können, die weniger als 2% Magnesium enthalten, ohne dass die notwendige Festigkeit der Dosendeckel und Laschen aufgegeben wird.

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung der Erfindung vollständig verständlich werden.

Die vorliegende Erfindung ist durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs 1 dargestellt. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte wahlweise Schritte.

Das Konzept der vorliegenden Erfindung beruht auf der Feststellung, dass solche Aluminiumlegierungen, die geringere Gehalte an Legierungselementen aufweisen, nichts desto trotz zur Herstellung von Dosendeckeln und Laschen benutzt werden können, ohne dass Festigkeit aufgegeben wird, indem nämlich ein Herstellungsverfahren benutzt wird, bei welchem die Aluminiumlegierung, die vorzugsweise weniger als 2 Gew.-% Magnesium als Legierungselement aufweist, zu einem blechförmigen Material verformt wird, nämlich zur Herstellung von Dosendeckeln und Laschen. Gemäß einer Ausführungsform in der Erfindung wird die Aluminiumlegierung durch Strangguss zwischen einem Paar kontinuierlich bewegter metallischer Bänder geformt, um ein heißes Stranggussmaterial zu bilden, woraufhin das Material rasch abgekühlt wird, um ein wesentliches Ausfällen von Aluminiumlegierungselementen als intermetallische Verbindungen zu verhindern.

Es ist unerwarteterweise festgestellt worden, dass mittels eines solchen Herstellungsverfahrens ein Material auf der Basis einer Aluminiumlegierung hergestellt werden kann, welches gleiche oder bessere metallurgische Eigenschaften als solche Aluminiumlegierungen aufweist, die üblicherweise zur Herstellung von Dosenenden und Laschen benutzt werden.

Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass das Herstellungsverfahren bei Legierungen der Serien 3000 wie z. B. AA3104 angewandt werden kann, ohne dass die Notwendigkeit besteht, die Dicke der Dosendeckel und Laschen zu erhöhen, um vergleichbare Streifen zu erzielen. Ohne den Gegenstand der vorliegenden Erfindung theoretisch zu begrenzen wird angenommen, dass die Techniken des Strang- bzw. des Streifengusses, an die sich ein rasches Abkühlen anschließt, zu einem Legierungsblechmaterial führen, welches verbesserte Festigkeitseigenschaften aufweist, und zwar aufgrund seiner eutektischen Bestandteile, durch welche eine erhöhte Festigkeit bereitgestellt wird. Zusätzlich wird angenommen, und zwar ohne in der Theorie den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu begrenzen, dass die Formbarkeit des erfindungsgemäßen, zum Formen von Dosendeckeln und Laschen benutzten Blechmaterials verbessert worden ist gegenüber solchen Aluminiumlegierungen, die größere Mengen an Legierungselementen enthielten, weil es bei der praktischen Ausführung der Erfindung nicht notwendig ist, einen Vergütungsschritt zu benutzen, der üblicherweise bei den, dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren benutzt worden ist. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung die Produktion von Dosendeckeln und Laschen aus weniger teuren Aluminiumlegierungen, ohne dass die metallurgischen Eigenschaften der teureren Legierungen aufgegeben werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Folge der Verfahrensschritte eines Streifengusses, eines Kühlens und eines Walzens vorzugsweise vorteilhafter in der Form einer kontinuierlichen Inline-Folge. Dies bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass Verfahrensschritte und das Material betreffende Handhabungsschritte eliminiert werden, die üblichenveise im Stand der Technik angewandt worden sind. Der Streifenguss kann benutzt werden, um einen als Gussstück vorliegenden Streifen herzustellen, der eine Dicke von weniger als 25,4 mm (1,0 inch) aufweist, und dessen Dicke vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,254 mm bis 5,08 mm (0,01 inch bis 0,2 inch) liegt. Zusätzlich ist gemäß einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Breite des Streifens klein bemessen im Gegensatz zu den herkömmlichen Ausführungsformen. Dies ermöglicht ein leichtes Inline-Verfahren und erlaubt Produktionslinien zur Herstellung von Dosenenden und Laschen, die gegenständlich bei Dosenherstellungseinrichtungen angeordnet sind oder einen Teil dieser bilden. Der Standort eines Abfüllers hat den weiteren Vorteil, dass zusätzliche Handhabungs- und Verschiffungskosten vermieden werden, so dass auf diesem Wege die Wirtschaftlichkeit von Dosenherstellungstechniken gefördert wird.

In der gleichzeitig anhängigen, am 23.06.1992 eingereichten Anmeldung Serial No. 07/902,936 ist ein neues Konzept des Verfahrens zur Behandlung von Aluminiumlegierungen bei der Herstellung von Aluminiumdosenmaterial offenbart. Es ist festgestellt worden, dass es möglich ist, das Gießen, das Warmwalzen, das Vergüten, die Lösungswärmebehandlung, das Abschrecken und das Kaltwalzen in einem kontinuierlichen Inline-Verfahrensablauf zur Herstellung von Dosenmaterial auf der Basis einer Aluminiumlegierung zu kombinieren. Einer der Vorteile, die durch das Verfahren der vorstehenden Anmeldung vermittelt werden, besteht darin, dass es möglich ist, die kontinuierliche Inline-Folge der Verfahrensschritte mit hohen Geschwindigkeiten, in der Größenordnung von einigen hundert Fuß pro Minute durchzuführen, wobei ein Fuß 0,3048 m entspricht. Einer der Nachteile, der in Verbindung mit dem Verfahren dieser Anmeldung entdeckt worden ist, besteht darin, dass der zwischengeordnete Vergütungsschritt, der eine erneute Lösung lösbarer Elemente vorsieht sowie eine Kontrolle einer Zipfelbildung durch Rekristallisation des Bleches, ein Faktor sein könnte, der die Geschwindigkeit begrenzt, mit der das Verfahren betrieben werden kann. Nimmt auf diese Weise die Produktionsgeschwindigkeit zu, muss der kontinuierliche Vergütungsofen, der bei dem in dieser Anmeldung offenbarten Verfahren praktisch benutzt wird, länger ausgeführt werden und nach Maßgabe eines höheren Energieniveaus betrieben werden, welches eine Zunahme der Investitionskosten und der laufenden Betriebskosten nach sich zieht. Es würde daher wünschenswert sein, dass der kontinuierliche Vergütungsschritt vermieden werden kann.

Es ist möglich, ein Blechmaterial auf der Basis einer Aluminiumlegierung herzustellen, und zwar vorzugsweise ein Dosenkörpermaterial auf der Basis einer Aluminiumlegierung, welches erwünschte metallurgische Eigenschaften hat, indem in einer kontinuierlichen Folge von Verfahrensschritten, die Schritte der Bereitstellung eines heißen, aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Zuführmaterials, welches einer Folge von Walzschritten unterzogen wird, wobei das Material rasch und kontinuierlich bis zum Erreichen der Dicke und der metallurgischen Eigenschaften gekühlt wird, ohne die Notwendigkeit eines Vergütungsschrittes, der üblicherweise im Stand der Technik benutzt worden ist, angewandt werden. Bei ähnlichen, dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren, z. B. demjenigen gemäß dem US-Patent Nr. 4,282,044 ist vorgeschlagen worden, dass ein Dosenkörpermaterial aus einer Aluminiumlegierung durch Streifenguss hergestellt werden kann, an den sich ein Walzen und ein Aufwickeln anschließen, wobei das aufgewickelte Material in der Form von Rollen langsam abkühlt. Anschließend wird die Rolle später vergütet, um die metallurgischen Eigenschaften des Blechmaterials zu verbessern.

Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, dass sobald das Zuführmaterial rasch abgekühlt wird, und zwar im Anschluss an den Gießvorgang, es nicht notwendig ist, einen Vergütungsschritt einzusetzen, um die gewünschten metallurgischen Eigenschaften zu erhalten, die daraus resultieren, das lösbare Elemente gelöst werden. Ohne den Gegenstand der vorliegenden Erfindung theoretisch zu begrenzen wird angenommen, dass das rasche Abkühlen, welches durch die kontinuierlichen Inline-Walzvorgänge bewirkt wird, in einer hinreichend kurzen Zeitperiode ausgeführt wird, um zu verhindern, dass Legierungselemente in dem Aluminiumzuführmaterial als intermetallische Verbindungen ausgefällt werden. Diese Ausfällreaktion ist eine diffusionsgeregelte Reaktion, welche Zeit benötigt. Falls das Zuführmaterial während des Walzens rasch gekühlt wird, steht nur eine ungenügende Zeit zur Verfügung, um das diffusionskontrollierte Ausfällen zu ermöglichen. Dies bedeutet umgekehrt, dass nicht nur das Inline-Verfahren der Aluminiumlegierung erleichtert wird, nämlich mit Hinblick auf eine Minimierung der Anzahl an Verfahrensschritten, die die Handhabung des Materials betreffen, sondern es kommt hinzu, dass die rasche Abkühlung ein wesentliches Ausfällen von Legierungselementen verhindert, so dass es nicht notwendig ist, einen Hochtemperaturvergütungsschritt zu verwenden, um die gewünschte Festigkeit des fertigen Dosenproduktes zu erreichen.

Das Zuführmaterial, welches gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass es in einer äußerst ökonomischen Weise ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines kostenträchtigen Vergütungsschrittes hergestellt worden ist. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist ein Vergüten im Stand der Technik benutzt worden, um eine Zipfelbildung zu minimieren. Bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass die Bedingungen (Zeit und Temperatur) eines Warmwalzens, die Dicke der Legierung als Streifengussteil und die Geschwindigkeit, mit welcher sie gegossen wird, zur Kontrolle einer Zipfelbildung verwendet werden können. Beispielsweise wird angenommen, dass ein Gießen der Aluminiumlegierung nach Maßgabe reduzierter Dicken die Zipfelbildung vermindert; in ähnlicher Weise kann ein Gießen nach Maßgabe höherer Geschwindigkeiten gleichermaßen eine Zipfelbildung vermindern. Sobald Verfahrensbedingungen benutzt werden, die dazu tendieren, ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung zu liefern, welches eine Tendenz zu stärkerer Zipfelbildung aufweist, kann dieses Phänomen mittels einer alternativen Ausführungsform geregelt werden.

Entsprechend dieser alternativen Ausführungsform der Erfindung kann eine starke Zipfelbildung, die an dem Zuführmaterial auftritt, kompensiert werden, indem das behandelte Material vor der Tassenformung nach Maßgabe nicht kreisförmiger Zuschnitte zugeschnitten wird, eine Technik deren Gebrauch im Stand der Technik als gewundene bzw. gewickelte oder kalibrierte Matrize bekannt geworden ist. Der Gebrauch einer kalibrierten Matrize gleicht jegliche Zipfelbildungstendenzen des Blechmaterials aus, indem Metall an den Umfangsabschnitten des Zuschnitts entfernt wird, an denen sich Zipfelbildung beim Ziehen der Tasse einstellen könnte. Auf diese Weise verhindert die kalibrierte Matrize jegliche Zipfelbildung, die ansonsten durch das Auslassen einer Hochtemperaturvergütung verursacht werden könnte.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Streifen durch Streifen- bzw. Strangguss hergestellt, und zwar nach Maßgabe einer Gussdicke von weniger von 25,4 mm (1,0 Inch) und vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,254 mm bis 5,08 mm (0,01 Inch bis 0,2 Inch).

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Breite des Streifens, der Tafel oder der Platte gering angelegt, und zwar in Gegensatz zu herkömmlichen Vorstellungen. Dies ermöglicht eine einfache Inline-Behandlung, minimiert Investitionskosten für eine Betriebsausrüstung und minimiert darüber hinaus die Kosten der Umwandlung schmelzflüssigen Metalls in ein Dosenkörpermaterial.

1 ist eine schematische Darstellung, welche ein Verfahren zeigt, bei dem eine kontinuierliche Inline-Folge von Verfahrensschritten zur Herstellung von aus einer Aluminiumlegierung bestehendem Blechmaterial angewandt wird.

2 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Streifengusseinrichtung, die zur Ausführung der Erfindung benutzt wird;

3 ist ein verallgemeinertes Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm für Aluminiumlegierungen, welches zeigt, wie schnell ein Aufheizen und ein Abschrecken dazu dient, eine Ausfällung von Legierungselementen in der Form intermetallischer Verbindungen zu eliminieren oder wenigstens wesentlich zu minimieren;

4 ist eine Zeichnung eines Zuschnitts, der mit einer kalibrierten Matrize bzw. Stanzwerkzeug hergestellt worden, ist um erfindungsgemäß eine Zipfelbildung zu kontrollieren.

Der bevorzugte Prozess der vorliegenden Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Tassenund Dosenkörpern, und zwar unter Verwendung der folgenden Verfahrensschritte einer kontinuierlichen Inline-Folge:

  • (a) In dem ersten Schritt wird ein heißes, aus Aluminium bestehendes Zuführmaterial bereitgestellt, vorzugsweise durch Strangguss und
  • (b) das Zuführmaterial wird bei der bevorzugten Ausführungsform einem Walzen unterzogen, um das Blechmaterial rasch und kontinuierlich nach Maßgabe der gewünschten Dicke abzukühlen und die gewünschten Festigkeitseigenschaften zu erhalten.

Das abgekühlte Zuführmaterial kann entweder in der Form einer Rolle hergestellt werden, und zwar mit Hinblick auf einen späteren Gebrauch oder es kann weiter behandelt werden, um nicht kreisförmige Zuschnitte herzustellen, und zwar mittels einer kalibierten Matrize, um eine Zipfelbildung zu kontrollieren, und zwar in Übereinstimmung mit herkömmlichen Verfahren.

Ein bedeutendes Konzept dieser Ausführungsform dieser Erfindung besteht darin, dass das Walzen des frisch hergestellten Streifengussteils schnell durchgeführt wird, und zwar bevor ausreichend Zeit für eine diffusionskontrollierte Reaktion zur Verfügung steht, infolge welcher Legierungselemente aus einer festen Lösung als intermetallische Verbindungen ausgefällt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auf diese Weise, eine Hochtemperaturvergütung auszulassen, die im Stand der Technik erforderlich ist, um eine Lösung lösbarer Legierungselemente herbeizuführen. Im Allgemeinen muss das gegossene Zuführmaterial gekühlt werden, und zwar auf Kaltwalztemperaturen in weniger als 30 Sekunden und vorzugsweise in weniger als 10 Sekunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren Eigenschaften, die sich von Verfahren unterscheiden, die dem Stand der Technik zuzuordnen sind:

  • (a) Die Breite des Dosenkörpermaterials ist gering;
  • (b) das Dosenkörpermaterial wird in einer kleinen einfachen Inline-Vorrichtung hergestellt;
  • (c) die Tendenz der nicht vergüteten Aluminiumlegierung zur Zipfelbildung wird durch den Gebrauch einer kalibrierten Matrize unterdrückt, wobei ennrünschte Festigkeitseigenschaften erreicht werden; und
  • (d) die genannten kleinen Dosenkörperanlagen können in oder in der Nähe von Dosenherstellungsanlagen untergebracht werden, so dass Handlungen des Verpackens und Verschiffens eliminiert werden.

Es ist in der Aluminiumindustrie Praxis geworden, breitere Gussstreifen oder Tafeln zu verwenden, und zwar aus Gründen der Wirtschaftlichkeit. Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist festgestellt worden, dass im Gegensatz zu dieser herkömmlichen Lösung die Wirtschaftlichkeit am besten bedient wird, wenn die Breite des Guss-Zuführmaterials als schmaler Streifen beibehalten wird, um die Behandlung zu erleichtern und es zu ermöglichen, dass kleine dezentralisierte Streifenwalzanlagen verwendet werden. Gute Ergebnisse sind erzielt worden, sobald das als Gussstück vorliegende Zuführmaterial eine Breite von weniger als 610 mm (24 Inch) aufwies und vorzugsweise eine Breite innerhalb des Bereichs von 50,8 mm bis 508 mm (2 Inch bis 20 Inch) aufwies. Indem derartig schmale Gussstreifen verwendet werden, können Investitionen beträchtlich reduziert werden, und zwar durch den Gebrauch von kleinen Inline-Ausrüstungen. Solche kleinen und ökonomischen Inline-Ausrüstungen der vorliegenden Erfindung können in der Nähe der Punkte des Bedarfs angeordnet werden, beispielsweise in Dosenherstellungsanlagen. Dies wiederum hat den weiteren Vorteil, dass Kosten, die mit der Verpackung, dem Verschiffen von Produkten und von Verbraucherschrott verbunden sind, minimiert werden.

Die Inline-Anordnung der Verfahrensschritte nach Maßgabe einer geringen Breite (beispielsweise 305 mm (12 Inch) macht es auf diese Weise möglich, dass das Verfahren in passender Weise und insbesondere wirtschaftlich in oder in der Nähe von Dosenherstellungsanlagen angesiedelt werden kann. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend den besonderen technischen und Durchsatznotwendigkeiten an Dosenmaterial dieser Dosenherstellungsanlagen betrieben werden.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in 1 dargestellt ist, erkennt man die Folge der Schritte, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verfahrensschritte zur Herstellung von Dosenkörpermaterial in einer kontinuierlichen Linie angeordnet werden können, so dass die unterschiedlichen Verfahrensschritte in einer Folge ausgeführt werden. Auf diese Weise werden zahlreiche Handhabungsoperationen vollständig vermieden.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird schmelzflüssiges Metall aus einem Ofen 1 einem Metallentgasungs- und Filtermittel 2 zugeführt, um gelöste Gase und in Partikelform vorliegendes Material aus dem schmelzflüssigen Metall zu entfernen, wie in 1 gezeigt. Das schmelzflüssige Metall wird unmittelbar in ein Gussmaterial 4 umgeformt, und zwar in einer Gießvorrichtung 3. Der hier benutzte Ausdruck "Zuführmaterial" bezieht sich auf eine Vielzahl an Aluminiumlegierungen in der Form von Gussteilen, Platten, Tafeln und Streifen, die dem Warmwalzschritt zugeführt werden, und zwar bei der geforderten Temperatur. Ein Aluminium "Gussstück" weist hier üblicherweise eine Dicke von ungefähr 152 mm (6 Inch) bis ungefähr 762 mm (30 Inch) auf und wird gewöhnlich durch direkten Kokillenguss oder elektromagnetischen Guss hergestellt. Der Begriff Aluminium "Platte" bezieht sich hier auf eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von ungefähr 12,7 mm (0,5 Inch) bis ungefähr 152 mm (6 Inch) und wird üblicherweise durch direkten Kokillenguss oder elektromagnetischen Guss alleine oder in Kombination mit einem Warmwalzen einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der Ausdruck "Tafel" bezieht sich hier auf eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 9,53 mm (0,375 Inch) bis ungefähr 762 mm (3 Inch) und es liegt somit eine Überlappung mit der Definition der Aluminium "Platte" vor. Der Ausdruck "Streifen" wird hier gebraucht um eine Aluminiumlegierung zu bezeichnen, die üblicherweise eine Dicke von weniger als 9,53 mm (0,375 Inch) aufweist. Üblicherweise werden sowohl Tafeln als auch Streifen durch kontinuierliche Gießtechniken hergestellt, die dem Fachmann bestens bekannt sind.

Das Zuführmaterial, das bei der praktischen Ausführung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet wird, kann nach einer Anzahl Gießtechniken hergestellt werden, die dem Fachmann bestens bekannt sind, einschließlich der Zwillingsbandgießvorrichtungen ähnlich denjenigen, die in dem US-Patent 3,937,270 beschrieben worden sind sowie in den Patenten, auf die in dieser Patentschrift Bezug genommen ist. Bei einigen Anmeldungen wird es vorgezogen, als Technik zum Gießen des Aluminiumstreifens ein Vertahren und eine Vorrichtung zu verwenden, die in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial No. 184,581 offenbart ist, die am 21. Juni 1994 angemeldet worden ist, der Anmeldung Serial No. 173,663, die am 23. Dezember 1993 angemeldet worden ist und der Anmeldung Serial No. 173,369, die am 23. Dezember 1990 angemeldet worden ist. Die Stranggusstechniken, die in den vorstehenden anhängigen Anmeldungen beschrieben worden sind, die mit Vorteil bei der Ausführung dieser Erfindung eingesetzt werden können, sind in 2 der Zeichnungen dargestellt.

Wie gezeigt umfasst die Vorrichtung ein paar Endlosbänder 10, 12, die auf einem Paar oberer Rollen 14, 16 und einem entsprechenden Paar unterer Rollen 18, 20 gehalten sind. Eine jede der Rollen ist drehbar angeordnet und es handelt sich um geeignete wärmebeständige Rollen. Entweder eine oder beide der oberen Rollen 14, 16 wird mittels eines geeigneten Motors oder einem ähnlichen Antriebsmittel angetrieben, das in den Zeichnungen aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt ist. Das gleiche gilt für die unteren Rollen 18, 20. Ein jedes der Bänder 10, 12 ist ein Endlosband und besteht vorzugsweise aus einem Metall, welches eine geringe Reaktivität im Verhältnis zu dem zu gießenden Aluminium aufweist. Bevorzugte Materialien für die Endlosbänder sind Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt oder Kupfer.

Die Rollen werden wie in 2 dargestellt angeordnet, und zwar die eine über der anderen mit einem Formgebungsspalt zwischen diesen, der der gewünschten Dicke des Aluminiumstranggussteils entspricht.

Schmelzflüssiges zu gießendes Metall wird in den Formgebungspalt über geeignete Metallzuführmittel eingeführt wie z. B. eine Gießwanne 28. Die Innenseite der Gießwanne 28 entspricht in ihrer Breite im Wesentlichen der Breite der Bänder 10, 12 und umfasst eine der Zuführung von Metall dienende Gießdüse 30, um schmelzflüssiges Metall in den Formgebungsspalt zwischen den Bändern 10, 12 einzuführen. Die Gießvorrichtung umfasst auch ein Paar Kühlmittel 32, 34, die jeweils der Position des Endlosbandes gegenüberliegend angeordnet sind, welche sich in Berührung mit dem zu gießenden Metall in dem Formgebungsspalt zwischen den Bändern befindet. Die Kühlmittel 32, 34 dienen auf diese Weise der Kühlung der jeweiligen Bänder 10, 12, und zwar bevor sie in Berührung mit dem schmelzflüssigen Metall treten. Bei der bevorzugten, in 2 gezeigten Ausführungsform sind die Kühlmittel 32, 34 wie gezeigt im Verlauf der jeweiligen Rückführung der Bänder 10, 12 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform können die Kühlmittel 32, 34 herkömmliche Kühlmittel sein wie z. B. Fluiddüsen, über welche ein Kühlfluid direkt auf die Innenseite und/oder die Außenseite der Bänder 10, 12 gesprüht wird, um die Bänder über ihre Dicke zu kühlen. Weitere Einzelheiten, welche die Stranggießvorrichtung betreffen, können den zitierten anhängigen Anmeldungen entnommen werden.

Das Zuführmaterial 4 wird durch wahlweise Kalibrierwalzen 5 in einem oder mehreren Warmwalzständern 6 geführt, in denen seine Dicke vermindert wird. Zusätzlich dienen die Walzständer zum raschen Kühlen des Zuführmaterials, um ein Ausfällen der die Festigkeit bewirkenden Legierungselemente wie z. B. Mangan, Kupfer, Magnesium und Silizium, die in der Aluminiumlegierung enthalten sind, zu verhindern oder zu behindern.

Der Fachmann erkennt, dass eine unbedeutende Ausfällung intermetallischer Verbindungen auftreten kann, die jedoch die letztendlichen Eigenschaften nicht beeinflusst. Eine solche geringfügige Ausfällung hat keine Bedeutung auf die letztendlichen Eigenschaften, und zwar aufgrund des Umstands, dass das Volumen und die Art der intermetallischen Verbindungen nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die letztendlichen Eigenschaften ausüben. Der hier benutzte Ausdruck "wesentlich" bezieht sich auf Ausfällungen, die die letztendlichen Blecheigenschaften beeinflussen.

Der Fachmann versteht, dass Ein- oder Mehrwalzschritte benutzt werden können, die dazu dienen, die Dicke des Streifens 4 zu vermindern, während gleichzeitig eine rasche Abkühlung des Streifens stattfindet, um ein Ausfällen von Legierungselementen zu verhindern. Die Austrittstemperatur der Streifen-Gießvorrichtung 3 verändert sich innerhalb des Bereichs von 371 °C (700 °F) bis zu der Solitustemperatur der Legierung. Infolge der Walzverfahren wird die Temperatur des Gussstreifens 4 rasch abgekühlt auf Temperaturen, die für ein Kaltwalzen geeignet sind, und zwar auf weniger als 177 °C (350 °F) und in weniger als 30 Sekunden und vorzugsweise in weniger als 10 Sekunden, um sicherzustellen, dass die Kühlung ausreichend schnell abläuft, um ein Ausfällen von Legierungselementen aus einer festen Lösung zu verhindern oder wesentlich zu minimieren. Die Auswirkungen des raschen Abkühlens können unter Bezugnahme auf 3 der Zeichnungen dargestellt werden, welche die Bildung intermetallischer Fällprodukte in Aluminium in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit zeigt.

Solche Kurven, die im Stand der Technik allgemein als Zeit-Temperatur-Umwandlung oder "C" Kurven bekannt sind, zeigen die Bildung grober und feiner Partikel, die infolge des Ausfällens von Legierungselementen als intermetallische Verbindungen gebildet werden, während eine Aluminiumlegierung erwärmt oder gekühlt wird.

Es ist in der Praxis der vorliegenden Erfindung wichtig, das Zuführmaterial während der Walzverfahren rasch abzukühlen, so dass der Streifen 4 entlang einer Temperatur-Zeit-Linie gekühlt wird, die die in 3 der Zeichnungen gezeigten Kurven nicht schneidet. Die dem Stand der Technik zuzuordnende Praxis der Ermöglichung eines langsamen Abkühlens beispielsweise einer Rolle führte zu einer Temperatur-Zeit-Linie, welche diese Kurven schnitt, so dass infolge des langsamen Abkühlens ein Ausfällen von Legierungselementen als intermetallische Verbindungen auftrat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Zuführmaterial von der Stelle, an der es gekühlt worden ist, einem oder mehreren Kaltwalzgerüsten zugeführt, in denen das Zuführmaterial mit der Maßgabe bearbeitet wird, dass die Legierung gehärtet wird und ihre Dicke nach Maßgabe eines Endmaßes vermindert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es manchmal wünschenswert, den kalten Walzstreifen nach erfolgtem Kaltwalzen bei erhöhten Temperaturen zu altern, vorzugsweise bei Temperaturen innerhalb des Bereichs von 149°C bis 191°C (300°F–375°F), und zwar während ungefähr 1 Stunde bis ungefähr 10 Stunden. Weil der Streifen gekühlt worden ist, so dass ein Ausfällen von Legierungselementen als intermetallische Verbindungen im Wesentlichen minimiert worden ist, weist der gegossene Streifen ein ungewöhnlich hohes Niveau einer Übersättigung an gelösten Stoffen auf. Der Alterungsschritt verursacht auf diese Weise eine äußerste Zugfestigkeit und Streckgrenze sowie eine Erhöhung der Formbarkeit.

Anschließend kann der Gussstreifen, der gealtert worden ist, entweder aufgerollt werden oder er kann unmittelbar zu Dosendeckeln und/oder Laschen unter Vennrendung herkömmlicher Techniken geformt werden.

Wie der Fachmann verstehen wird, ist es möglich, den Nutzen der vorliegenden Erfindung auszuwerten, ohne dass der Kaltwalzschritt in dem Kaltwalzwerk als Teil des Inline-Verfahrens ausgeführt wird. Auf diese Weise ist der Gebrauch des Kaltwalzschrittes lediglich ein wahlweiser Verfahrensschritt der vorliegenden Erfindung und kann ganz ausgelassen werden oder er kann nach Art einer Offline-Verfahrensführung durchgeführt werden, und zwar in Abhängigkeit von dem letztendlichen Gebrauch der behandelten Legierung.

Die Auswirkung der Dickenreduzierung, die in ähnlicher Weise durch die Walzverfahren bewirkt worden sind, unterliegt Breitenänderungen, und zwar in Abhängigkeit von der Art des benutzten Zuführmaterials, deren Chemie und der Art, gemäß welcher es hergestellt worden ist. Aus diesem Grunde ist die prozentuelle Verminderung der Dicke, nach deren Maßgabe die Walzverfahren geführt werden, für die Ausführung der Erfindung unkritisch. Im Allgemeinen werden gute Ergebnisse erzielt, sobald das Walzverfahren eine Dickenreduzierung innerhalb des Bereichs von 40% bis 99% der ursprünglichen Dicke des Gussstreifen bewirkt.

Es wird alternativ bevorzugt, unmittelbar Zuschnitte zuzuschneiden, und zwar unter Benutzung einer kalibrierten Matrize, um Tassen zur Herstellung von Dosen herzustellen anstelle eines Aufwickelns des Streifens oder der Tafeln 4. Kalibrierte Matrizen, die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind im Stand der Technik bekannt und in den US-Patenten 4,711,611 und 5,095,733 beschrieben. Solche Matrizen sind nunmehr üblich und dem Fachmann bestens bekannt. Die kalibrierten Matrizen, die bei der praktischen Ausführung dieser Erfindung benutzt werden, können benutzt werden um einen nicht kreisförmigen Zuschnitt, der die in 4 gezeigte Gestalt aufweist, zu bilden, der wiederum benutzt werden kann, um eine Tasse zu formen, die die in der gleichen Zeichnung dargestellte Gestalt aufweist. Auf diese Weise kann die kalibrierte Matrize wo immer dies notwendig ist benutzt werden, um Zipfelbildungstendenzen des Blechmaterials zu minimieren.

Der Fachmann erkennt, dass es auch möglich ist, das Blechmaterial aufzuwickeln, bevor das Blechmaterial mit einer kalibrierten Matrize behandelt wird.

Die Konzepte dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in einem weitem Bereich von Aluminiumlegierungen anwendbar, die zum Gebrauch als Dosenkörpermaterial bestimmt sind. Legierungen, die zum Gebrauch bei der praktischen Ausführung der Erfindung im Allgemeinen geeignet sind, sind Aluminiumlegierungen, die von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,6 Gew.-% Silizium, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% Eisen, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,6 Gew.-% Kupfer, von ungefähr 0,2 Gew.-% bis ungefähr 1,5 Gew.-% Mangan, von ungefähr 0,2 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% Magnesium, von ungefähr 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Zink aufweisen, wobei der Rest aus Aluminium einschließlich üblicher Verunreinigungen besteht. Geeignete Legierungen umfassen Aluminiumlegierungen der Serien 3000 und 5000 wie z. B. AA 3004, AA 3104 und AA 5017.

Nachdem die grundliegenden Konzepte dieser Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden sind, wird nunmehr auf die folgenden Beispiele Bezug genommen, die lediglich zum Zweck der Darstellung der Erfindung aufgeführt werden.

Beispiel 1

Ein Blech bestehend aus einem, das Endmaß aufweisenden Dosenmaterials, welches nicht vergütet war, wurde zu einer Tasse verformt unter Verwendung einer üblichen Rundmatrize. Die Zipfelbildung wurde mit 6,6% gemessen.

Ein benachbartes Blech, welches dem gleichen Verfahren unterzogen wurde, (ohne eine Vergütung) wurde zu einer Tasse verformt, und zwar mittels einer kalibriert geschnittenen Kante der Zuschnittmatrize. Die Zipfelbildung wurde mit 3,1% gemessen.

Beispiel 2

Ein dünner Metallstreifen von 2,286 mm (0,09 Inch) Dicke wurde mit 91,44 m/min (300 Fuß pro Minute) gegossen und unmittelbar in drei Stichen bei hoher Geschwindigkeit von 2,286 mm (0,090 Inch) Dicke auf 0,2896 mm (0,0114 Inch) Dicke gewalzt, wobei die Temperatur während des Walzens abnahm, und zwar von 482°C (900°F) auf 149°C (300°F). Die Zipfelbildung des auf diese Weise hergestellten Bleches betrug 3,8%. Die letztendliche Zugfestigkeit des Bleches betrug 299,234 kNn–2 (43,400 psi) und die Dehnung 4,4%.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Getränkedosen, und zwar durch Herstellung eines aus der Aluminiumlegierung bestehenden blechförmigen Gutes in einer kontinuierlichen, die folgenden Schritte umfassenden In-line-Folge:

    a) Bereitstellung eines heißen, aus der Aluminiumlegierung bestehenden Zuführgutes in der Form von Blöcken, Platten, Brammen oder Bändern in einer Gießvorrichtung, wobei die Austrittstemperatur des Zuführgutes aus der Gießvorrichtung zwischen 371°C (700°F und der Solidustemperatur der Legierung liegt; und

    b) Warmwalzen des Zuführgutes um dessen Dicke zu reduzieren und rasches Abkühlen des Zuführgutes in einem Maße, welches ausreichend ist, um ein wesentliches Ausfällen von Legierungselementen der festen Lösung zu vermeiden, wobei infolge des Warmwalzens die Temperatur des gegossenen Zuführgutes in weniger als 30 Sekunden auf unter 177° C (350°F) vermindert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gegossene Zuführgut ein Band ist, welches vor dem Warmwalzen eine Dicke von weniger als 1,0 Inch (25 mm) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das gegossene bandförmige Zuführgut vor dem Warmwalzen eine Dicke innerhalb des Bereichs von 0,01 Inch bis 0,2 Inch (0,254 mm bis 5,08 mm) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei infolge des Walzen die Dicke des Zuführgutes um 40% bis 99% vermindert wird.
  5. Vertahren nach Anspruch 1, wobei das Zuführgut auf ein Maß von 0,0114 Inch (2,90 mm) gewalzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mit Hinblick auf eine Kühlung des Zuführgutes das Walzen in weniger als 10 Sekunden ausgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung ein Werkstoff in der Form einer Legierung ist, der für Dosenkörper benutzt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Zuführgut im Rahmen eines Stranggussverfahrens bereitgestellt wird, welches unter Benutzung einer kontinuierlichen Bandgießmaschine ausgeführt wird, deren bewegliche Bänder gekühlt werden, bevor sie mit dem geschmolzenen Aluminium in Berührung treten.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Zuführgut eine Aluminiumlegierung ist, welche von 0 Gew.-% bis 0,06 Gew.-% Silicium, 0 Gew.-% bis 0,8% Gew.-% Eisen, 0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% Kupfer, 0,2 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0,2 Gew.-% bis 4 Gew.-% Magnesium, 0 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% Zink, und 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Chrom enthält, wobei der Rest aus Aluminium und üblichen Verunreinigungen besteht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Aluminiumlegierung, welche das Zuführgut bildet, aus der aus AA 3004, AA 3104 und AA 5017 bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welches den weiteren Verfahrensschritt der Bildung von Tassen aus dem abgekühlten gewalzten Zuführgut umfasst, und zwar unter Verwendung eines gewickelten Stanzwerkzeugs.
  12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das gewalzte Zuführgut im Anschluss an das Walzen aufgewickelt wird.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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