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Dokumentenidentifikation DE69622163T3 28.09.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000815278
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON BLECHERZEUGNISSEN AUS EINER ALUMINIUMLEGIERUNG
Anmelder Golden Aluminum Co., Elmendorf, Tex., US
Erfinder NEWTON, William, San Antonio, US;
TOMES, A., David, San Antonio, US
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69622163
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.03.1996
EP-Aktenzeichen 969071976
WO-Anmeldetag 07.03.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/US96/03115
WO-Veröffentlichungsnummer 1996028582
WO-Veröffentlichungsdatum 19.09.1996
EP-Offenlegungsdatum 07.01.1998
EP date of grant 03.07.2002
EPO date of publication of amended patent 05.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.09.2006
IPC-Hauptklasse C22F 1/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Aluminium-Legierungs-Blech und Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Legierungs-Blech. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Aluminium-Legierungs-Blech und Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Legierungs-Blech, wobei das Blech insbesondere dafür geeignet ist, in gezogene und geplättete Behälterkörper geformt zu werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Aluminium-Getränkebehälter werden im Allgemeinen aus zwei Teilen hergestellt, wobei ein Teil die Behälter-Seitenwände und den Boden (hierin als ein "Behälterkörper" bezeichnet) und ein zweites Teil die Behälter-Oberseite bildet. Behälterkörper werden durch im Fachgebiet wohlbekannte Verfahren hergestellt. Im Allgemeinen wird der Behälterkörper hergestellt, indem aus einem runden Aluminiumblech-Rohling eine Schale geformt wird, und dann die Seitenwände gezogen und dünner gemacht werden, indem die Schale durch eine Reihe von Formen geführt wird, die zunehmend kleinere Bohrungsgrößen haben. Dieses Verfahren wird als "Ziehen und Plätten" des Behälterkörpers bezeichnet.

Eine herkömmliche Aluminium-Legierung, die verwendet wird, um Behälterkörper herzustellen, ist AA 3004, eine Legierung, die bei der Aluminium Association registriert ist. Die physikalischen Eigenschaften von AA 3004 sind vor allem aufgrund des relativ geringen Magnesium- (Mg) und Mangan (Mn)-Gehaltes der Legierung zum Ziehen und Plätten von Behälterkörpern geeignet. Eine erwünschte Eigenschaft von AA 3004 ist, dass der Arbeitsaufwand, der während des Behälter-Herstellungsverfahrens für das Aluminiumblech aufbracht wird, relativ gering ist.

Aluminium-Legierungs-Blech wird am häufigsten durch ein Blockguss-Verfahren hergestellt. In diesem Verfahren wird das Aluminium-Legierungs-Material zunächst in einen Block gegossen, zum Beispiel mit einer Dicke von ungefähr 20 bis 30 Inch. Der Block wird dann durch Erhitzen für eine längere Zeitdauer, wie ungefähr 6 bis 24 Stunden, auf eine erhöhte Temperatur, die typischerweise 1075°F bis 1150°F beträgt, homogenisiert. Der homogenisierte Block wird dann in einer Reihe von Durchläufen warm gewalzt, um die Dicke des Blocks zu verringern. Das warm gewalzte Blech wird dann bis zur gewünschten Endstärke kalt gewalzt.

Trotz der weltverbreiteten Verwendung des Blockgießens bestehen eine Vielzahl von Vorteilen bei der Herstellung von Aluminium-Legierungs-Blech durch kontinuierliches Gießen von geschmolzenem Metall. In einem kontinuierlichen Gießverfahren wird geschmolzenes Metall kontinuierlich direkt in eine relativ lange dünne Platte gegossen und die gegossene Platte wird dann warm gewalzt und kalt gewalzt, um ein Endprodukt zu erzeugen. Jedoch können nicht alle Legierungen unter Verwendung eines kontinuierlichen Gießverfahrens leicht in ein Aluminiumblech gegossen werden, das für Formungsvorgänge geeignet ist, wie zur Herstellung von gezogenen und geplätteten Behälterkörpern.

Es wurde versucht, die AA 3004-Legierung kontinuierlich zu gießen. Zum Beispiel ist in der Veröffentlichung mit dem Titel "Production of Continuous Cast Can Body Stock", welche von McAuliffe, einem Angestellten des Anmelders der vorliegenden Anmeldung, am 27. Februar 1989 auf dem AIME-Treffen in Las Vegas vorgestellt wurde, offenbart, dass eine eingeschränkte Untersuchung mit zwei Herstellern von 12 Unzen, 90 Pound-Dosen (d.h. mit einer Mindest-Beulfestigkeit von 90 p.s.i) durchgeführt wurde. In einer Untersuchung wurde 3004 Dosen-Material hergestellt. Die Veröffentlichung offenbart, dass "beide Untersuchungen im 2–3 % Zipfelbildungs-Bereich bestätigen, dass die Oberflächen- und Innen-Qualität und -Struktur ausreichend waren, um Dosen mit annehmbarer Qualität herzustellen." Jedoch wurde gefunden, dass die kontinuierlich gegossene AA 3004-Legierung für typische stark karbonisierte Getränke, wie Sodawasser, ungeeignet ist, da sie eine ungenügende Beulfestigkeit aufweist, wenn sie unter Verwendung von gegenwärtigen typischen Material-Dicken (z.B. von ungefähr 0,0112'' bis 0,0118'') im Gegensatz zu Material-Dicken, die zur Zeit des McAuliffe-Artikels (z.B. von ungefähr 0,014'' bis 0,0128'') verwendet wurden, benutzt wird. Dies liegt an den schlechten Nachhärtungs-Charakteristiken von kontinuierlich gegossener AA 3004-Legierung, die mit geeigneten Zipfelbildungs-Levels hergestellt wird. Dies wird hiernach im Zusammenhang mit Beispielen der physikalischen Charakteristiken von kontinuierlich gegossener AA 3004-Legierung detaillierter diskutiert werden.

U.S. Patent Nr. 4,238,248 von Gyongos et al. offenbart das Gießen einer Legierung des AA 3004-Typs in einer Blockguss-Vorrichtung. Die Legierung wies einen Magnesium-Gehalt von 0,8 bis 1,3 Prozent und einen Mangan-Gehalt von 1,0 bis 1,5 Prozent auf, mit bis zu 0,25 Prozent Kupfer. In der ganzen vorliegenden Beschreibung sind alle Prozentangaben Gewichts-Angaben, wenn es nicht anders angegeben ist. Jedoch gibt es keine Offenbarung für die Verarbeitung des Gussbandes in für Behälterkörper geeignetes Blech.

U.S. Patent Nr. 4,235,646 von Neufeld et al. beschreibt das kontinuierliche Gießen einer AA 5017 Aluminium-Legierung, die für Getränkebehälterkörper und Behälteroberseiten geeignet ist. Die Legierung schließt 0,4 bis 1,0 Prozent Mangan, 1,3 bis 2,5 Prozent Magnesium und 0,05 bis 0,4 Prozent Kupfer ein. Jedoch ist auch offenbart, dass "Kupfer und Eisen in der vorliegenden Zusammensetzung aufgrund ihres unvermeidbaren Vorhandenseins in Verbraucheraltstoffen enthalten sind. Das Vorhandensein von Kupfer zwischen 0,05 und 0,2 Prozent verbessert auch die geringen Zipfelbildungs-Eigenschaften und trägt zur Festigkeit der vorliegenden Legierung bei." In den Beispielen 1–3 betrug der Kupfer-Gehalt der Legierungen 0,04 Prozent und 0,09 Prozent. Außerdem schließt das Verfahren einen Flash-Temper-Schritt ein. In einem Beispiel hatte das Blech-Material, das von Neufeld et al. offenbart ist, eine Formänderungsfestigkeit nach dem Kaltwalzen von 278 MPa (40,3 ksi) und einen Zipfelbildungs-Prozentanteil von 1,2 Prozent.

U.S. Patent Nr. 4,976,790 von McAuliffe et al. offenbart ein Verfahren zum Gießen von Aluminium-Legierungen unter Verwendung einer Block-artigen Band-Gießvorrichtung. Das Verfahren schließt die Schritte des kontinuierlichen Gießens eines Aluminium-Legierungs-Bandes und des darauffolgenden Einführens des Bandes in eine Warmanlage bei einer Temperatur von ungefähr 880°F bis 1000°F (471°C–538°C) ein. Das Band wird warm gewalzt, um dei Dicke um mindestens 70 Prozent zu verringern, und das Band verlässt die Warmwalze bei einer Temperatur von nicht höher als 650°F (343°C). Das Band wird dann zum Tempern bei 600°F bis 800°F (316°C–427°C) aufgewickelt und dann kalt gewalzt, getempert und einem weiteren Kaltwalzvorgang unterworfen, um das Gleichgewicht zwischen der 45°-Zipfelbildung und der Formänderungsfestigkeit zu optimieren. Die bevorzugte Temperatur des Temperns nach dem Kaltwalzen beträgt 695°F bis 705°F (368°C–374°C).

U.S. Patent Nr. 4,517,034 von Merchant et al. beschreibt ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen einer modifizierten AA 3004-Legierungs-Zusammensetzung, die 0,1 bis 0,4 Prozent Chrom enthält. Das Blech-Material weist einen Zipfelbildungs-Prozentanteil von 3,12 Prozent oder mehr auf.

U.S. Patent Nr. 4,526,625 von Merchant et al. beschreibt auch ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen einer AA 3004-Legierungs-Zusammensetzung, von welcher behauptet wird, dass sie für gezogene und geplättete Behälterkörper geeignet sei. Das Verfahren schließt die Schritte des kontinuierlichen Gießens einer Legierung, des Homogenisierens des gegossenen Legierungs-Bleches bei 950°F–1150°F (510°C–621°C), des Kaltwalzens des Bleches und des Tempern des Bleches bei 350°F–550°F (177°C–288°C) für eine Zeitdauer von ungefähr 2–6 Stunden ein. Das Blech wird dann kalt gewalzt und zur Rekristallisation der Kornstruktur wieder auf 600°F–900°F (316°C–482°C) für ungefähr 1–4 Stunden erhitzt. Das Blech wird dann bis zur Endstärke kalt gewalzt. Die angegebene Zipfelbildung des Bleches beträgt ungefähr 3 Prozent oder mehr.

U.S. Patent Nr. 5,192,378 von Doherty et al. offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Legierungs-Bleches, das dafür geeignet ist, in Behälterkörper geformt zu werden. Die Aluminiumlegierung schließt 1,1–1,7 Prozent Magnesium, 0,5–1,2 Prozent Mangan und 0,3–0,6 Prozent Kupfer ein. Der Gussblock wird bei 900°F–1080°F für ungefähr 4 Stunden homogenisiert, warm gewalzt, bei 500°F–700°F getempert, kalt gewalzt und dann bei 750°F–1050°F getempert. Das Körper-Material kann nach dem End-Kaltwalzen eine Formänderungsfestigkeit von 40–52 ksi aufweisen.

U.S. Patent Nr. 4,111,721 von Hitchler et al. offenbart ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Legierungen des AA 3004-Typs. Das Gussblech wird vor der End-Kalt-Verringerung für ungefähr 4 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von mindestens ungefähr 900°F (482°C) gehalten.

Die Europäische Patentanmeldung Nr. 93304426.5 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen eines Aluminium-Legierungs-Bleches. Es ist offenbart, dass eine Aluminiumlegierung mit 0,93 Prozent Mangan, 1,09 Prozent Magnesium und 0,42 Prozent Kupfer und 0,48 Prozent Eisen in ein Band gegossen wurde. Die Zusammensetzung wurde in zwei Durchgängen warm gewalzt und dann kontinuierlich für 3 Sekunden bei 1000°F (538°C) einer Lösungswärmebehandlung unterworfen, abgeschreckt und zur Endstärke kalt gewalzt. Aus dem Blech hergestellte Dosenkörper wiesen eine Zipfelbildung von 2,8 Prozent, eine Formänderungs-Streckfestigkeit von 43,6 ksi (301 MPa) auf. Ein wichtiger Aspekt der in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 93304426.5 offenbarten Erfindung ist, dass das kontinuierlich gegossene Band sofort nach dem Warmwalzen ohne intermediäre Kühlung einer Lösungswärmebehandlung unterworfen wird, gefolgt von schnellem Abschrecken. Tatsächlich ist in Beispiel 4 dargestellt, dass die Festigkeit verloren geht, wenn die Lösungswärmebehandlungs- und Abschreck-Schritte der Erfindung durch einen konventionellen chargenweisen Aufwicklungs-Temper-Zyklus ersetzt wird, und die Kaltverformung ist auf ungefähr 50 Prozent beschränkt, um die erforderliche Zipfelbildung zu erhalten, wie es in kontinuierlichen Gießverfahren typisch ist. Eine Lösungswärmebehandlung ist aufgrund der hohen Kosten der erforderlichen Ausrüstung und des erhöhten Energieaufwands nachteilig.

Die Europäische Patentanmeldung EP 0485 949 offenbart ein Verfahren zum Gießen eines Aluminium-Legierungs-Bleches, bei welchem das Blech nach dem Kaltwalz-Schritt einer Lösungswärmebehandlung im Bereich von ungefähr 750°F bis 1100°F für nur ungefähr 10 MINUTEN unterworfen wird, wobei auf diesen Schritt ein schnelles Abschrecken des Bleches folgt. Das Vorhandensein der Lösungswärmebehandlung wird als wesentlich bezeichnet, um das notwendige Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Formbarkeit des End-Blechproduktes zu erreichen.

Es verbleibt ein Bedürfnis für ein Verfahren, durch das ein Aluminiums-Legierungs-Blech mit ausreichenden Festigkeits- und Formbarkeits-Eigenschaften hergestellt wird, das leicht in gezogene und geplättete Getränkebehälter verarbeitet werden kann. Das Blech-Material sollte eine gute Festigkeit und Dehnung aufweisen und die resultierenden Behälterkörper sollten eine niedrige Zipfelbildung haben.

Es wäre wünschenswert, ein kontinuierliches Aluminium-Gießverfahren zu haben, in welchem keine Notwendigkeit für einen Wärme-Homogenisierungs-Schritt besteht. Es wäre von Vorteil, ein kontinuierliches Gießverfahren zu haben, in welchem es nicht notwendig ist, das Gussband sofort nach dem Warmwalzen kontinuierlich zu tempern und einer Lösungswärmebehandlung zu unterwerfen (z.B. ohne intermediäre Kühlung), gefolgt von sofortigem Abschrecken. Es wäre von Vorteil, eine Aluminiumlegierung zu haben, die zum kontinuierlichen Gießen geeignet ist, bei der die Korngröße ausreichend ist, um eine verbesserte Formbarkeit bereitzustellen. Es wäre wünschenswert, eine Aluminiumlegierung zu haben, die zum kontinuierlichen Gießen geeignet ist, worin die Magnesium-Menge niedrig gehalten wird, um einen verglichen mit kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Dosen-Material vergleichbaren Glanz, zu erreichen. Es wäre wünschenswert, eine Aluminiumlegierung zu haben, die zum kontinuierlichen Gießen geeignet ist, welche in Behälter geformt werden kann, mit geeigneter Formbarkeit und niedriger Zipfelbildung und geeigneter Festigkeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung eines Aluminiumblech-Produktes bereitgestellt. Das Verfahren schließt die folgenden Schritte ein. Es wird eine Aluminium-Legierungs-Schmelze gebildet, die ungefähr 0,7 bis 1,3 Gew.-% Mangan, ungefähr 1,0 bis ungefähr 1,5 Gew.-% Magnesium, ungefähr 0,35 bis ungefähr 0,6 Gew.-% Kupfer, 0,13 bis 0,25 Gew.-% Silicium und ungefähr 0,5 bis ungefähr 0,7 Gew.-% Eisen einschließt, wobei Aluminium und Verunreinigungen den Rest bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Aluminium-Legierungs-Schmelze ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,45 Gew.-% Magnesium und mehr bevorzugt ungefähr 1,2 bis ungefähr 1,4 Gew.-% Magnesium, ungefähr 0,75 bis ungefähr 1,2 Gew.-% Mangan und mehr bevorzugt ungefähr 0,8 bis ungefähr 1,1 Gew.-% Mangan, ungefähr 0,35 bis ungefähr 0,5 Gew.-% Kupfer und mehr bevorzugt ungefähr 0,38 bis ungefähr 0,45 Gew.-% Kupfer, ungefähr 0,5 bis ungefähr 0,65 Gew.-% Eisen und mehr bevorzugt ungefähr 0,50 bis ungefähr 0,60 Gew.-% Eisen ein, wobei Aluminium und Verunreinigungen den Rest bilden. Die Legierungs-Schmelze wird kontinuierlich gegossen, um ein Gussband zu bilden, und das Gussband wird warm gewalzt, um die Dicke zu verringern und ein warm gewalztes Band zu bilden. Das warm gewalzte Band kann darauffolgend kalt gewalzt werden, ohne einen dazwischenliegenden Warmanlagen-Temper-Schritt oder kann nach dem Warmwalzen für mindestens ungefähr 0,5 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 700°F (371,11°C) bis ungefähr 900°F (482;22°C) getempert werden, um ein Warmanlagen-getempertes Band zu bilden. Das warm gewalzte Band oder Warmanlagen-getemperte Band wird kalt gewalzt, um ein kalt gewalztes Band zu bilden, wobei die Dicke des Bandes auf die gewünschte intermediäre Temper-Dicke verringert wird, um ungefähr 35 % bis ungefähr 60 % pro Durchlauf. Das kalt gewalzte Band wird getempert, um ein intermediäres Kaltanlagen-getempertes Band zu bilden. Das intermediäre Kaltanlagen-getemperte Band wird weiterem Kaltwalzen unterworfen, um die Dicke des Bandes zu verringern und ein Aluminium-Legierungs-Band-Material zu bilden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Aluminium-Legierungs-Band-Material bereitgestellt, umfassend ungefähr 0,7 bis ungefähr 1,3 Gew.-% Mangan, ungefähr 1,0 bis ungefähr 1,5 Gew.-% Magnesium, ungefähr 0,38 bis ungefähr 0,45 Gew.-% Kupfer, ungefähr 0,50 bis ungefähr 0,60 Gew.-% Eisen und 0,13 bis 0,25 Gew.-% Silicium, wobei Aluminium und Verunreinigungen den Rest bilden. Das Aluminium-Legierungs-Band-Material wird durch kontinuierliches Gießen hergestellt. Das Band-Material weist eine Endstärken-Nachhärtungs-Formänderungsfestigkeit von mindestens ungefähr 37 ksi, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 38 ksi und mehr bevorzugt ungefähr 40 ksi auf. Das Band-Material weist eine Zipfelbildung von weniger als 2 Prozent und mehr bevorzugt weniger als 1,8 Prozent auf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Aluminiumblech bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren können relativ hohe Verringerungen der Dicke in sowohl der Warmanlage als auch der Kaltanlage erreicht werden. Außerdem kann aufgrund der Tatsache, dass größere Warmanlagen- und Kaltanlagen-Verringerungen möglich sind, die Anzahl von Warmwalz- und Kaltwalz-Durchläufen verglichen mit kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Dosenkörper-Material verringert werden. Verglichen mit kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Dosenkörper-Material ist ein relativ hoher Anteil an Kaltverformung erforderlich, um ein Dosenkörper-Material mit annehmbaren physikalischen Eigenschaften gemäß dem Blech-Herstellungs-Verfahren der vorliegenden Erfindung herzustellen. Somit wird für das Blech verglichen mit kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Dosenkörper-Material ein verringerter Umformverfestigungs-Aufwand aufgewandt, wenn es in Gegenstände wie gezogene und geplättete Behälter, verarbeitet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Notwendigkeit für eine Hochtemperatur-Behandlung (d.h. Homogenisierung) vermieden werden. Wenn der Hochtemperatur-Homogenisierungs-Schritt durchgeführt wird, wenn das Material aufwickelt wird, kann es zu Druckschweißung kommen, so dass es unmöglich ist, die Rolle abzurollen. Auch kann die Notwendigkeit für eine Lösungswärmebehandlung nach der Warmanlage (z.B. wie es in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 93304426.5 offenbart ist) vermieden werden. Indem eine Lösungswärmebehandlung vermieden wird, ist das kontinuierliche Gießverfahren ökonomischer und führt zu weniger Verfahrens-Kontroll-Problemen.

Gemäß dem vorliegenden Verfahren können große Mengen an recyceltem Aluminium vorteilhaft verwendet werden. Es können 75 Prozent und vorzugsweise bis zu 95 Prozent oder mehr benutzte Getränke-Behälter (UBC) verwendet werden, um das kontinuierlich gegossene Blech der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die Verwendung erhöhter Mengen an UBC verringert die mit der Herstellung des Aluminiumbleches verbundenen Kosten wesentlich.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine kontinuierlich gegossene Legierung bereitgestellt, die relativ hohe Mengen Kupfer einschließt (z.B. 0,35 bis 0,6 Prozent).

Es wurde überraschender Weise gefunden, dass Kupfer auf diese Mengen erhöht werden kann, ohne die Zipfelbildung negativ zu beeinflussen. Wenn Kupfer bei Blockguß-Verfahren erhöht wird, kann die resultierende Legierung für Dosen-Herstellungs-Anwendungen zu stark sein. Außerdem werden gemäß der vorliegenden Erfindung relativ niedrige Mengen Magnesium verwendet (z.B. 1,0 bis 1,5 Prozent), was zu einer besseren Dosen-Oberfächenbeschaffenheit führt als bei kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Dosenkörper-Material. Zum Beispiel tritt eine geringere Oberflächenätzung auf und es resultiert daher eine glänzendere Dose, wenn aus Aluminiumblech gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte gezogene und geplättete Dosen einem industriellen Waschvorgang unterworfen werden. Auch senkt der relativ niedrige Magnesium-Gehalt die Umformverfestigungsrate. Auch wird gemäß der vorliegenden Erfindung, verglichen mit kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Dosenkörper-Material, ein relativ hoher Eisen-Gehalt verwendet, um die Formbarkeit zu erhöhen. Es wird angenommen, dass die Formbarkeit erhöht wird, da der erhöhte Eisen-Gehalt die Mikrostruktur ändert, was zu einem feinkörnigeren Material führt, verglichen mit einem kontinuierlich gegossenen Material mit niedrigem Eisen-Gehalt. Die Toleranz dieser hohen Eisen-Mengen erhöht auch die Menge an UBC, die verwendet werden kann, da Eisen ein häufiger kontaminierender Stoff in Verbraucheraltstoffen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Figur ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Aluminiumblech mit guten Festigkeits- und Formungs-Eigenschaften bereitgestellt. Außerdem wird auch ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumblech bereitgestellt. Das resultierende Aluminiumblech ist insbesondere geeignet zur Herstellung von gezogenen und geplätteten Gegenständen wie Behältern. Das resultierende Blech weist eine verringerte Zipfelbildung und eine verbesserte Festigkeit bei dünneren Stärken auf als vergleichbares gamäß dem Stand der Technik hergestelltes Blech.

Die Aluminium-Legierungs-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die folgenden Bestandteile ein: (1) Mangan, mit einem Minimum von mindestens ungefähr 0,7 Prozent Mangan und mehr bevorzugt mit einem Minimum von mindestens ungefähr 0,75 Prozent Mangan und mehr bevorzugt mit einem Minimum von mindestens ungefähr 0,8 Prozent Mangan und mit einem Maximum von höchstens ungefähr 1,3 Prozent Mangan und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 1,2 Prozent Mangan und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 1,1 Prozent Mangan; (2) Magnesium, mit einem Minimum von mindestens ungefähr 1,0 Prozent Magnesium und mehr bevorzugt mit einem Minimum von mindestens ungefähr 1,15 Prozent Magnesium und mehr bevorzugt mit einem Minimum von mindestens ungefähr 1,2 Prozent Magnesium und mit einem Maximum von höchstens ungefähr 1,5 Prozent Magnesium und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 1,45 Prozent Magnesium und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 1,4 Prozent Magnesium; (3) Kupfer, mit einem Minimum von mindestens ungefähr 0,35 Prozent Kupfer und mehr bevorzugt mit einem Minimum von mindestens ungefähr 0,38 Prozent Kupfer und mit einem Maximum von höchstens ungefähr 0,6 Prozent Kupfer und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 0,5 Prozent Kupfer und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 0,45 Prozent Kupfer; (4) Eisen, mit einem Minimum von mindestens ungefähr 0,50 Prozent Eisen und mit einem Maximum von höchstens ungefähr 0,7 Prozent Eisen und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 0,65 Prozent Eisen und mehr bevorzugt mit einem Maximum von höchstens ungefähr 0,60 Prozent Eisen; (5) Silicium, mit einem Minimum von mindestens ungefähr 0,13 Prozent Silicium und mit einem Maximum von höchstens ungefähr 0,25 Prozent Silicium. Der Rest der Legierungs-Zusammensetzung besteht im Wesentlichen aus Aluminium und Verunreinigungen. Die Verunreinigungen sind vorzugsweise beschränkt auf ungefähr 0,05 Gewichts-Prozent, und überschreiten vorzugsweise nicht ungefähr 0,15 Prozent.

Wobei es nicht erwünscht ist, auf die Theorie festgelegt zu werden, wird angenommen, dass der Kupfer-Gehalt der Legierungs-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in Kombination mit den unten diskutierten Verfahrensschritten, zu der erhöhten Festigkeit des Aluminium-Legierungs-Materials beiträgt, während annehmbare Dehnungs- und Zipfelbildungs-Eigenschaften beibehalten werden. Außerdem wird angenommen, dass die relativ geringe Magnesium-Menge aufgrund einer Verringerung der Oberflächenätzung zu einer verglichen mit gegenwärtig kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Material glänzenderen Oberflächenbeschaffenheit bei aus der Legierung der vorliegenden Erfindung hergestellten Behältern führt. Ferner wird angenommen, dass die relativ hohe Menge an Eisen zu einer erhöhten Formbarkeit führt, da Eisen die Mikrostruktur verändert, was verglichen mit kontinuierlich gegossenen Materialien, die mit ähnlichen Mengen an Mangan, Kupfer und Magnesium gegossen wurden, und die niedrigere Eisen-Mengen enthalten, zu einem feinkörnigeren Material führt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein kontinuierliches Gießverfahren verwendet, um eine Aluminium-Legierungs-Schmelze in ein Aluminium-Legierungs-Blech-Produkt zu formen. In dem kontinuierlichen Gießverfahren kann eine Vielzahl von kontinuierlichen Gießvorrichtungen, wie eine Gurtgießvorrichtung oder eine Walzengießvorrichtung verwendet werden. Vorzugsweise schließt das kontinuierliche Gießverfahren die Verwendung einer Blockgießvorrichtung zum Gießen der Aluminium-Legierungs-Schmelze zu einem Blech ein. Die Blockgießvorrichtung ist vorzugsweise der Art, wie es in den U.S. Patenten Nr. 3,709,281; 3,744,545; 3,747,666; 3,759,313 und 3,774,670 offenbart ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schmelze der oben beschriebenen Legierungs-Zusammensetzung gebildet. Die Legierungs-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird zu Teilen aus Altstoff-Material wie Produktionsabfällen, Dosenaltstoffen und Verbraucheraltstoffen, gebildet. Produktionsabfälle können Blockstücke, gewalzte Bandstücke und andere Legierungsschnittstücke, die bei der Walzdurchführung anfallen, einschließen. Dosenaltstoffe kann Altstoffe einschließen, die als Ergebnis von Zipfelbrechen und Abrieb bei der Dosen-Herstellung anfallen. Verbraucheraltstoffe können von Verbrauchern von Getränkebehältern recycelte Behälter einschließen. Es ist bevorzugt, die Menge der zur Bildung der Legierungs-Schmelze verwendeten Altsfoffe zu maximieren, und die Legierungs-Zusammensetzung ist gemäß der vorliegenden Erfindung zu mindestens ungefähr 75 Prozent und vorzugsweise mindestens ungefähr 95 Prozent aus Gesamt-Altstoffen gebildet.

Um in die bevorzugten Element-Bereiche der vorliegenden Legierung zu gelangen, ist es notwendig, die Schmelze einzustellen. Dies kann durchgeführt werden, indem elementares Metall wie Magnesium oder Mangan zugegeben wird oder indem unlegiertes Aluminium zu der Schmelz-Zusammensetzung zugegeben wird, um überschüssige Legierungs-Elemente zu verdünnen.

Das Metall wird einem Ofen zugeführt und auf eine Temperatur von ungefähr 1385°F (751,68°C) erhitzt, um das Metall gründlich zu schmelzen. Die Legierung wird behandelt, um Stoffe wie gelösten Wasserstoff und nicht-metallische Einschlüsse, weiche das Gießen der Legierung und die Qualität des gefertigten Bleches beeinträchtigen würden, zu entfernen. Die Legierung kann auch gefiltert werden, um weiter nicht-metallische Einschlüsse aus der Schmelze zu entfernen.

Die Schmelze wird dann durch einen Ausgießer und in die Gießvertiefung gegossen. Der Ausgießer ist typischerweise aus einem feuerfesten Material hergestellt und stellt einen Durchgang von der Schmelze zu der Gießvorrichtung bereit, worin das geschmolzene Metall von einer langen schmalzen Spitze beim Verlassen des Ausgießers begrenzt wird. Zum Beispiel kann eine Ausgießerspitze mit einer Dicke von ungefähr 10 bis ungefähr 25 Millimeter und einer Breite von ungefähr 254 Millimeter bis ungefähr 2160 Millimeter verwendet werden. Die Schmelze verlässt die Spitze und gelangt in eine Gießvertiefung, die aus entgegengesetzten Paaren rotierender Kühlblöck besteht.

Das Metall kühlt ab, wenn es innerhalb der Gießvertiefung läuft und verfestigt sich, indem Wärme auf die Kühlblöcke übertragen wird, bis das Band die Gießvertiefung verlässt. Am Ende der Gießvertiefung trennen sich die Kühlblöcke von dem Gussband und bewegen sich zu einem Kühler, wo die Kühlblöcke gekühlt werden. Die Kühlrate, wenn das Gussband durch die Gießvertiefung von der Gießvorrichtung läuft, ist eine Funktion verschiedener Verfahrens- und Produkt-Parameter. Diese Parameter schließen die Zusammensetzung des gegossenen Materials, die Stärke des Bandes, das Kühlblock-Material, die Länge der Gießvertiefung, die Gießgeschwindigkeit und die Effizienz des Kühlblock-Systems ein.

Es ist bevorzugt, dass das Gussband, das die Gießvorrichtung verlässt, so dünn wie möglich ist, um das nachfolgende Bearbeiten zu minimieren. Normalerweise ist ein limitierender Faktor bei der Erhaltung einer minimalen Banddicke die Dicke und Breite der Verteilerspitze der Gießvorrichtung. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Band bei einer Dicke von ungefähr 12,5 Millimeter bis ungefähr 25,4 Millimeter und mehr bevorzugt ungefähr 19 Millimeter gegossen.

Nachdem das Gussband die Gießvorrichtung verlassen hat, wird es einem Warmwalzvorgang in einer Warmanlage unterworfen. Eine Warmanlage schließt ein oder mehrere Paare entgegengesetzt rotierender Walzen mit einem Spalt dazwischen ein, die die Dicke des Bandes, wenn dieses den Spalt durchläuft, verringern. Das Gussband tritt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 850°F (454,44°C) bis ungefähr 1050°F (565,56°C) in die Warmanlage ein. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verringert die Warmanlage die Dicke des Bandes vorzugsweise um mindestens ungefähr 70 Prozent und mehr bevorzugt um mindestens ungefähr 80 Prozent. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Warmanlage 2 Paare Warmwalzen ein und die prozentuale Verringerung in der Warmanlage wird maximiert. Das warm gewalzte Band tritt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 500°F (260°C) bis ungefähr 750°F (398,89°C) aus der Warmanlage aus. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass eine relativ große Verringerung der Dicke in jedem Durchlauf durch die Warmwalzen eintreten kann, und dass so die Anzahl der Paare von Warmwalzen minimiert werden kann.

Das warm gewalzte Band wird gegebenenfalls getempert, um jegliche verbleibende Kaltverformung, die aus der Kaltanlagen-Durchführung resultiert, zu entfernen, und um die Zipfelbildung zu verringern. Vorzugsweise wird das warm gewalzte Band in einem Warmanlagen-Temper-Schritt bei einer Temperatur von minimal mindestens ungefähr 700°F (371,11°C) und mehr bevorzugt minimal mindestens ungefähr 800°F (426,67°C), und vorzugsweise mit einer maximalen Temperatur von höchstens ungefähr 900°F (482,22°C) und mehr bevorzugt einer maximalen Temperatur von höchstens ungefähr 850°F (454,44°C) temperiert. Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine bevorzugte Temperatur zum Temperieren ungefähr 825°F (440,56°C). Das gesamte Metallband sollte vorzugsweise für mindestens ungefähr 0,5 Stunden, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 1 Stunde und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 2 Stunden bei der Temperatur des Temperns sein. Die Zeitdauer, während der das gesamte Metallband bei der Temperatur des Temperns sein sollte, sollte vorzugsweise maximal höchstens ungefähr 5 Stunden, mehr bevorzugt maximal höchstens ungefähr 4 Stunden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Zeit des Temperns ungefähr 3 Stunden. Zum Beispiel kann das Band aufgewickelt, in einem Temper-Ofen platziert und für ungefähr 2 bis ungefähr 4 Stunden bei der gewünschten Temperatur des Temperns gehalten werden. Diese Zeitlänge gewährleistet, dass innere Teile des aufgewickelten Bandes die gewünschte Temperatur des Temperns erreichen und werden bei dieser Temperatur für die bevorzugte Zeitdauer gehalten. Es soll ausdrücklich so verstanden werden, dass die oben aufgelisteten Zeiten des Temperns die Zeiten sind, für die das gesamte Metallband bei den Temperaturen des Temperns gehalten werden, und diese Zeiten schließen nicht die Aufwärmzeit zu Erreichung der Temperatur des Temperns und die Abkühlzeit nach der Temper-Behandlung ein. Das aufgewickelte Band wird vorzugsweise schnell gekühlt, um ein weiteres Bearbeiten zu erlauben, es wird aber nicht schnell abgeschreckt, um eine Lösungs-Wärme-behandelte Struktur beizubehalten.

Alternativ wird das warm gewalzte Band nicht einem Warmanlagen-Temper-Schritt unterwarfen. In dieser alternativen Ausführungsform lässt man das warm gewalzte Band kühlen und unterwirft es anschließend dem Kaltwalzen, ohne jegliche intermediäre thermische Behandlung. Es soll ausdrücklich so verstanden werden, dass das warm gewalzte Band weder einer Wärme-Homogenisierung unterworfen wird, noch wird es einer Lösungswärmebehandlung gefolgt von schnellem Abschrecken unterworfen. Das Band wird auf die Weise, die am geeignetsten ist, gekühlt.

Nachdem das Warmanlagen-getemperte oder warm gewalzte Blech auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist, wird es in einem ersten Kaltwalz-Schritt zu einer intermediären Stärke kalt gewalzt. Kaltwalzen zu einer intermediären Stärke schließt den Schritt des Durchlaufens des Bleches zwischen einem oder mehreren Paaren rotierender Kaltwalzen (vorzugsweise 1 bis 3 Paare Kaltwalzen) zur Verringerung der Dicke des Bandes um ungefähr 35 Prozent bis ungefähr 60 Prozent pro Durchlauf durch jedes Paar Walzen, mehr bevorzugt von ungefähr 45 bis ungefähr 55 Prozent pro Durchlauf ein. Die Gesamt-Verringerung der Dicke beträgt vorzugsweise von ungefähr 45 bis ungefähr 85 Prozent. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass verglichen mit kommerziell erhältlichem kontinuierlich gegossenem Dosen-Material in jedem Durchlauf eine relativ große Verringerung der Dicke des Aluminiumbleches auftreten kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl der in der Kaltanlage erforderlichen Durchläufe zu verringern.

Wenn auf den ersten Kaltwalz-Schritt folgend die erwünschte intermediäre Temper-Stärke erreicht ist, wird das Blech intermediär Kaltanlagen-getempert, um die restliche Kaltverformung zu verringern und die Zipfelbildung zu erniedrigen. Das Blech wird bei einer minimalen Temperatur von mindestens ungefähr 600°F (315,56°C), mehr bevorzugt bei einer minimalen Temperatur von mindestens ungefähr 650°F (343,33°C) und bei einer maximalen Temperatur von nicht höher als ungefähr 750°F (398,89°C) intermediär Kaltanlagen-getempert. Gemäß einer Ausführungsform ist eine bevorzugte Temperatur des Temperns ungefähr 705°F (373,89°C). Die Zeit des Temperns beträgt als Minimum mindestens ungefähr 0,5 Stunden und beträgt mehr bevorzugt als Minimum mindestens ungefähr 2 Stunden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der intermediäre Kaltanlagen-Temper-Schritt ein kontinuierliches Tempern, vorzugsweise bei einer Temperatur von ungefähr 800°F (426,67°C) bis ungefähr 1050°F (565,56°C) und mehr bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 900°F (482,22°C), einschließen. Es wurde unerwarteterweise gefunden, dass diese Kaltanlagen-Temper-Temperaturen zu vorteilhaften Eigenschaften führen.

Nachdem das kalt gewalzte und intermediär Kaltanlagen-getemperte Blech auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist, wird ein End-Kaltwalz-Schritt verwendet, um dem Blech die End-Eigenschaften zu verleihen. Der bevorzugte End-Kaltverformungs-Prozentanteil ist der Punkt, bei dem ein Gleichgewicht zwischen der Reißfestigkeit und der Zipfelbildung erhalten wird. Dieser Punkt kann für eine bestimmte Legierungs-Zusammensetzung bestimmt werden, indem die Reißfestigkeits- und Zipfelbildungs-Werte gegen den Prozentanteil der Kaltverformung aufgetragen werden. Wenn dieser bevorzugte Kaltverformungs-Prozentanteil für den End-Kaltwalz-Schritt bestimmt ist, können die Dicke des Bleches während der intermediären Temper-Stufe und folglich der Kaltverformungs-Prozentanteil für den ersten Kaltwalz-Schritt bestimmt werden und die Warmanlagen-Stärke kann optimiert werden, um die Anzahl der Durchläufe zu minimieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Verringerung zur End-Stärke von ungefähr 45 bis ungefähr 80 Prozent, vorzugsweise in ein oder zwei Durchläufen, von ungefähr 25 bis ungefähr 65 Prozent pro Durchlauf und mehr bevorzugt ein einzelner Durchlauf mit 60 Prozent Verringerung. Wenn das Blech für gezogene und geplättete Behälterkörper hergestellt wird, kann die End-Stärke zum Beispiel ungefähr 0,0096 Inch (0,24384 mm) bis ungefähr 0,015 Inch (0,381 mm) betragen.

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Aluminiumblech-Produkt ausreichende Festigkeits- und Formbarkeits-Eigenschaften beibehalten kann, während es eine relativ dünne Stärke aufweist. Dies ist wichtig, wenn das Aluminiumblech-Produkt bei der Herstellung von gezogenen und geplätteten Behältern verwendet wird. Der Trend in der Dosen-Herstellungsindustrie ist, ein dünneres Aluminiumblech-Material zur Herstellung von gezogenen und geplätteten Behältern zu verwenden, wodurch ein Behälter, der weniger Aluminium enthält und billiger ist, hergestellt wird. Jedoch muss bei der Verwendung von Aluminiumblech-Material mit dünnerer Stärke das Aluminiumblech-Material immer noch die erforderlichen physikalischen Eigenschaften aufweisen, wie es unten detaillierter beschrieben ist. Überraschenderweise wurde ein kontinuierliches Gießverfahren entwickelt, welches bei Verwendung der Legierungen der vorliegenden Erfindung zu einem Aluminiumblech-Material führt, das den industriellen Standards entspricht.

Das gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellte Aluminium-Legierungs-Blech ist bei einer Vielzahl von Anwendungen nützlich, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, bei gezogenen und geplätteten Behälterkörpern. Wenn das Aluminium-Legierungs-Blech in gezogene und geplättete Behälterkörper verarbeitet werden soll, weist das Legierungsblech eine Nachhärtungs-Formänderungsfestigkeit von mindestens ungefähr 37 ksi, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 38 ksi und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 40 ksi aus. Die Nachhärtungs-Formänderungsfestigkeit bezieht sich auf die Formänderungsfestigkeit des Aluminiumbleches, nachdem es einer Temperatur von ungefähr 400°F (204,44°C) für ungefähr 10 Minuten unterworfen wurde. Diese Behandlung simuliert Bedingungen, die ein Behälterkörper während der Verarbeitung nach der Bildung durchläuft, wie Waschen und Trocknen der Behälter und Trocknen von auf den Behälter aufgebrachten Filmen oder Farben. Vorzugsweise beträgt die Formänderungsfestigkeit im Walzzustand mindestens 38 ksi und mehr bevorzugt mindestens 39 ksi und ist vorzugsweise nicht größer als ungefähr 44 ksi und mehr bevorzugt nicht größer als ungefähr 43 ksi. Das Aluminiumblech weist vorzugsweise eine Nachhärtungs-Reißfestigkeit von mindestens ungefähr 40 ksi, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 41,5 ksi und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 43 ksi auf. Die Reißfestigkeit im Walzzustand beträgt vorzugsweise mindestens 41 ksi und mehr bevorzugt mindestens 42 ksi und mehr bevorzugt mindestens 43 ksi und vorzugsweise nicht mehr als 46 ksi und mehr bevorzugt nicht mehr als 45 ksi und mehr bevorzugt nicht mehr als 44,5 ksi.

Um annehmbare gezogene und geplättete Behälterkörper herzustellen, sollte das Aluminium-Legierungs-Blech einen niedrigen Zipfelbildungs-Prozentanteil aufweisen. Eine typische Messung der Zipfelbildung ist die 45°-Zipfelbildung oder die 45°-Walztextur. Fünfundvierzig Grad bezieht sich auf die Position des Aluminiumbleches, welche relativ zu der Walzrichtung 45° ist. Der Wert für die 45°-Zipfelbildung wird bestimmt, indem die Höhe der Zipfel, die in einem Becher hochstehen, gemessen wird, abzüglich der Höhe der Vertiefungen zwischen den Zipfeln. Die Differenz wird durch die Höhe der Vertiefungen geteilt, mit 100 multipliziert, um die Prozentangabe zu erhalten.

Das Aluminium-Legierungs-Blech gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine getestete Zipfelbildung von weniger als ungefähr 2 Prozent und mehr bevorzugt weniger als ungefähr 1,8 Prozent auf. Es ist wichtig, dass mit dem gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Aluminium-Legierungs-Blech-Produkt kommerziell annehmbare gezogene und geplättete Behälter hergestellt werden können. Daher sollte die Zipfelbildung, wenn das Aluminium-Legierungs-Blech-Produkt in Behälterkörper umgewandelt wird, so sein, dass die Körper auf der Beförderungs-Ausrüstung befördert werden können, und die Zipfelbildung sollte nicht so groß sein, dass eine annehmbare Handhabung und eine annehmbare Endbehandlung der Behälterkörper verhindert wird.

Außerdem sollte das Aluminiumblech eine Dehnung von mindestens ungefähr 2 Prozent und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 3 Prozent und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 4 Prozent aufweisen. Ferner haben aus der Legierung der vorliegenden Erfindung hergestellte Behälterkörper eine minimale Wölbungs-Umkehrfestigkeit von mindestens ungefähr 88 psi (6,07 × 105 Pascal) und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 90 psi (6,207 × 105 Pascal) bei gängiger kommerzieller Dicke.

BEISPIELE

Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, wurden einige Aluminium-Legierungen in Bleche geformt.

Vier Beispiele, bei denen AA 3004/3104-Legierungen mit den Legierungen der vorliegenden Erfindung verglichen werden, sind in Tabelle I dargestellt.

TABELLE I

In jedem Beispiel betrug der Silicium-Gehalt zwischen 0,18 bis 0,22 und der Rest der Zusammensetzung war Aluminium. Jede Legierung wurde in einer Blockgießvorrichtung kontinuierlich gegossen und wurde dann kontinuierlich warm gewalzt. Das Warmanlagen- und intermediäre Kaltanlagen-Tempern wurden jeweils für ungefähr 3 Stunden durchgeführt. Nach dem Warmanlagen-Tempern wurden die Bleche kalt gewalzt, um die Dicke um ungefähr 45 bis 70 Prozent in einem oder in mehreren Durchläufen zu verringern. Nach diesem Kaltwalzen wurden die Bleche bei der angegebenen Temperatur intermediär Kaltanlagen-getempert.

Danach wurden die Bleche kalt gewalzt, um die Dicke um die angegebenen Prozentzahlen zu verringern. Tabelle II veranschaulicht die Ergebnisse der Tests der bearbeiteten Bleche.

TABELLE II

Die Reißfestigkeit (UTS), Formänderungsfestigkeit (YS), Dehnung und Zipfelbildung wurden jeweils gemessen, wenn das Blech in der Walzzustand-Bedingung war. Die UTS, YS und Dehnung wurden dann nach einer Nachhärtungs-Behandlung gemessen, die aus dem Erhitzen des Legierungs-Bleches auf ungefähr 400°F (204,44°C) für ungefähr 10 Minuten bestand.

Vergleichsbeispiele 1 und 2 veranschaulichen, dass eine AA 3004/3104-Legierungs-Zusammensetzung bei Herstellung unter Verwendung einer kontinuierlichen Gießvorrichtung zu schwach für Dosen-Herstellungs-Anwendungen ist. Um ähnliche Festigkeiten im Walzzustand zu erreichen, erfordert die 3004/3104-Legierung mehr Kaltverformung und weist daher eine höhere Zipfelbildung auf. Ferner weist die 3004/3104-Legierung nach der Nachhärtungs-Behandlung einen starken Abfall der Formänderungsfestigkeit auf, was zu einer niedrigen Wölbungs-Umkehrfestigkeit der Behälter führen kann.

Beispiele 3 und 4 veranschaulichen Legierungs-Zusammensetzungen Die Bleche wiesen einen wesentlich niedrigeren Abfall der Formänderungsfestigkeit aufgrund des Nachhärtens auf und behielten daher eine ausreichende Festigkeit für Dosen-Herstellungs-Anwendungen. Ferner behielten diese Legierungs-Bleche eine niedrige Zipfelbildung. Diese Beispiele zeigen, dass AA3004/3104-Legierungen, die in einer kontinuierlichen Gießvorrichtung bearbeitet werden, zu schwach sind für die Verwendung als Behälter, insbesondere für karbonisierte Getränke. Jedoch weist das Blech, wenn der Kupfer-Gehalt gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht wird, eine ausreichende Festigkeit zur Bildung von Dosen auf.

Eine Vielzahl von Vergleichsbeispielen wurde hergestellt, um den Effekt einer erhöhten Temperatur bei einer thermischen Behandlung, wie bei Temperaturen, die im Stand der Technik gelehrt werden, zu zeigen. Diese Beispiele sind in Tabelle III dargestellt.

TABELLE III

Wie es in Tabelle III dargestellt ist, führten Temperaturen des Temperns von 925°F oder höher zu verschweißten Rollen, die für eine weitere Verarbeitung nicht abgerollt werden konnten. Als Ergebnis sind solche Temperaturen eindeutig nicht anwendbar für Legierungs-Bleche gemäß der vorliegenden Erfindung.

Tabelle IV veranschaulicht den Effekt der Erhöhung des Eisen-Gehaltes gemäß der vorliegenden Erfindung.

TABELLE IV

In jedem Beispiel betrug der Silicium-Gehalt zusätzlich zu den angegebenen Elementen zwischen 0,18 und 0,23 und der Rest war im Wesentlichen Aluminium. Jede Legierung wurde in einer Blockgießvorrichtung gegossenen und wurde dann kontinuierlich warm gewalzt. Das Warmanlagen-Tempern betrug in allen Fällen ungefähr 3 Stunden. Nach dem Warmanlagen-Tempern wurden die Bleche kalt gewalzt, um die Dicke um ungefähr 45 bis 70 Prozent in einem oder mehreren Durchläufen zu verringern. Nach diesem Kaltwalzen wurden die Bleche für ungefähr 3 Stunden bei den angegebenen Temperaturen intermediär Kaltanlagen-getempert und dann weiter kalt gewalzt.

Tabelle V veranschaulicht die Ergebnisse des Testens der vorhergehenden Aluminium-Legierungs-Bleche.

TABELLE V

Die Reißfestigkeit (UTS), Formänderungsfestigkeit (YS) und Dehnung wurden nach einer Nachhärtungs-Behandlung gemessen, die aus dem Erhitzen der Legierung auf ungefähr 400°F (204,44°C) für ungefähr 10 Minuten bestand.

Beispiel 8 zeigt eine Legierung und ein Verfahren zur Herstellung eines Blech-Produktes, das ausreichend ist für 5,5 Unzen-Dosen-Körper. Indem der Kupfer-Gehalt erhöht wird und eine ausreichende Kaltanlagen-Temper-Temperatur beibehalten wird, wird ein Blech hergestellt, das ausgezeichnet ist zur kommerziellen Herstellung von 5,5 Unzen-Behälterkörpern. Jedoch wies das Blech keine ausreichende Formbarkeit für die kommerzielle Herstellung von 12 Unzen-Behälterkörpern auf. Obwohl das Blech eine ausreichende Festigkeit aufwies und 12 Unzen-Behälterkörper hergestellt wurden, wurden eine kommerziell nicht annehmbare Anzahl der 12 Unzen-Behälterkörper bei der Herstellung auf zwei kommerziellen Dosen-Anlagen verworfen.

Beispiel 9 ist ähnlich dem Beispiel 8 mit erhöhtem Magnesium und Mangan; dieses Blech war auch für 5,5 Unzen-Behälterkörper nützlich und führte zur Herstellung von manchen 12 Unzen-Behälterkörpern mit annehmbarer Festigkeit. Jedoch wiesen die 12 Unzen-Behälterkörper auch eine kommerziell nicht annehmbare Anzahl von Ausschussware auf.

Beispiel 10 veranschaulicht, dass dieses Problem mit einem erhöhten Eisen-Gehalt gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden werden kann. In Beispiel 10 wies das Blech-Material eine ausgezeichnete feine Korngröße auf und wurde verwendet, um 12 Unzen-Behälterkörper auf zwei kommerziellen Behälter-Anlagen mit einer kommerziell annehmbaren Ausschussrate herzustellen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumblech-Produktes, das die Schritte umfasst:

    (a) Bilden einer Aluminium-Legierungs-Schmelze, umfassend:

    (i) 0,7 bis 1,3 Gew.-% Mangan,

    (ii) 1,0 bis 1,5 Gew.-% Magnesium,

    (iii) 0,35 bis 0,6 Gew.-% Kupfer,

    (iv) 0,13 bis 0,25 Gew.-% Silicium und

    (v) 0,5 bis 0,7 Gew.-% Eisen, wobei Aluminium und Verunreinigungen den Rest bilden, wobei die Aluminium-Legierungs-Schmelze mindestens 75 Prozent Altstoffe umfasst;

    (b) kontinuierliches Giessen dieser Legierungs-Schmelze, um ein Gussband zu bilden;

    (c) Warmwalzen des Gussbandes, um die Dicke des Gussbandes zu verringern und ein warm gewalztes Band zu bilden, wobei der Schritt des Warmwalzens des Gussbandes im Anschluss an den Schritt des kontinuierlichen Giessens erfolgt, ohne einen dazwischenliegenden Wärmebehandlungs-Schritt;

    (d) Kaltwalzen des warm gewalzten Bandes, um ein kalt gewalztes Band zu bilden, wobei die Dicke des warm gewalzten Bandes dabei um 35 Prozent bis 60 Prozent pro Durchlauf verringert wird;

    (e) Tempern des kalt gewalzten Bandes bei 600–750°F (315,56–398,89°C) für eine Zeit von mindestens 0,5 Stunden, um ein intermediäres Kaltanlagen-getempertes Band zu bilden; und

    (f) ferner Kaltwalzen des intermediären Kaltanlagen-getemperten Bandes, um die Dicke des Bandes zu verringern und ein Aluminium-Legierungs-Band-Material zu bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aluminium-Legierungs-Schmelze 0,35 bis 0,5 Gew.-% Kupfer umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Warmwalz-Schritt die Stärke des Gussbandes um mindestens 70 Prozent verringert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren direkt nach dem Warmwalz-Schritt den Schritt des Temperns des warm gewalzten Bandes für mindestens 0,5 Stunden bei einer Temperatur von 700°F (371,11°C) bis 900°F (482,22°C) umfasst, um ein Warmanlagen-getempertes Band zu bilden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Temperns des warm gewalzten Bandes das Erhitzen des warm gewalzten Bandes bei einer Temperatur von 800 °F (426,67 °C) bis 850 °F (454,44 °C) umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Schritt des Temperns des warm gewalzten Bandes das Tempern des warm gewalzten Bandes für 1 bis 5 Stunden umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei das Kühlen des Bandes von dem Warmanlagen-Temper-Schritt für mindestens 0,5 Stunden erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren direkt nach dem Warmwalz-Schritt den Schritt des Kühlens des warm gewalzten Bandes umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Temperns des kalt gewalzten Bandes das Tempern des kalt gewalzten Bandes für 3 Stunden umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminium-Legierungs-Band-Material eine Dehnung von mindestens 2 Prozent aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des weiteren Kaltwalzens des Kaltanlagen-getemperten Bandes das Kaltwalzen des Kaltanlagen-getemperten Bandes umfasst, um die Dicke des Kaltanlagen-getemperten Bandes um 45 Prozent bis 80 Prozent zu verringern.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aluminium-Legierungs-Schmelze mindestens 95 Prozent Altstoffe umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Eisen-Gehalt so gewählt ist, um die Mikrostruktur zu verändern, was ein feinkörniges Material ergibt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das ferner den Schritt des Formens des Aluminium-Band-Materials in gezogene und geplättete Behälter umfasst.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Legierungs-Band-Materials nach Anspruch 1, bestehend im Wesentlichen aus den Schritten:

    (a) Bilden einer Aluminium-Legierungs-Schmelze, die aus mindestens 75 Gew.-% Altstoffen gebildet ist, umfassend

    (i) 0,7 bis 1,3 Gew.-% Mangan;

    (ii) 1,0 bis 1,5 Gew.-% Magnesium;

    (iii) 0,35 bis 0,5 Gew.-% Kupfer;

    (iv) 0,13 bis 0,25 Gew.-% Silicium und

    (v) 0,5 bis 0,65 Gew.-% Eisen, wobei Aluminium und Verunreinigungen den Rest bilden;

    (b) kontinuierliches Giessen dieser Legierungs-Schmelze, um ein Gussband zu bilden;

    (c) Warmwalzen des Gussbandes, um die Dicke des Gussbandes um mindestens 70 Prozent zu verringern, um ein warm gewalztes Band zu bilden, wobei der Schritt des Warmwalzens des Gussbandes im Anschluss an den Schritt des kontinuierlichen Giessens erfolgt, ohne einen dazwischenliegenden Wärmebehandlungs-Schritt;

    (d) Tempern des heiss gewalzten Bandes für mindestens 0,5 Stunden bei einer Temperatur von 700°F (371,11°C) bis 900°F (482,22°C), um ein Warmanlagengetempertes Band zu bilden;

    (e) Kühlen des Warmanlagen-getemperten Bandes für mindestens 0,5 Stunden;

    (f) Kaltwalzen des Warmanlagen-getemperten Bandes, um ein kalt gewalztes Band zu bilden, wobei die Dicke des Warmanlagen-getemperten Bandes um 35 % bis 60 % pro Durchlauf verringert wird;

    (g) Tempern des kalt gewalzten Bandes durch chargenweises Tempern bei einer Temperatur von 650°F (343,33°C) bis 750°F (398,89°C) um ein Kaltanlagengetempertes Band zu bilden; und

    (h) ferner Kaltwalzen des Kaltanlagen-getemperten Bandes, um die Dicke des Bandes zu verringern, und ein Aluminium-Legierungs-Band-Material zu bilden.
  16. Aluminium-Legierungs-Band-Material, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Aluminium-Legierungs-Band-Material eine Nachhärtungs-Formänderungsfestigkeit von mindestens 37 ksi, eine Zipfelbildung, von weniger als 2 Prozent und eine Dehnung von mehr als 2,0 Prozent aufweist.
  17. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 16, worin die Aluminium-Legierungs-Schmelze umfasst:

    (i) 0,7 bis 1,3 Gew.-% Mangan;

    (ii) 1,0 bis 1,5 Gew.-% Magnesium;

    (iii) 0,38 bis 0,45 Gew.-% Kupfer;

    (iv) 0,50 bis 0,60 Gew.-% Eisen und

    (v) 0,13 bis 0,25 Gew.-% Silicium, wobei Aluminium und Verunreinigungen den Rest bilden.
  18. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, umfassend 0,75 bis 1,2 Gew.-% Mangan.
  19. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, umfassend 0,80 bis 1,1 Gew.-% Mangan.
  20. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, umfassend 1,15 bis 1,45 Gew.-% Magnesium.
  21. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, umfassend 1,2 bis 1,4 Gew.-% Magnesium.
  22. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Nachhärtungs-Formänderungsfestigkeit von mindestens 38 ksi aufweist.
  23. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Nachhärtungs-Formänderungsfestigkeit von mindestens 40 ksi aufweist.
  24. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Nachhärtungs-Reissfestigkeit von mindestens 40 ksi aufweist.
  25. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Nachhärtungs-Reissfestigkeit von mindestens 41,5 ksi aufweist.
  26. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Nachhärtungs-Reissfestigkeit von mindestens 43 ksi aufweist.
  27. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Zipfelbildung von weniger als 1,8 Prozent aufweist.
  28. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Dehnung von mehr als 3,0 Prozent aufweist.
  29. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material eine Dehnung von mehr als 4,0 Prozent aufweist.
  30. Aluminium-Legierungs-Band-Material nach Anspruch 17, wobei das Band-Material in einen gezogenen und geplätteten Behälter mit einer mittleren Materialdicke von 0,0096 inch (0,24384 mm) bis 0,015 inch (0,381 mm) und einer minimalen Wölbungs-Umkehrfestigkeit von 90 psi (6,207 × 105 Pascal), verarbeitet werden kann.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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