Verfahren zur Herstellung feinkörniger Aluminiumwalzprodukte

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250°C, eine Korngrösse von weniger als 10µm aufweisen.

[0002] Unter «Korngrösse» ist jeweils der durchschnittliche Durchmesser aller vorliegenden Körner zu verstehen.

[0003] Derart kleine Körner im geglühten Zustand sind unter anderem eine gute Voraussetzung für hohe Festigkeit bzw. Streckgrenze bei gleichzeitig guter Verformbarkeit; dies gilt für alle Dickenbereiche von Millimeter-Blech bis zur Folie von wenigen Mikrometern Stärke.

[0004] Bei Aluminiumwalzprodukten aus hierfür bekannten Legierungen entstehen nach Anwendung üblicher Fertigungsverfahren bei einer Endglühung über 250°C Körner in der Grössenordnung von 15 bis 50gm. Indessen wurde ein Verfahren bekannt, gemäss dem Aluminium-Eisen-Legierungen derart zu Walzprodukten verarbeitet werden, dass nach einer Endglühung im Bereich zwischen 250 und 400°C Korngrössen auftreten, welche unter 3 gm liegen.

[0005] Dieses Verfahren benötigt jedoch den Einsatz spezieller Giessmaschinen, welche Erstarrungsgeschwindigkeiten von mehr als 25 cm/min ermöglichen. Bei den üblichen Stranggiessmethoden aber liegt die Erstarrungsgeschwindigkeit zwischen 5 und 12cm/min.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein auf niedrig legierten Aluminium-Eisen-Legierungen basierendes Verfahren bereitzustellen, welches unter Verwendung der verbreitet im Einsatz stehenden halbkontinuierlichen Barren-Strangguss-Anlagen die Herstellung von Walzprodukten erlaubt, bei denen bei Walzenddicke, bei einer Glühung oberhalb 250°C, die Körner kleiner als 10µm sind.

[0007] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Legierung, bestehend aus 0,8 bis 1,5 Gew.-% Eisen, je bis zu 0,5% Silizium und Mangan, wobei die Summe von Silizium und Mangan zwischen 0,2 und 0,8% liegt, und anderen Bestandteilen bis zu je 0,3%, insgesamt bis zu 0,8%, Rest Aluminium, mit einer Erstarrungsgeschwindigkeit von 2,5 bis 25 cm/min vergossen wird, nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 0,5 K/sec auf Temperaturen unter 120 °C gebracht und sodann bis zu einer Dickenabnahme von mindestens 75% ohne Zwischenglühung kaltgewalzt wird sowie, dass die Glühtemperatur bei Enddicke 380°C nicht übersteigt.

[0008] Durch die Auswahl der Legierungszusammensetzung sowie der Aufstellung dreier notwendiger, aber leicht einzuhaltender thermomechanischer Fertigungsvorschriften gelang es, für alle Giessmethoden, welche Erstarrungsgeschwindigkeiten zwischen 2,5 und 25 cm/min mit sich bringen, ein Verfahren zu definieren, welches bei den geglühten Blechen, Dünnbändern oder Folien, Korngrössen im Bereich zwischen 1 und 5µm, in jedem Falle aber unter 10 µm erzeugen.

[0009] Für Erstarrungsgeschwindigkeiten ausserhalb des definierten Bereichs ist das angegebene Verfahren weniger geeignet.

[0010] Mit zunehmender Endglühtemperatur kann das Verhältnis Verformbarkeit zu Festigkeit gesteigert werden. Dabei stellte sich für den erfindungsgemässen Legierungsbereich heraus, dass die Endglühtemperatur 380°C nicht übersteigen darf, um mit Sicherheit Körner von über 10µm zu vermeiden.

[0011] Ebenfalls kritisch für die Erzeugung feiner Körner sind die dem Warmwalzen folgenden Schritte. Die Versuche zeigten, dass, um die Entstehung feiner Körner nicht zu gefährden, im Bereich zwischen Warmwalzendtemperatur und etwa 120°C die Abkühlrate 0,5 K/sec nicht unterschreiten darf; die Abkühlrate unterhalb 120°C ist diesbezüglich unbedeutend. Solche Abkühlgeschwindigkeiten sind bei einem Durchgang des Bandes durch einen Wasserkasten oder auch bei einer Bandkühlung mittels intensiver Luftströmung zu erreichen.

[0012] Die erste Glühung nach dem Warmwalzen, eine Endglühung oder gegebenenfalls Zwischenglühung, darf nicht bei einer Dicke, welche mehr als ein Viertel der Warmwalzenddicke beträgt, erfolgen.

[0013] Der Gewichtsanteil an Eisen muss höher als 0,8% liegen; andernfalls entstehen nach der Endglühung Körner von eher über 10 µm Grösse. Liegt andererseits mehr als 1,5% Eisen vor, gelangt man in die Nähe der eutektischen Zusammensetzung; dies birgt die Gefahr der Bildung grober Ausscheidungen beim Guss, welche die Verformbarkeit empfindlich stören würden.

[0014] Übersteigt der Silizium- oder Mangangehalt 0,5%, oder übersteigt die Summe beider Gehalte 0,8%, so besteht ebenfalls die Gefahr der Bildung grober Ausscheidungen. Bei einer Summe beider Gehalte unter 0,2% wiederum, kann die Entstehung einer Korngrösse von über 10 µm nur schwer vermieden werden.

[0015] Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die untere Grenze für den Eisengehalt bei 1,1% und diejenige für Mangan bei 0,25% festzulegen. Bei geringeren Gehalten können Korngrössen auftreten, welche nicht wesentlich unter 10 µm liegen. Bei Mangangehalten unter 0,25% besteht zudem eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit.

[0016] Die Versuche zeigten, dass sich eine Beschränkung des Fe/Mn-Gewichtsverhältnisses zwischen 2,5 und 4,5 besonders günstig auf das Feinkorn auswirkt.

[0017] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1

Einfluss der Legierung bei Dünnband

[0018] 

[0019] Nach dem Stranggiessverfahren werden Barren beider Legierungen von 412x1000mm Querschnitt mit einer Geschwindigkeit von 10cm/min gegossen; die Erstarrungsgeschwindigkeit betrug dabei 7 cm/min. Die Barren wurden überfräst, auf 540°C vorgewärmt und auf 8mm warmgewalzt. Das Warmwalzband durchlief einen Wasserkasten und wurde auf 0,7 mm kaltgewalzt. Bei dieser Zwischendicke erfolgte eine dreistündige Glühung bei 350°C; danach wurde kalt auf 0,1 mm gewalzt. Nach einer 20stündigen Endglühung bei 320°C wurden folgende Werte erzielt (die mechanischen Werte in Walzrichtung gemessen):

Beispiel 2

Einfluss der Legierung bei Folien

[0020] 

[0021] Bis 0,1 mm Dicke wurden die beiden Legierungen gleich wie im Beispiel 1 verarbeitet. Im Anschluss wurde auf 13 µm kaltgewalzt und bei 280°C endgeglüht.

Beispiel 3

Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Warmwalzen

[0022] 

[0023] Das Fertigungsprozedere entspricht in einem Falle (AE) demjenigen des Beispiels 1, im andern Falle (AK) wurde es dahingehend abgeändert, dass das Warmwalzband nicht durch einen Wasserkasten geführt, sondern sofort aufgehaspelt wurde.

[0024] Bis 0,1 mm wurde obgenannte Legierung wie in Beispiel 1 verarbeitet. Die 20stündige Endglühung wurde jedoch in einer Variante (GE) bei 320°C und in einer anderen Variante (GK) bei 400°C durchgeführt.

Beispiel 5

Einfluss des Kaltwalzgrades zwischen Warmwalzdicke und Dicke bei erster Glühung

[0025] Die Legierung E1 wurde wie im Beispiel 1 bis und mit der Wasserkühlung des warmgewalzten Bandes verarbeitet. Weiter wurde das Band bis 2,8mm kaltgewalzt, 3 Stunden bei 360°C geglüht, bis 0,8mm weitergewalzt, 3 Stunden bei 350°C geglüht, bis 0,1 mm fertiggewalzt und schliesslich, wie in Beispiel 1, 20 Stunden bei 320°C geglüht (KW).

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250°C, eine Korngrösse von weniger als 10µm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung, bestehend aus 0,8 bis 1,5% Eisen, je bis zu 0,5% Silizium und Mangan, wobei die Summe von Silizium und Mangan zwischen 0,2 und 0,8% liegt, und anderen Bestandteilen bis zu je 0,3%, insgesamt bis zu 0,8%, Rest Aluminium, mit einer Erstarrungsgeschwindigkeit von 2,5 bis 25cm/min vergossen wird, nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 0,5 K/sec auf Temperaturen unter 120°C gebracht und sodann bis zu einer Dickenabnahme von mindestens 75% ohne Zwischenglühung kaltgewalzt wird sowie, dass die Glühtemperatur bei Enddicke 380°C nicht übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminiumlegierung mehr als 1,1% Eisen und mehr als 0,25% Mangan enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Eisenanteil zu Mangananteil zwischen 2,5 und 4,5 liegt.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminiumlegierung ausser Fe, Si und Mn höchstens je 0,1% von jedem weiteren Bestandteil enthält.

Claims

1. Process for the production of rolled aluminium products with iron as predominant alloy element, which at final thickness, after annealing at at least 250°C, have a grain size of less than 10 f.lm, characterised in that an alloy, consisting of 0.8 to 1.5% iron, up to 0.5% each of silicon and manganese, the sum of silicon and manganese lying between 0.2 and 0.8% and other components up to 0.3% each, total up to 0.8%, remainder aluminium, is cast with a solidification rate of 2.5 to 25cm/min, after the hot rolling is brought to temperatures below 120°C with a cooling rate of at least 0.5K./sec. and then cold rolled to a thickness reduction of at least 75% without intermediate annealing, and in that the annealing temperature at final thickness does not exceed 380°C.

2. Process according to claim 1, characterised in that the utilised aluminium alloy contains more than 1.1% iron and more than 0.25% manganese.

3. Process according to claim 1 or 2, characterised in that the weight ratio of iron proportion to manganese proportion lies between 2.5 and 4.5.

4. Process according to at least one of claims 1 to 3, characterised in that the utilised aluminium alloy, apart from Fe, Si and Mn, contains at maximum 0.1 % of each further constituent.

Revendications

1. Procédé de fabrication de produits laminés en aluminium qui contiennent du fer comme élément d'alliage principal et qui, à leur épaisseur finale, après un revenu à au moins 250°C, présentent une grosseur de grain inférieure à 10 microns, caractérisé en ce que l'on coule un alliage constitué de 0,8 à 1,5% de fer, respectivement, jusquà 0,5% de silicium et de manganèse, étant précisé que la somme du silicium et du manganèse se situe entre 0,2 et 0,8%, .et d'autres constituants allant jusqu'à respectivement 0,3%, au total jusqu'à 0,8%, et, pour le reste, d'aluminium, avec une vitesse de solidification allant de 2,5 à 25 cm/min; en ce qu'après laminage à chaud, on le ramène à des températures inférieures à 120°C avec une vitesse de refroidissement d'au moins 0,5 K/s; et ce qu'ensuite on le lamine à froid jusqu'à une diminution d'épaisseur d'au moins 75% sans revenu intermédiaire; et en ce que la température de revenu, à l'épaisseurfinale, ne dépasse pas 380°C.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium employé contient plus de 1,1% de fer et plus de 0,25% de manganèse.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport en poids de la proportion de fer à la proportion de manganèse se situe entre 2,5 et 4,5.

4. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium employé contient, en dehors du Fe, du Si et du Mn, au maximum respectivement 0,1% de tout autre constituant.