VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES HOCHFESTEN ALUMINIUM-LEGIERUNGSBLECHS

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Aluminium-Legierungsblechs aus einem Ausgangsmaterial aus einer Aluminiumlegierung mit einem Magnesiumanteil größer oder gleich 6,2%, bei dem das Ausgangsmaterial in einem Warmwalzprozess zu einem Walzmaterial mit einer Warmwalzdicke d_W umgeformt wird.

[0002] Aus der WO 2005/080619 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Aluminium-Legierungsblechs bekannt, bei dem eine Aluminiumlegierung mit einem Magnesiumanteil von 10 % in einem Warmwalzprozess auf das gewünschte Endmaß gewalzt wird.

[0003] Aluminiumbleche mit einem hohen Magnesiumanteil, die sich insbesondere zur Verwendung als Karosserieblech eignen, erweisen sich wegen der hohen Grundfestigkeit des Ausgangsmaterials in der Walzbearbeitung als anspruchsvoll. Insbesondere erweist es sich als schwierig, im Walzprozess eine weitere gewünschte Steigerung der mechanischen Festigkeitswerte zu erzielen.

[0004] Bei dem bekannten "in-line"-Verfahren wird das Ausgangsmaterial für den Warmwalzprozess in einem Stranggießverfahren hergestellt, wobei das Ausgangsmaterial eine Dicke von 8 mm aufweist, die mit einmaliger Stichabnahme auf ein Endmaß von 0,9 mm reduziert wird. Zur Erzielung ausreichender Festigkeitswerte ist es bei dem bekannten Verfahren notwendig, im Anschluss an den Warmwalzprozess eine Rekristallisationsglühung mit anschließender Abschreckung vorzunehmen, um somit Festigkeitswerte mit einer Streckgrenze von etwa 220 MPa und einer Bruchgrenze von etwa 400 MPa erzielen zu können.

[0005] Das in der WO 2005/080619 A1 beschriebene Verfahren soll die bekannten Walzverfahren ersetzen, bei denen ausgehend von einem als Bramme ausgebildeten Ausgangsmaterial zunächst ein Warmwalzprozess durchgeführt wird, in dem das Ausgangsmaterial auf eine für den nachfolgenden Kaltwalzprozess geeignete Dicke reduziert wird und das gewünschte Endmaß des Blechmaterials nachfolgend im Kaltwalzprozess erzeugt wird.

[0006] An diesem "zweistufigen", also einen Warmwalzprozess und einen nachfolgenden Kaltwalzprozess aufweisenden Verfahren wird es als nachteilig empfunden, dass zwischen dem Warmwalzprozess und dem Kaltwalzprozess eine Zwischenglühung und darüber hinaus häufig noch eine thermische Nachbehandlung erforderlich ist, um Bleche mit der gewünschten Qualität zu erhalten.

[0007] Gegenüber dem "zweistufigen" Verfahren wird in dem beschriebenen In-Line-Verfahren der besondere Vorteil einer kurzen Produktionszeit für die Herstellung von Blechen, insbesondere hochfesten Aluminium-Legierungsblechen mit einem hohen Magnesium-Anteil, gesehen.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Legierungsblechen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung vorzuschlagen, dass einerseits verkürzte Produktionszeiten sowie auch andererseits die Herstellung der Aluminiumbleche mit hohen mechanischen Festigkeitswerten ermöglicht.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

[0010] Im Gegensatz zu dem für die Herstellung eines hochfesten Aluminium-Legierungsblechs mit einem hohen Magnesiumanteil in einem In-Line-Verfahren, wie in der WO 2005/080619 A1 beschrieben, ermöglicht es die Einhaltung definierter Temperaturfenster für den Warmwalzprozess und den Kaltwalzprozess das "zweistufige" Walzverfahren auch für die Herstellung von in Bezug auf den Magnesiumanteil hochlegierten Aluminiumblechen zu verwenden, so dass auf die in dem Kaltwalzprozess erfolgende und sich auf die mechanische Festigkeit des Aluminiumblechs positiv auswirkende Kaltverfestigung nicht verzichtet werden muss, um die Herstellung von Aluminiumblechen in einer vergleichsweise kurzen Produktionszeit zu ermöglichen.

[0011] Aufgrund der erfindungsgemäßen Temperaturfenster erweist sich einerseits eine Zwischenglühung als überflüssig, andererseits wird trotz des hohen Magnesiumanteils eine Kaltverfestigung erreicht, ohne dass damit qualitätsmindernde Effekte, wie beispielsweise die Ausbildung von Kantenrissen einhergeht oder dass diese zumindest nur in einem geringfügigen Umfang auftreten.

[0012] Im Ergebnis ermöglicht somit das erfindungsgemäße Verfahren eine Herstellung von hochfesten Aluminium-Legierungsblechen, also insbesondere von Blechen, deren Material ein Magnesiumanteil von 6,2 % oder mehr aufweist, ohne dabei auf die durch den Kaltwalzprozess erzielte und sich positiv auf die mechanischen Festigkeitswerte des Endprodukts auswirkende Kaltverfestigung verzichten zu müssen.

[0013] Dieser vorteilhafte Effekt wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass im Warmwalzprozess innerhalb eines Warmwalztemperaturfensters mehrere Stichabnahmen erfolgen, derart, dass das ΔT zwischen der Eingangstemperatur und der Ausganstemperatur des Warmwalzprozesses kleiner als 120°C ist, wobei die Eingangstemperatur kleiner 500°C ist.

[0014] Erfindungsgemäß erfolgen im Kaltwalzprozess mehrere Stichabnahmen in einem Kaltwalztemperaturfenster zur Dickenabnahme zwischen 20°C und 200°C. Vorzugsweise ist das ΔT der Aufwärmung zwischen der Eingangstemperatur des Walzmaterials und der Ausgangstemperatur des Walzmaterials kleiner als 120°C, wobei die Eingangstemperatur kleiner als 50°C ist.

[0015] Bei den durchgeführten Versuchen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren hat sich gezeigt, dass der Höhe der Warmwalzeingangstemperatur in Abhängigkeit von dem Magnesiumgehalt des Ausgangsmaterials eine besondere Bedeutung zukommt, wobei es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, wenn bei einem Ausgangsmaterial mit einem Magnesiumgehalt von 6,2% bis kleiner 7% die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 460 °C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350 °C gewählt wird. Vorzugsweise ist die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 440°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 400°C.

[0016] Bei einem Ausgangsmaterial mit einem Magnesiumgehalt größer gleich 7% bis kleiner 8 % ist es hingegen vorteilhaft, wenn die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 440 °C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350 °C ist. Vorzugsweise ist die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 420°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 380°C.

[0017] Wenn die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 420 °C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350 °C ist, können bei einem Ausgangsmaterial mit einem Magnesiumgehalt größer gleich 8 % bis kleiner 9 % in Kombination mit dem erfindungsgemäß durchgeführten Kaltwalzschritt besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der mechanischen Festigkeitswerte und der Umformbarkeit des Endprodukts erzielt werden. Vorzugsweise ist die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 410 °C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 360 °C.

[0018] Bei einem Ausgangsmaterial mit einem Magnesiumgehalt von größer gleich 9 % ist es vorteilhaft, wenn die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 400 °C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350 °C ist. Vorzugsweise ist die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 390 °C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 360 °C.

[0019] Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der mechanischen Festigkeitswerte bzw. der Umformbarkeit (Dehnung) des Endprodukts können erzielt werden, wenn zumindest eine von mehreren im Kaltwalzprozess durchgeführten Stichabnahmen mit einem ΔT_Stich zwischen der Eingangstemperatur des Walzmaterials und der Ausgangstemperatur des Walzmaterials kleiner als 20 °C erfolgt.

[0020] Insbesondere dann, wenn das ΔT_Stich zwischen der Eingangstemperatur des Walzmaterials und der Ausgangstemperatur des Walzmaterials kleiner als 10 °C ist, erfolgt eine quasi-isotherme Stichabnahme. Dabei erweist es sich in jedem Fall als vorteilhaft, wenn die Eingangstemperatur des Walzmaterials größer als 80 °C und kleiner als 120 °C ist.

[0021] Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Kaltwalzprozess mit zusätzlicher Scherbeanspruchung des Walzmaterials erfolgt, wobei die Scherkräfte in Abhängigkeit von der Walzkraft rechnerisch ermittelt und als Leitwert der Prozesssteuerung dienen.

[0022] Hierbei hat es sich insbesondere als vorteilhaft im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwiesen, wenn der Kaltwalzprozess in einem asymmetrischen Walzgerüst erfolgt, wobei die durch ihren Abstand den Walzspalt definierenden, einander gegenüberliegenden Arbeitswalzen einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Damit ergeben sich unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten im Kontaktbereich der Arbeitswalzen mit dem Walzmaterial, so dass zusätzlich zu der über einen Haspel in das Walzmaterial eingebrachten Bandzugkraft eine asymmetrische Schubkraftverteilung im Bereich des Walzspaltes im Walzmaterial erzeugt wird. Hierdurch können insbesondere die über das Walzgerüst, also die Arbeitswalzen in das Walzmaterial einzubringenden Walzkräfte bzw. Walzmoment reduziert werden, was wiederum einen positiven Effekt auf die Dimensionierung des Walzgerüstes hat.

[0023] Hierbei hat es sich insbesondere als vorteilhaft im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwiesen, wenn zur Reduktion der erforderlichen Walzkraft bzw. des Walzmomentes die von einem Haspel auf das Walzmaterial aufgebrachte Bandzugkraft in Abhängigkeit von der Eintrittsdicke des Walzmaterials in das Kaltwalzgerüst gewählt wird.

[0024] Vorzugsweise wird die Bandzugkraft in Abhängigkeit von Materialdaten des Walzmaterials rechnerisch ermittelt und dient als Leitwert der Prozesssteuerung.

[0025] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei als ein Ausgangsmaterial eine Aluminiumlegierung mit einem Mangananteil von 6,5 % gewählt wurde, die im Übrigen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung der in der EP 2 677 049 A1 offenbarten Aluminiumlegierung entspricht.

[0026] In dem Versuch wurde als Ausgangsmaterial eine Bramme aus der vorgenannten AlMg 6,5-Legierung mit einer Dicke von 325 mm auf eine Warmwalzdicke von 6 mm gewalzt, wobei die Dickenabnahme von 325 mm auf 6 mm in 23 Stichen erfolgte, wobei die Eingangstemperatur des Walzmaterials 480 °C und die Ausgangstemperatur des Walzmaterials am Ende des Warmwalzschrittes 378 °C betrug. Der erreichte Warmwalzumformgrad ϕ_m betrug 3,9.

[0027] Nach einer Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt der Kaltwalzschritt mit insgesamt 6 Stichen, wobei ausgehend von der Eingangstemperatur T_E = 20 °C am Ende der unmittelbar einander nachfolgend durchgeführten Kaltwalzschritte eine Ausgangstemperatur T_A = 154 °C erreicht wurde. Der bei der Dickenabnahme von 6 mm auf 1 mm Enddicke erreichte Umformgrad ϕ betrug 1,8.

[0028] Die Ermittlung der Festigkeitswerte des derart hergestellten Aluminiumblechs erfolgt unmittelbar nach Beendigung des Kaltwalzschrittes und Abkühlung des Blechmaterials auf Raumtemperatur. Hierbei ergab sich für das Blechmaterial eine Streckgrenze von 465 MPa und eine Bruchgrenze von 517 MPa.

[0029] Diese hohen durch die Kaltverfestigung erzielten Festigkeitswerte ermöglichen es, dass eine für den jeweiligen Einsatzzweck des hergestellten Aluminiumblechs ausreichende Festigkeit bereits bei sehr viel geringen Umformgraden erreichbar ist, so dass für eine nachfolgende Umformtechnik, also etwa einen Tiefziehvorgang, eine ausreichende Restdehnung zur Verfügung steht, ohne dass die Gefahr der Ausbildung von Fehlstellen oder Rissen im Blechmaterial besteht oder zumindest erheblich reduziert wird. Diese vorteilhafte Eigenschaft des derart hergestellten Aluminiumblechs lässt sich insbesondere bei der Herstellung von Gehäusen oder Karosserieteilen aus einem hochfesten Aluminiumblech nutzen.

[0030] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde im Anschluss an den wie vorstehend ausgeführten Warmwalzschritt der Kaltwalzschritt mit einer Dickenabnahme von 6 mm auf 1 mm modifiziert derart ausgeführt, dass die ersten 4 Stiche ausgehend von einer Eingangstemperatur T_E = 20 °C unmittelbar einander nachfolgend ausgeführt wurden, wobei am Ende des vierten Stichs eine Ausgangstemperatur T_A von 150 °C erreicht wurde und anschließend der Kaltwalzschritt für 1 Stunde, 45 Minuten zur Abkühlung des Walzmaterials auf eine Temperatur von T_E = 108 °C unterbrochen wurde, um erst anschließend die beiden weiteren Stiche bis zur Dickenabnahme auf 1 mm mit einer Endtemperatur von T_E = 112°C durchzuführen.

[0031] Die anschließend nach einer Abkühlung auf Raumtemperatur durchgeführte Materialprüfung ergab eine Streckgrenze von 483 MPa und eine Bruchgrenze von 536 MPa.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Aluminium-Legierungsblechs aus einem Ausgangsmaterial aus einer Aluminiumlegierung mit einem Mg-Anteil ≥ 6,2%, bei dem das Ausgangsmaterial in einem Warmwalzprozess zu einem Walzmaterial mit einer Warmwalzdicke d_W umgeformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass nachfolgend dem Warmwalzprozess in einem Kaltwalzprozess das Walzmaterial auf eine Enddicke d gewalzt wird, wobei im Warmwalzprozess innerhalb eines definierten Warmwalztemperaturfensters mehrere Stichabnahmen erfolgen, wobei im Kaltwalzprozess zur Dickenabnahme in einem Kaltwalztemperaturfenster zwischen 20°C und 200°C mehrere Stichabnahmen erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Ausgangsmaterial mit einem Mg-Gehalt von 6,2% bis kleiner 7% die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 460°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350°C ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 440°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 400°C ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Ausgangsmaterial mit einem Mg-Gehalt größer gleich 7% bis kleiner 8% die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 440°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350°C ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 420°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 380°C ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Ausgangsmaterial mit einem Mg-Gehalt größer gleich 8% bis kleiner 9% die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 420°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350°C ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 410°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 360°C ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Ausgangsmaterial mit einem Magnesiumgehalt von größer gleich 9% die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 400°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 350°C ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmwalzeingangstemperatur kleiner als 390°C und die Warmwalzausgangstemperatur größer als 360°C ist.

10. Verfahren nach Anspruch einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine von mehreren im Kaltwalzprozess durchgeführten Stichabnahmen mit einem ΔT zwischen der Eingangstemperatur des Walzmaterials und der Ausgangstemperatur des Walzmaterials kleiner als 20°C erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das ΔT zwischen der Eingangstemperatur des Walzmaterials und der Ausgangstemperatur des Walzmaterials kleiner als 10°C ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangstemperatur des Walzmaterials größer als 80°C und kleiner als 120°C ist.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kaltwalzprozess mit zusätzlicher Scherbeanspruchung des Walzmaterials erfolgt, wobei die Scherkräfte in Abhängigkeit von der Walzkraft rechnerisch ermittelt und als Leitwert der Prozesssteuerung dienen.

14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kaltwalzprozess in einem asymmetrischen Walzgerüst erfolgt.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Reduktion der erforderlichen Walzkraft die von einem Haspel auf das Walzmaterial aufgebrachte Bandzugkraft in Abhängigkeit von der Eintrittsdicke des Walzmaterials in das Kaltwalzgerüst gewählt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bandzugkraft in Abhängigkeit von Materialdaten des Walzmaterials rechnerisch ermittelt und als Leitwert der Prozesssteuerung dient.