BR0207208B1

BR0207208B1 - processo para produção de uma folha de alumìnio de alta resistência usando um fundidor em tira contìnua.

Info

Publication number: BR0207208B1
Application number: BRPI0207208-4A
Authority: BR
Inventors: Iljoon Jin; Kevin Gatenby; Christopher Gabryel
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2010-12-28
Also published as: DE60213761T2; JP4099395B2; US20020153069A1; KR100850615B1; KR20030096258A; CA2434841C; US6531006B2; CA2434841A1; ATE335865T1; BR0207208A; JP2004522585A; CN1491289A; EP1360341B1; WO2002064848A1; CN1289701C; DE60213761D1; EP1360341A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA PRODUÇÃO DE UMA FOLHA DE ALUMÍNIO DE ALTA RESIS-TÊNCIA USANDO UM FUNDIDOR EM TIRA CONTÍNUA".

Campo Técnico

Esta invenção refere-se à produção de produtos de folhas deliga de alumínio de alta resistência. Especificamente, esta se refere a umprocesso para a fabricação de uma nova folha de liga de alumínio que usaum processo de fundição contínua em esteira.

Fundamento da Técnica

Folhas de bitola fina são geralmente preparadas por fundição deum lingote de uma liga de alumínio em um processo conhecido como DC oufundição dura direta. Os lingotes são geralmente aquecidos até uma alta tem-peratura, laminados a quente até uma espessura de bitola de relaminaçãoentre 1 e 10 mm, então laminados a frio até uma bitola de "folha-estoque" tipi-camente com 0,2 até 0,4 mm de espessura. A tira é freqüentemente sujeita auma etapa de recozimento intermediário durante o processo de laminação afrio. A "folha-estoque" pode ser sujeita a outras operações de laminação a frio,para produzir uma espessura final de folha em torno de 5 a 150 mícrons.

Há uma vantagem em relação ao custo pelo fato de se usar fun-dição em tira contínua como o ponto de partida na fabricação de tais folhaspois não é necessária homogeneização antes da laminação a quente e aquantidade de redução a quente para formar bitolas de relaminação é bas-tante reduzida. Quando for necessária fundição contínua em alto volume, afundição em esteira dupla é o método preferido de fundição contínua. Noentanto, processos de fundição em tira contínua aplicam diferentes condi-ções de resfriamento durante a solidificação daqueles em fundição DC e háuma ausência de uma etapa de homogeneização à alta temperatura antesda laminação a quente.

Consequentemente, quando forem usados processos de fundi-ção em tira contínua com ligas normalmente preparadas por fundição DC ehomogeneização, isto resulta na formação de diferentes espécies intermetá-licas. Na fundição em tira contínua, a taxa de resfriamento da tira durante afundição é geralmente mais alta (em alguns casos, muito mais alta) do que ataxa de resfriamento em grandes lingotes para DC. Desse modo, tais ligasprocessadas em um processo de fundição em tira contínua também resultamem folha-estoque que tem uma supersaturação mais alta de elementos solú-veis e, portanto, têm propriedades indesejáveis de endurecimento e deamolecimento, resultando em dificuldades na laminação da estoque de folhaaté a espessura de bitola final e no controle das propriedades da bitola finalproduzida.

Há um interesse particularmente grande na produção do que sedenominam "folhas de resistência ultra-alta", isto é, uma classe de folhasque tenham um nível de limite de resistência à tração (UTS) de 130 MPa oumais alta. Esta resistência é muito mais alta do que a resistência de folhasde liga de alumínio AAIxxx comuns (60-90 MPa) ou aquela de folhas de ligade alumínio AA8021 de resistência mais alta (90-120 MPa). Em um métodode produção de folhas de resistência ultra-alta, as ligas do tipo AA8006 sãofundidas sobre um fundidor de rolo duplo e os materiais fundidos no cilindrosão processados seguindo roteiros de processamento especificamenteadaptados. Uma liga do tipo AA8006 tem a composição nominal de menosdo que 0,4 % em peso de silício, 1,2 até 2,0 % em peso de ferro e 0,3 até1,0 % em peso de manganês, com o restante alumínio e impurezas habitu-ais. Quando a mesma liga AA8006 for fundida em um fundidor em esteira(bilt caster), a tira resultante não tem a mesma microestrutura que aquela datira fundida em cilindro duplo. Por exemplo, ocorre grave distorção da con-cha gerando uma ampla variedade de tamanhos intermetálicos e concentra-ções que afetam negativamente o controle da microestrutura. Portanto, orecozimento final não pode produzir a estrutura desejada. Desse modo, nãofoi possível produzir folhas de resistência ultra-alta usando-se o roteiro defundição em esteira.

Um processo para a produção de folha de liga de alumínio dealta resistência que usa fundição em cilindro duplo é descrito na Patente Ja-ponesa de Furukawa Alum JP 1034548. Aquele processo usou uma liga dealumínio que contém 0,8 até 2 % em peso de Fe, 0,1 até 1 % em peso de Si,0,01 até 0,5 % em peso de Cu, 0,01 até 0,5 % em peso de Mg e 0,01 até 1% em peso de Mn. Ti e B também foram incluídos a níveis de refinação degrão. A liga foi fundida em rolo duplo até uma espessura de 0,5 a 3 mm elaminada até uma folha. Um tratamento térmico a 200 a 450°C também foiincluído.

Na Publicação da Patente Japonesa de Mitsubishi H3-153835 édescrito um material para aleta que foi obtido partindo de uma liga de Al-Fe-Si-Mn. A liga foi fundida até uma espessura de 30 mm, laminada a quente elaminada a frio com recozimento intermediário, porém sem recozimento final.

Alcoa, Patente U.S. 5.380.379 descreve a produção de uma fo-lha partindo de uma liga de alumínio que contém aproximadamente 1,35 até1,6 % em peso de ferro, aproximadamente 0,3 até 0,6 % em peso de man-ganês, aproximadamente 0,1 até 0,4 % em peso de cobre, aproximada-mente 0,05 até 0,1 % em peso de titânio, aproximadamente 0,01 até 0,02 %em peso de boro, até aproximadamente 0,2 % em peso de silício, 0,02 % empeso de cromo, 0,005 % em peso de magnésio e 0,05 % em peso de zincousando-se um fundidor de cilindro duplo. A liga foi fundida e, então, tratada aquente a uma temperatura em torno de 460 a 500°C antes da laminação afrio.

Um outro processo para a produção de folha de alumínio é des-crito na Patente Japonesa JP 62250144 de Showa. Neste caso, foi usadauma liga de alumínio que contém 0,7 - 1,8 % em peso de Fe, 0,2 a 0,5 % empeso de Si e 0,1 até 1,5 % em peso de Mn. O procedimento envolveu fundi-ção dura direta, homogeneização e laminação a quente antes da etapa delaminação a frio.

Na Patente U.S. 4.671.985 da Swiss Aluminum, é descrita umafolha de alumínio que contém 0 a 0,5 % em peso de Si, 0,8 a 1,5 % em pesode Fe e 0 a 0,5 % em peso de Mn. Após ser fundida em tira, esta foi lamina-da a quente, seguido por laminação a frio sem recozimento intermediário.

O WO 98 45492 descreve uma folha de alumínio obtida partindode uma liga de alumínio que contém 0,2 até 0,5 % em peso de Si, 0,4 até 0,8% em peso de Fe, 0,1 até 0,3 % em peso de Cu e 0,05 até 0,3 % em pesode Mn. A liga foi continuamente fundida, laminada a frio, submetida a umrecozimento intermediário a uma temperatura de 250 até 450°C, laminada afrio até a bitola final e recozimento final em torno de 30°C.

É um objetivo da presente invenção produzir, usando-se fundi-ção em tira contínua, uma nova folha de alumínio de alta resistência que te-nha propriedades equivalentes a uma folha de alta resistência produzida porfundição dura direta ou em cilindro duplo de AA8006.

É um outro objetivo produzir uma liga de alta resistência por umavia de fundição contínua capaz de altas taxas de produção em volume.

Descrição da Invenção

De acordo com a presente invenção, o problema da produção deuma folha de liga de alumínio de alta resistência usando-se um fundidor emtira contínua foi resolvido por meio de uma nova composição de liga e umnovo roteiro de processamento.

Desse modo, a liga que é usada é uma que contém 1,2 até 1,7% em peso de Fe, 0,4 até 0,8 % em peso de Si e 0,07 até 0,20 % em pesode Mn, com o restante alumínio e impurezas incidentais. A liga acima é, en-tão, fundida em um fundidor de tira contínua até uma espessura de tira me-nor do que aproximadamente 25 mm, de preferência, aproximadamente 5até 25 mm, seguido por laminação a frio até bitola do recozimento intermedi-ário. O recozimento intermediário é realizado a uma temperatura na faixa dedesde aproximadamente 280 até 350°C, seguido por laminação a frio atébitola final e recozimento final.

O recozimento intermediário continua tipicamente durante apro-ximadamente 2 a 8 horas e o recozimento final é de preferência a uma tem-peratura em torno de 250 até 300°C durante aproximadamente 1 a 6 horas.

A fundição em tira contínua é de preferência, conduzida em um fundidor emesteira e a bitola do recozimento intermediário é tipicamente aproximada-mente 0,5 até 3,0 mm.

Na liga acima, o teor de Si foi aumentado e o teor de Mn foi di-minuído comparado com a liga AA8006 tradicional. Isto resolveu os proble-mas de resfriamento não-uniforme local encontrados com a liga AA8006 e foiobtida uma estrutura recuperada estável por uma faixa de temperatura dorecozimento intermediário cuidadosamente selecionada. O tamanho do grãoda estrutura recuperada estável está tipicamente na faixa de 1 a 7 pm.

O Fe na liga é um elemento de reforço, formando partículas in-termetálicas durante a fundição (que tipicamente se rompem em partículasmenores durante a laminação) e dispersóides durante tratamentos térmicossubseqüentes (tipicamente partículas finas com um tamanho de 0,1 mícronou menos) durante o processo. Estas partículas estabilizam os subgrãos noprocesso final de recozimento. Se o teor de Fe for menor do que 1,2 % empeso, o efeito do Fe não é suficiente para se obter uma folha forte e se o teorde Fe exceder 1,7 % em peso, há um perigo de formação de grandes partí-culas primárias intermetálicas durante a fundição que são prejudiciais à la-minação e à qualidade dos produtos de folha finais.

O Si na liga melhora a fundibilidade no estágio de fundição e auniformidade da estrutura fundida. Ele também acelera a precipitação deelementos solutos dissolvidos durante o estágio de recozimento. Se o teorde Si for menor do que 0,4 % em peso, a fundição é difícil e a estrutura fun-dida se torna menos uniforme. Se o teor de Si for menor do que 0,8 % empeso, a temperatura de recristalização é diminuída e a faixa de temperaturade recozimento final se torna demasiadamente limitada.

O Mn na liga é necessário para controlar o processo de recupe-ração e, portanto, o tamanho do grão da folha após o recozimento final. Se oteor de Mn for menor do que 0,07 % em peso, o efeito do elemento é insufi-ciente e não pode ser obtida uma estrutura recuperada estável. Se o teor deMn exceder 0,20 % em peso, a ductilidade do material após o recozimentofinal se torna demasiadamente baixa.

Embora a tira fundida continuamente possa ter uma espessuracomo fundida de até 25 mm e ser laminada a quente até uma bitola de emtorno de 1 a 5 mm antes da laminação a frio até a bitola intermediária emque ocorre o recozimento intermediário, de acordo com um procedimentopreferido, uma tira é fundida continuamente até uma espessura de não maisdo que 10 mm, mais preferivelmente de 5 a 10 mm. Uma tira desta espessu-ra não requer qualquer laminação a quente antes da laminação a frio. A tiraé, de preferência, levada até uma espessura de em torno de 0,5 até 0,8 mmdurante a laminação a frio.

É preferível que a tira seja fundida continuamente em um fundi-dor em esteira. A fundição em esteira é uma forma de fundição contínua emtira realizada entre esteiras flexíveis móveis e resfriadas. Embora as esteiraspossam exercer uma força sobre a tira para garantir resfriamento adequado,de preferência, a força é insuficiente para comprimir a tira embora esta es-teja solidificando-se. Tipicamente, um fundidor em esteira irá fundir tiras commenos do que aproximadamente 25 mm de espessura e, de preferência,com espessura maior do que aproximadamente 5 mm. A taxa de resfria-mento para a fundição de ligas da presente invenção geralmente permaneceentre aproximadamente 20 e 300°C/segundo.

A tira fundida continuamente não deve ser homogeneizada antesde qualquer etapa subseqüente de laminação pois isto tem o efeito de dimi-nuir o UTS que pode ser obtido no material de folha final.

Breve Descrição das Ilustrações

A figura 1 é um gráfico que relaciona resistência e alongamentoà temperatura de recozimento parcial para uma liga da invenção;

A figura 2 apresenta micrográficos eletrônicos de transmissão defolhas produzidas a partir de ligas da invenção com temperaturas variáveisde recozimento intermediário e uma temperatura final de recozimento de300°C;

A figura 3 apresenta micrográficos eletrônicos de transmissão defolhas produzidas a partir de diferentes ligas da invenção com uma tempe-ratura de recozimento intermediário de 300°C e uma temperatura final derecozimento de 300°C e

A figura 4 apresenta micrográficos eletrônicos de transmissão defolhas produzidas a partir de uma liga da invenção com uma temperatura derecozimento intermediário de 300°C e temperaturas finais variáveis de reco-zimento.Melhores Modos para a Realização da Invenção

Exemplo 1

Foi conduzida uma série de testes em um fundidor em esteira delaboratório. As ligas usadas são apresentadas na Tabela 1 a seguir:

Tabela 1

<table>table see original document page 8</column></row><table>

As tiras como fundidas tinham nominalmente 7,3 mm de espes-sura e todas as peças fundidas eram isentas de distorção da carcaça. A fun-dição foi realizada em um fundidor em esteiras duplas com fluxos de calor nafaixa de 1,5 até 3,8 MW/m2. Isto corresponde a uma taxa média de resfria-mento através da tira fundida dentre 150 e 420°C/s.

Foram retiradas amostras de tiras como fundidas, cortadas, poli-das e adonizadas em uma solução de ácido sulfúrico. Os resultados de-monstraram que as ligas 1, 2, 3, 4 e 6 eram estruturalmente homogêneas(foram formadas diferentes partículas intermetálicas durante a solidificaçãode uma locação para outra). Esta liga, portanto, não foi processada aindamais.

Para examinar o efeito da prática de recozimento intermediário ea composição da liga sobre a resposta de recozimento parcial dos materiaisna etapa de recozimento final, em particular para se observar se os materiaisdesenvolvem um regime de recuperação estável na faixa de temperatura dedesde 250 até 300°C, todas as tiras fundidas (exceto para a Peça FundidaN5 5) foram processadas e a tração testada como a seguir.<formula>formula see original document page 9</formula>

Um exemplo típico dos resultados do teste para a Peça FundidaNq 2 é fornecido na Figura 1. Esta apresenta curvas de resposta de recozi-mento parcial da liga que foi submetida a recozimento intermediário a 4 tem-peraturas diferentes. É observado que a resposta de recozimento parcial ébastante dependente da prática de recozimento intermediário usada. Quan-do a temperatura de recozimento intermediário era menor do que 250°C oumais alta do que 350°C, o material não desenvolveu regime de recuperaçãoestável, isto é, as propriedades elásticas variaram rapidamente na faixa detemperatura de recuperação. Por outro lado, quando o material foi submetidoa recozimento intermediário a 300°C, ele desenvolveu um regime de recupe-ração bastante estável no estágio de recozimento final, isto é, os valores deUTS na faixa de 250°C até 300°C não variaram rapidamente.

As propriedades de resistência à tração para uma variedade deligas após recozimento final a 250°C e 300°C são apresentadas na Tabela 2a seguir:

Tabela 2

<table>table see original document page 9</column></row><table>Tabela 2 - (continuação)

<table>table see original document page 10</column></row><table> A queda do UTS na Tabela 2 é a diminuição da resistência queocorre quando a temperatura de recozimento final é aumentada de 250°Caté 300°C. Esta é uma indicação da estabilidade da resistência durante orecozimento final na faixa de temperatura. Uma folha de alta resistência deboa qualidade requer não apenas uma alta resistência na forma do produtofinal, mas também uma boa ductíbilidade e uma boa estabilidade da resis-tência na faixa de temperatura do recozimento final. Tipicamente a resistên-cia após o recozimento final devia ser mais alta do que 130 MPa1 a ductíbili-dade mais alta do que 13 % do alongamento por tração e a queda de UTSmenor do que 25 MPa na faixa de temperatura acima de 50°C.

Os dados na Tabela 2 demonstram que a Peça Fundida N2 1(uma liga sem Mn) não satisfaz os critérios de propriedade de folha de boaqualidade sob qualquer condição de processamento principalmente porque aresistência é demasiadamente baixa e o material não possui o regime derecuperação estável no estágio de recozimento final, a Peça Fundida N9 2(Fe, Si e Mn dentro da faixa da invenção) fornece uma folha de boa qualida-de quando o material for recozido em torno de 300°C, a Peça Fundida Nq 3(Fe somente ligeiramente abaixo do mínimo) quase satisfaz os critériosquando o material sofrer recozimento intermediário a 300°C, a Peça FundidaN9 4 satisfaz os critérios com recozimentos intermediários tanto a 300°Ccomo a 250°C e a Peça Fundida N9 6 (baixo teor de Fe) não produz folha deboa qualidade principalmente por causa da baixa ductíbilidade.

Desse modo, os exemplos na Tabela 2 ilustram que uma folhade alta resistência de boa qualidade pode ser produzida com a composiçãoda liga e com a prática de recozimento intermediário da presente invenção.

Claims

1. Processo para a produção de uma folha de alumínio de altaresistência usando um fundidor em tira contínua compreendendo as seguin-tes etapas:(a) fornecer uma liga contendo ferro, silício, manganês, alumínioe impurezas incidentais,(b) fundir a liga em um fundidor de tira contínua para formar umatira fundida com uma espessura, como fundida, inferior a 25 mm,(c) laminar a frio a tira fundida até bitola de recozimento interme-diário,(d) recozer intermediário a tira,(e) laminar a frio a tira submetida a recozimento intermediárioaté a bitola final, e(f) submeter a tira com bitola final a um recozimento final;caracterizado pelo fato de que as quantidades dos elementos daliga são selecionados a partir das seguintes faixas, em percentagem em pe-so: 1,2 a 1,7 % de ferro, 0,4 a 0,8 % de silício, 0,07 a 0,20 % de manganês eo restante sendo alumínio e impurezas incidentais, e a tira no recozimentointermediário é submetida a recozimento intermediário a uma temperatura de 280 a 350°C.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a tira fundida continuamente tem uma espessura como fundi-da entre 5 a 10 mm.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza-do pelo fato de que a tira fundida continuamente é fundida em um fundidorem esteira.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a tira fundida continuamente tem uma espessura como fundi-da de 5 a 25 mm e a tira como fundida é laminada a quente antes da Iami-nação a frio.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que a tira fundida é laminada a frio até umaespessura de 0,5 a 3,0 mm.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pe-lo fato de que a tira fundida é laminada a frio até uma espessura de 0,5 a 0,8 mm.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de que o recozimento intermediário entre 280 a-350°C é conduzido durante 2 a 8 horas.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pe-lo fato de que o recozimento intermediário é conduzido a uma temperaturade 300°C.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 8, caracterizado pelo fato de que o recozimento final é a uma temperaturade 250 a 300°C.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o recozimento final entre 250 a 300°C é conduzido durante-1 a 6 horas.