DE2901020C2

DE2901020C2 -

Info

Publication number: DE2901020C2
Application number: DE2901020A
Authority: DE
Inventors: Kurt Zuerich Ch Neufeld; Kurt Dr.Rer.Nat. Sierre Ch Buxmann; Heinz Dr.Sc.Nat. Neuhausen Am Rheinfall Ch Bichsel; Ivan Maennedorf Ch Gyoengyoes
Original assignee: LAUENER ENGINEERING AG THUN CH
Current assignee: Golden Aluminum Co
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1979-01-12
Publication date: 1989-10-19
Also published as: BE878055A; NO153340B; NL7905906A; AU522570B2; IS1107B6; CH641494A5; SE7906555L; IT1122700B; GB2027743A; IN151536B; NO792541L; SE433948B; JPS5521600A; FR2432556B1; US4235646A; IT7924924A0; CA1171234A; FR2432556A1; ES483108A1; JPS6254182B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zur Fertigung von tiefgezogenen und abgestreckten Dosenkörpern sowie Deckeln geeigneten Halbzeug-Bandes aus einer gegossenen Legierung des Typs AlMgMn unter Einschluß von Warmwalzen mit einer unteren Grenze der Warmwalz-Starttemperatur von 300°C und einer Dickenreduzierung um mindestens 70% sowie unter Einschluß eines Kaltwalzens des Warmbandes auf Enddicke.

Lebensmittel- und Getränkebehälter aus Aluminium werden seit langem mit großem Erfolg hergestellt. Unter dem Begriff "Behälter" werden hier alle Produkte aus Aluminiumblech verstanden, die zur Aufnahme eines Füllgutes geformt sind, wie etwa Dosen für kohlensäurehaltige Getränke, Vakuumdosen, Geschirr sowie Behälterteile wie vollständig entfernbare Deckel und Aufreißring-Deckel. Der Begriff "Dose" bezieht sich auf einen voll verschlossenen, gegenüber innerem und äußerem Druck widerstandsfähigen Behälter, wie etwa Vakuum- und Getränkedosen.

Ursprünglich wurden nur die Dosendeckel aus Aluminium gefertigt, nämlich aus der Legierung AA 5086, und als "weiche Deckel" bezeichnet. Diese Deckel hatten noch keinen leicht zu öffnenden Dosenverschluß. Die Einführung der Deckel mit den Eigenschaften eines leicht zu öffnenden Dosenverschlusses, wie etwa die "ring pull"-Deckel, erforderte den Einsatz besser verformbarer Legierungen wie AA 5182, 5082 und 5052. Die am häufigsten verwendeten Legierungen 5082 und 5182 weisen einen hohen Magnesiumgehalt auf (4,0 bis 5,0% Mg) und sind deshalb verhältnismäßig hart im Vergleich zu den bei Dosenkörpern verwendeten Legierungen. Die Legierung 5052 wurde in erster Linie für in mehreren Stufen tiefgezogene, nicht unter Druck stehende Behälter eingesetzt, da sie für die meisten Anwendungsgebiete für Dosen keine genügend hohe Festigkeit aufweist.

Kurz nach der Einführung der Aluminium-Dosendeckel wurden auch Dosenkörper aus Aluminium eingeführt, als Teile von dreiteiligen Dosen, wie dies von herkömmlichen "Zinndosen" bekannt ist. Dreiteilige Dosen bestehen aus zwei Enden und einem zylindrisch geformten und mit einer Naht versehenen Dosenkörper. Bei Getränkedosen hat die neuentwickelte, zweiteilige Dose die dreiteilige Dose nach und nach verdrängt. Zweiteilige Dosen bestehen aus einem Deckel und einem nahtlosen Dosenkörper mit integralem Boden. Dosenkörper von zweiteiligen Dosen werden in mehreren Stufen durch Tiefziehen und Abstrecken geformt.

Der Nachteil der gegenwärtig verwendeten Legierung AA 3004 liegt darin, daß sie zur Erreichung der gewünschten Endeigenschaften eine langzeitige Barrenglühung oder Homogenisierung bei hoher Temperatur erfordert. Konventionelles Barrenglühen ist aber einer der größten Kostenfaktoren bei der Blechherstellung. Zudem ist die Gießgeschwindigkeit für die Legierung 3004 relativ klein und bei unsachgemäßem Gießen zeigt sie eine Tendenz zur Bildung grober Primärsegrationen.

Es sind früher auch andere Legierungen für die Verwendung bei Dosenkörpern in Betracht gezogen worden, so etwa die Legierung AA 3003. Diese Legierung erfüllt wohl alle Anforderungen der Verformbarkeit beim Tiefziehen und Abstrecken, wurde jedoch wegen ihrer bei wirtschaftlichen Materialdicken geringen Festigkeit wieder fallengelassen.

Die oben beschriebenen, konventionellen Legierungen für Dosendeckel und Dosenkörper weichen in ihren Zusammensetzungen deutlich voneinander ab, wie aus Tabelle I hervorgeht. Die angeführten Zahlenwerte sind Gewichtsprozente, wie übrigens in der ganzen vorliegenden Beschreibung. Sofern keine Bereichsangaben vorliegen, stellen die in Tabelle I angegebenen Gewichtsprozente Maximalwerte dar. Die Bezeichnung AA und die dazugehörigen Zahlenangaben beziehen sich auf das Klassierungssystem der Aluminium Association. CS42 bezieht sich auf eine von der Alcan entwickelte und weiter unten beschriebene Legierung für Dosendeckel und Aufreißringe.

Gegenwärtig werden große Anstrengungen unternommen, sowohl Energie- und Rohstoffquellen zu erhalten als auch die besonders die Getränkeindustrie betreffende Probleme der Verschwendung und des Abfalls zu beseitigen. Dies soll durch den Aufbau eines totalen Recycling-Programmes in der Aluminiumdosen-Industrie ermöglicht werden, welches sich zusammensetzt aus

(1) der Sammlung und Rückführung gebrauchter, leerer Aluminium- und Getränkedosen, und
(2) der Wiederverwendung des Aluminiums gebrauchter Dosen zur Herstellung neuer Dosen.

Bei der fertiggestellten Dose sind Deckel und Dosenkörper praktisch untrennbar miteinander verbunden, so daß ein wirtschaftliches Recycling-System die Verwendung der gesamten Dose erforderlich macht. Demzufolge weicht die Zusammensetzung der Schmelze recyclierter Dosen erheblich von den Zusammensetzungen der konventionellen Legierungen für Deckel und Dosenkörper ab. Im folgenden werden Legierungen und Bänder zur Herstellung von Dosenkörpern als Dosenlegierungen bzw. -bänder und Legierungen und Bänder zur Herstellung von Deckeln als Deckellegierungen bzw. -bänder bezeichnet. Will man aus der Schmelze recyclisierter Dosen wieder die ursprünglichen Legierungszusammensetzungen erhalten, so müssen erhebliche Mengen an Primär- bzw. Reinaluminium zugesetzt werden, um eine konventionelle Dosenlegierung zu erhalten; entsprechend noch größere Mengen an Primäraluminium müssen zur Wiederherstellung einer konventionellen Deckellegierung zugegeben werden.

Es wäre demzufolge von Vorteil, für Decke und Dosenkörper eine Aluminiumlegierung ein und derselben Zusammensetzung zu verwenden, so daß bei der Wiedereinschmelzung dieser Dosen keine Anpassung der Legierungszusammensetzung mehr notwendig wäre. Dieser Vorteil wurde von Setzer et al. erkannt und in der US-PS 37 87 248 beschrieben, in welcher vorgeschlagen wird, sowohl Deckel als auch Dosenkörper aus einer Legierung vom Typ AA 3004 herzustellen, wobei die für Deckel erforderliche Verformbarkeit durch eine Wärmebehandlung erreicht wird. Das von Setzer et al. vorgeschlagene Verfahren beinhaltet ein Halten bei hoher Temperatur nach dem Kaltwalzen. Überdies würden die von Setzer et al. vorgeschlagene Legierungszusammensetzungen eine Zusammensetzung der Schmelze zur Folge haben, die sich deutlich von einer Schmelze aus konventionellen, zweiteiligen Dosen mit unterschiedlicher Dosen- und Deckellegierung unterscheiden würde.

Das eingangs erwähnte Verfahren ist der US-PS 37 87 248 zu entnehmen, welche nur Angaben zur Deckelbandfertigung liefert sowie ein recht aufwendiges Fertigungsprocedere lehrt. Die Warmwalzbedingungen sind generell nicht vom hochgeglühten Strangpreßbarren auf Bandguß übertragbar.

So hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein zur Herstellung eines zur Fertigung von tiefgezogenen und abgestreckten Dosenkörpern sowie Deckeln gleichermaßen geeignetes Band aus einer Aluminiumlegierung erzeugt werden kann, welches die Wiederverwendung gebrauchter Aluminiumdosen und -dosenteile durch Einschmelzen derselben und Angleichung der Schmelze auf die gewünschte Zusammensetzung auf wirtschaftliche Weise ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, daß

a) die Legierung für Dosenkörper und Dosendeckel als wesentliche Bestandteile 0,4 bis 1,0% Mangan und 1,3 bis 2,5% Magnesium enthält, wobei der Gesamtgehalt an Magnesium und Mangan zwischen 2,0 und 3,3% beträgt und das Verhältnis von Magnesium zu Mangan zwischen 1,4 : 4,4 : 1 liegt,
b) die Metallschmelze kontinuierlich mittels einer Bandgießmaschine zum Band vergossen wird, wobei die Zellgröße bzw. der Dentritenarmabstand im Bereich der Oberfläche des entstehenden Gußbandes zwischen 2 und 25 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 15 µm und im Bereich der Gußbandmitte zwischen 20 und 120 µm, vorzugsweise zwischen 50 und 80 µm liegt.
c) das Gußband nach Erstarrungsbeginn während 10 bis 50 s auf einer Temperatur zwischen 500°C und der Liquidustemperatur der Legierung sowie während 2 bis 15 min auf einer Temperatur zwischen 400°C und jener Liquidustemperatur gehalten wird,
d) das Gußband kontinuierlich mit Gießgeschwindigkeit der Warmwalzeinrichtung zugeführt wird, wobei die Warmwalz-Starttemperatur nach oben hin durch die Ungleichgewicht-Solidustemperatur der Legierung begrenzt wird, sowie die Temperatur am Walzende mindestens 280°C beträgt,
e) das Warmwalzband nach den Warmwalzen warm aufgehaspelt und vor dem Kaltwalzen an ruhiger Luft auf etwa Raumtemperatur abgekühlt wird.

Dabei hat es sich als günstig erwiesen, die Schmelze zu einem Gußband der Dicke 10 bis 25 mm, vorzugsweise 12 bis 20 mm, zu vergießen und/ oder die untere Grenze der Warmwalz-Starttemperatur mindestens 440°C, vorzugsweise mindestens 490°C, betragen zu lassen.

Eine insbesondere bei der Herstellung von Dosenband vorteilhafte Durchführung des Kaltwalzens auf Enddicke besteht darin, daß

1) das Warmwalzband in einer ersten Stichserie auf eine Zwischendicke kaltgewalzt wird,
2) das auf Zwischendicke kaltgewalzte Band einer kurzzeitigen Zwischenglühung bei einer Temperatur zwischen 350 und 500°C während einer maximalen, aus Aufheiz-, Glüh- und Abkühlzeit zusammengesetzten Zeitdauer von 90 s unterworfen wird, und
3) das kurzzeitig geglühte Band auf Enddicke gewalzt wird.

Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, das Kaltwalzen des Warmwalzbandes auf Zwischendicke mit einer Dickenreduktion von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 65%, und das Kaltwalzen des kurzzeitigen geglühten Bandes auf Enddicke mit einer Dickenreduktion von maximal 75%, vorzugsweise 40 bis 60%, durchzuführen.

Es hat sich des weiteren als günstig erwiesen, die Aufheizzeit zur kurzzeitigen Zwischenglühung auf etwa Raumtemperatur auf maximal 25 s zu begrenzen.

Die Schmelze des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aus mindestens 40% Aluminium-Schrottmetall zusammengesetzt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren und seine insbesondere bei der Wiederverwendung von Aluminium-Schrottmetall erzielbaren Vorteile werden im nachfolgenden näher erläutert und anhand graphischer Darstellungen veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Teil eines Recycling- Systems.

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Kaltverfestigung der erfindungsgemäßen Legierung und zweier Vergleichslegierungen in Abhängigkeit der Kaltverformung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung und einer Vergleichslegierung bei thermischer Behandlung.

Die Verfahren des Schmelzens verschiedener Schrottypen, des Angleichens der Schmelze an eine gewünschte Zusammensetzung, des Gießens der Schmelze, der Herstellung von Bandmaterial und der Fertigung von Behältern enthalten gemäß Fig. 1 ein geschlossenes Kreislaufsystem, in welchem der durch den Fabrikationsprozeß erzeugte Schrott recycliert und wiederum als Rohmaterial für den Prozeß bereitgestellt wird. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott enthält Schrott aus der Fabrikation von Bandmaterial (Bandschrott), Schrott aus der Fertigung von Dosen (Dosenschrott) und Verbraucherschrott.

Unter Verbraucherschrott werden Produkte aus Aluminiumlegierungen, insbesondere Dosen, verstanden, welche bedruckt, beschichtet oder anderswie kontaminiert und anschließend verkauft und gebraucht wurden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Verwendung von Aluminiumdosen-Schrott angepaßt worden. Bevorzugt werden Dosen in sauberer Form wiedergewonnen, frei von Schmutz, Kunststoffteilen, Glas und anderen Verunreinigungen. Die Dosenkörper herkömmlicher Dosen sind untrennbar mit den Deckeln verbunden. Während der Wiedergewinnung von Schrottdosen werden deshalb die ganzen Dosen zerquetscht, flachgedrückt, zusammengeballt oder sonstwie in eine kompakte Form gebracht. Die Dosen werden dann in herkömmlichen Mahlwerken, Hammermühlen, gegenläufigen Messern usw. zu vorzugsweise locker anfallenden Stücken von etwa 2,5 bis 4 cm Durchmesser zerkleinert. Der zerstückelte Aluminium-Schrott wird mittels magnetischer Trennverfahren von Eisen- und Stahlteilen und mittels Fliehkraftabscheidern von Papier und anderen leichtgewichtigen Stoffen befreit. Der gereinigte Schrott wird sodann in einen Lackverbrennungsofen eingeführt. Ein geeigneter Lackverbrennungsofen ist ein Brennofen, in welchem der Schrott in Anwesenheit von heißer Luft durch einen rotierenden Tunnel transportiert wird. Eine andere Möglichkeit bietet ein Lackverbrennungsofen, bei welchem der zerkleinerte Schrott in einem Korb von 15 bis 25 cm Tiefe aus nichtrostendem Stahl eingebettet ist. Zur Verbrennung organischer Stoffe wie Kunststoffbeschichtungen von Lebensmittelbehältern und Getränkedosen sowie gemalter oder aufgedruckter, Pigmente wie Titan(TV)oxid enthaltender Etiketten wird heiße Luft durch den Korb geblasen.

Die Ofentemperatur wird vorzugsweise so gewählt, daß die Temperatur des Schrotts die Pyrolysetemperatur der organischen Beschichtungsmaterialien erreicht. Die Temperatur muß genügend hoch sein, üblicherweise etwa 480 bis 540°C, damit alle organischen Beschichtungsmaterialien pyrolysieren, der Metallschrott aber nicht oxidiert wird.

Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott umfaßt Aluminiumlegierungsmaterial wie Bandschrott, Dosenschrott und Verbraucherschrott, welcher wie oben beschrieben aufgearbeitet wurde. Ein großer Teil des Verbraucherschrotts besteht aus Aluminiumdosen, welche üblicherweise 25 Gewichtsprozente Dosendeckel aus der Legierung A 5182 und 75 Gewichtsprozente Dosenkörper aus der Legierung AA 4004 enthalten. Die Zusammensetzungen dieser Legierungen sowie die beim Wiedereinschmelzen dieser Legierungen erhaltene Zusammensetzung sind weiter unten in Tabelle II beschrieben.

Bandschrott enthält Abfälle vom Gußband sowie von den in einem Walzwerk durchgeführten Zuschneideoperationen wie etwa dem Besäumen des gewalzten Bandes. Die anfängliche Schmelzezusammensetzung, die von einem typischen Bandschrott erhalten wird, besteht aus etwa 88% der Legierung AA 3004 und 12% der Legierung CS42. CS42, eine andere bei der Herstellung von Deckeln verwendete Legierung mit hohem Magnesiumgehalt, wird weiter unten in Tabelle III beschrieben.

Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott kann auch Schrott enthalten, der bei der Fertigung von Behältern und Behälterteilen - wie etwa Dosendeckel und Dosenkörper - anfällt. Dosenschrott wird beispielsweise bei Ausschuß infolge Zipfelbildung erzeugt. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott kann auch andere, Elemente mit Mischkristallhärte-Effekt enthaltende Aluminiummaterialien enthalten und selbstverständlich auch Band-, Dosen- und Verbraucherschrott aus der erfindungsgemäßen Legierung.

Der zu recyclisierende Schrott wird in einem Ofen, wie er beispielsweise aus der US-PS 9 69 253 bekannt ist, zu einer Schmelze geformt. Die anfängliche Schmelze ändert natürlich ihre Zusammensetzung entsprechend den Zusammensetzungen und den Mengen der verschiedenen, in den Ofen eingefüllten Schrottypen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schmelze derart angeglichen, daß die Zusammensetzung innerhalb der folgenden Werte zu liegen kommt:

Magnesium 1, 3 bis 2,5% vorzugsweise 1,6 bis 2,0%
Mangan 0,4 bis 1,0% vorzugsweise 0,6 bis 0,8%
Eisen 0,1 bis 0,9% vorzugsweise 0,3 bis 0,7%
Silizium 0,1 bis 1,0% vorzugsweise 0,15 bis 0,40%
Kupfer 0,05 bis 0,4% vorzugsweise 0,3 bis 0,4%
Titan 0 bis 0,2% vorzugsweise 0 bis 0,15%

Die oben aufgeführten Werte stellen die breiten Bereiche sowie die Vorzugsbereiche der Zusammensetzung der Legierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die Zusammensetzung der vorliegenden Legierung kann innerhalb der angegebenen Bereiche variieren, doch sind die Bereiche selbst kritisch, insbesondere jene der Hauptlegierungselemente Magnesium und Mangan. Magnesium und Mangan bewirken zusammen durch ihr Vorliegen in fester Lösung einen Mischkristallhärte-Effekt in der vorliegenden Legierung. Es ist deshalb wesentlich, daß sich die Konzentrationen dieser Elemente innerhalb der angegebenen Bereiche bewegen, daß das Verhältnis von Magnesium zu Mangan einen Wert zwischen 1,4 : 1 und 4,4 : 1 aufweist und der Gesamtheit an Magnesium und Mangan zwischen 2,0 und 3,3% liegt. Weitere Spurenelemente, welche als Verunreinigungen im Recyclingverfahren zu erwarten sind, sind in der vorliegenden Legierungszusammensetzung bis zu einer gewissen Grenze zulässig, so Chrom bis zu 0,1%, Zink bis zu 0,25% und andere einzeln bis zu 0,05% zusammen bis zu 0,2%.

Kupfer und Eisen sind in der vorliegenden Zusammensetzung infolge ihrer unvermeidlichen Anwesenheit im Verbraucherschrott vorhanden. Die Anwesenheit von Kupfer in einem Gehalt zwischen 0,05 und 0,4% bringt eine Verbesserung im Hinblick auf niedrige Zipfelbildung und bewirkt zusätzlich eine Festigkeitserhöhung in der vorliegenden Legierung.

Um die angegebenen Bereiche bzw. die Vorzugsbereiche der Zusammensetzung der vorliegenden Legierung zu erreichen, kann es notwendig werden, die Schmelze anzugleichen. Dies kann durch eine Zugabe von Magnesium oder Mangan geschehen, oder - zur Verdünnung überschüssiger Legierungselemente - durch Zusetzen von unlegiertem Aluminium zur Schmelze.

Die insgesamt benötigte Energie zur Herstellung von unlegiertem Primäraluminium aus seinem Erz liegt etwa zwanzigmal höher als die Energiemenge, welche zum Einschmelzen von Aluminium- Schrott erforderlich ist. Es können demzufolge beträchtliche Mengen an Energie und Kosten eingespart werden, wenn die zur Herstellung einer gewünschten Legierung benötigte Menge an Primäraluminium möglichst niedrig gehalten wird. Ist ein Überschuß an Magnesium vorhanden, so kann der Magnesiumgehalt in der Schmelze auch durch Spülen der geschmolzenen Legierung mit Chlor reduziert werden, wobei das sich bildende unlösliche Magnesiumchlorid mit der Schlacke entfernt wird. Wegen dem Magnesiumverlust aus der Schmelze und wegen der Gefährdung der Umwelt beim Arbeiten mit Chlor ist dieses Verfahren allerdings nicht unbedingt erwünscht.

Das Angleichen der Schmelze kann auch durch Zersetzen von niedriger legiertem Aluminium erfolgen, in welchem die Legierungselemente zur Verdünnung überschüssiger Elemente im entsprechenden Verhältnis vorhanden sind.

Tabelle II zeigt die Zusammensetzungen der Legierungen AA 3004 und 5182 sowie die stöchiometrische Schmelzezusammensetzung, welche aus dem Einschmelzen von typischem Verbraucherschrott aus Dosen der genannten Legierungen resultiert:

Tabelle II

In der Zahl von 1,5% Magnesium in der mit "Schmelze" überschriebenen Kolonne ist ein Magnesiumverlust von 0,3% infolge der Magnesiumoxidation während des Einschmelzens mitberücksichtigt. Die in der Tabelle mit "Primärfaktor" überschriebenen Zahlenwerte stellen diejenige Menge an primären oder reinem Aluminium dar, welche zugegeben werden muß, um jedes Element auf die nominelle Zusammensetzung von AA 3004, 5182 oder der vorliegenden Legierung, wie sie in der Beschreibung und in den Beispielen verwendet wird, ist die folgende:

Magnesium 1,8%
Mangan 0,7%
Eisen 0,45%
Silizium 0,25%
Kupfer 0,2%
Titan 0,05%

Da die für die Elemente in den Legierungen AA 3004 und 5182 angegebenen Gehalt außer für Mangan und Magnesium Maximalwerte darstellen, ist für jede Legierung der größte angegebene Primärfaktor bestimmend.

So zeigt Tabelle II, daß eine Menge an reinem Aluminium entsprechend 40% des Schmelzegewichtes zugegeben werden muß, wenn der Gehalt an Magnesium in der Schmelze auf die typischen 0,9% von AA 3004 gesenkt werden soll. In ähnlicher Weise muß eine Menge an reinem Aluminium entsprechend 70% des Schmelzegewichtes zugesetzt werden, wenn der Gehalt an Mangan in der Schmelze auf die typischen 0,25% von AA 5182 gesenkt werden soll. Andererseits sind nur 18% reines Aluminium notwendig, um den Mangangehalt in der Schmelze auf den Nominalwert der Legierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu senken.

Tabelle III zeigt dieselben Verhältnisse in bezug auf Bandschrott mit einem Anteil von 88% AA 3004 und 12% CS42.

Tabelle III

Nach Tabelle III wären demnach 26% Primäraluminium notwendig, um den Magnesiumgehalt der Schmelze auf den für AA 3004 typischen Wert von 0,9% zu senken. Ebenso wären 73% Primäraluminium notwendig, um den Mangangehalt der Schmelze auf den Wert von 0,25% der CS42-Zusammensetzung zu bringen. Andererseits wären nur 23% Primäraluminium notwendig, um den Mangangehalt der Schmelze auf den nominellen Gehalt der vorliegenden Legierung zu senken.

Aus den Tabellen II und III geht hervor, daß bei der Zusammensetzung der vorliegenden Legierung zum Aufbereiten der Schmelze weniger als 25% unlegiertes Aluminium benötigt wurden. Es ist also eine kleinere Menge an Primäraluminium als zum Aufbereiten irgendeiner anderen bekannten Behälterlegierungen erforderlich.

Die Tabellen zeigen auch, daß die Art des Schrotts in der Schmelze einen Einfluß auf die zum Erreichen einer gewünschten Schmelzezusammensetzung benötigten Menge an Primärmetall hat. Die vorliegende Legierungszusammensetzung kann - abhängig von der Art des dem Schmelzesystem zugeführten Schrotts - auch durch Verwendung von 100% Schrott erreicht werden. Eine typische Dosenfabrikationsanlage benötigt beispielsweise 83% Dosenband (AA 3004) und 17% Deckelband (CS42). Von den bei der Dosenherstellung als Abfall anfallenden und wieder einzuschmelzenden 27,6% Schrott entfallen 24,9% auf Dosen- und 2,7% auf Deckelschrott. Der Schmelze kann Schrott in der Form zurückgegebener, gebrauchter Dosen zugesetzt werden. Unter der Annahme eines Schmelzverlustes von 5% bezogen auf den Dosenfabrikationsschrott und von 8% bezogen auf die vom Verbraucher zurückgegebenen Dosen erfordert eine Zurückführung sämtlicher auf einer derartigen Anlage hergestellten Dosen eine Zugabe von nur 7,2% Primäraluminium zur Schmelze, damit die vorliegende Legierungszusammensetzung erreicht wird. Diese Menge kann durch die Verwendung anderer Schrottlegierungen in der Schmelze, einschließlich der Verwendung von Schrott aus der vorliegenden Legierung, weiter gesenkt werden.

Bei der Verwendung bekannter Legierungszusammensetzungen war es bis anhin nicht möglich, die erforderliche Menge an Primäraluminium, welche zum Erreichen einer brauchbaren Schmelzezusammensetzung aus Verbraucherschrott notwendig ist, auf weniger als 40% des Schrottgewichtes im Schmelzeofen zu senken. Die vorliegende Erfindung gestattet die Bildung der vorliegenden Legierungszusammensetzung aus mindestens 40% Schrott über einen weiten Bereich von Anteilen von Bandschrott, Dosenschrott und Verbraucherschrott.

Die vorliegende Legierung hat zahlreiche Vorteile, die darin begründet sind, daß die Legierungszusammensetzung von der Schmelze ausgehend erreicht wird. Ein erster Vorteil ist, wie schon erwähnt, die Tatsache, daß die vorliegende Legierung leicht aus dem Recycling von gegenwärtig vorhandenem Aluminiumschrott erhalten werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die vorliegende Legierung einen weiten Toleranzbereich für Silizium, Eisen, Kupfer und andere Elemente aufweist, welche in konventionellen Legierungen als unerwünschte Verunreinigung angesehen werden, die aber in Verbraucherschrott unvermeidbar vorhanden sind. So darf beispielsweise eine verhältnismäßig hohe Konzentration an Titan vorhanden sein, was vom Standpunkt des Recyclings besonders wichtig ist, da ein großer Teil von Verbraucherschrott Titanoxid enthält, welches während des Schmelzens reduziert wird und sich in der geschmolzenen Legierung löst. Ein weiter Toleranzbereich für Titan ist ebenfalls wichtig, weil der Titangehalt in der Schmelze steigt, wenn Schrott in aufeinanderfolgenden Zyklen erschmolzen wird. Die zu erwartende Konzentration im Bereich zwischen 0,15 und 0,20% darf auch in der vorliegenden Legierung vorhanden sein.

Als weiteres Beispiel kann die Legierung einen verhältnismäßig hohen Anteil an Silizium aus im Schrott enthaltenem Sand oder Schmutz aufweisen. Die vorliegende Legierung gestattet diesen Gehalt und hat darüber hinaus den Vorteil, daß bei Siliziumgehalten über 0,45% und bei den oben aufgeführten Elementbereichen eine Wärmebehandlung möglich ist. Wärmebehandlung bezieht sich auf das Verfahren, bei welchem eine Legierung auf eine Temperatur erwärmt wird, die genügend hoch ist, um die löslichen Legierungselemente oder -komponenten (Mg₂Si) in feste Lösung zu bringen, typischerweise 510 bis 610°C. Die Legierung wird sodann abgeschreckt, um diese Elemente in übersättigter, fester Lösung zu erhalten. Anschließend wird die Legierung entweder bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur ausgelagert, wobei während dieser Zeit Ausscheidungen gebildet werden, welche eine Aushärtung der Legierung bewirken. Die Aushärtung kann bei Temperaturen erfolgen, wie sie beim Einbrennen von Polymerbeschichtungen von Aluminiumbehältern üblich und weiter unten beschrieben sind. Dies gestattet die Anwendung von Herstellungsverfahren, welche Bleche von geringerer Festigkeit hervorbringen als sie sonst für Bleche im walzharten Zustand erforderlich wären.

Nachdem die Legierung im Schmelzofen auf die gewünschte Zusammensetzung eingestellt ist, wird die Schmelze behandelt, um gelösten Wasserstoff und nichtmetallische Einschlüsse, welche das Gießen der Legierung sowie die Qualität des gefertigten Bleches beeinträchtigen würden, zu entfernen. Hierzu wird ein Gasgemisch aus Chlor und einem Inertgas wie Stickstoff oder Argon durch mindestens ein Einleitrohr aus Kohlenstoff geleitet, welches sich am Boden des Ofens befindet und eine Gasspülung der Schmelze gestattet. Das Gasgemisch wird in einem Blasenstrom während ungefähr 20 bis 40 min durch die geschmolzene Legierung geleitet, wobei die sich bildende Schlacke an die Oberfläche der Schmelze schwimmt und von dort mittels irgendeiner geeigneten Methode abgeschöpft wird. Der niedrige Magnesiumgehalt der erfindungsgemäßen Legierung führt zu weniger Schlacke und einem geringen Magnesiumabbrand als die Legierungen AA 5082, 5182 und andere konventionelle Deckellegierungen. Die abgeschöpfte Legierung wird sodann mittels eines Filterbettes aus feuerfestem Material, wie etwa Aluminiumoxid, von nichtmetallischen Einschlüssen befreit. Zum weiteren Entgasen der Legierung wird nochmals eine Gasmischung, wie sie oben beschrieben wurde, im Gegenstrom durch die Schmelze geleitet.

Unter konventionellem Bandgießen wird hier das Verfahren verstanden, bei welchem die geschmolzene Legierung durch eine lange, schmale Gießöffnung zwischen zwei nahe beieinanderliegende, angetriebene Walzen, Bänder oder raupenkettenartig angeordnete, gekühlte Kokillenbänder gegossen wird. Das Metall erstarrt im sich bewegenden Kokillenraum und wird eher zu einer dünnen Tafel als zu einem dicken Format vergossen. Das kontinuierliche Bandgießverfahren der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt mit der in den US-PS 35 70 586, 37 09 281, 37 74 670, 37 47 666 und 38 35 917 beschriebenen Gießvorrichtung durchgeführt.

Die zur Durchführung des vorliegenden Bandgießverfahrens verwendete Vorrichtung muß so konstruiert sein, daß das von der Gießmaschine herkommende Gußband nach dem Durchlaufen einer Hochtemperatur-Haltezone mit Gießgeschwindigkeit direkt einem Warmwalzwerk zugeführt werden kann.

Das vorliegende, konventionelle Bandgießverfahren kann durch die folgenden Schritte beschrieben werden:

a) kontinuierliches Vergießen der Legierung zu einem Band;
b) Warmwalzen des Gußbandes mit Gießgeschwindigkeit, vorzugsweise nachdem das Gußband nach Erstarrungsbeginn bei erhöhter Temperatur gehalten wurde;
c) Aufhaspeln des warmgewalzten Bandes und langsames Erkaltenlassen; und
d) Kaltwalzen des Bandes, gegebenenfalls unter Einschieben einer kurzzeitigen Zwischenglühung.

Im ersten Schritt wird die Zusammensetzung der Schmelze aus recyclisiertem Schrott wie vorgängig beschrieben angeglichen und anschließend auf einer Bandgießanlage mit fortlaufenden Kokillen derart zu einem Band vergossen, daß die Zellgröße bzw. der Dentritenarmabstand im Bereich der Gußbandoberfläche zwischen 2 und 25 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 15 µm, beträgt, und die Zellgröße bzw. der Dendritenabstand im Bereich der Gußbandmitte zwischen 20 und 120 µm, vorzugsweise zwischen 50 und 80 µm, liegt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird die Messung der Zellgröße als äquivalent zur Messung des Dendritenarmabstandes betrachtet. Die verhältnismäßig kleine Zellgröße im Gußband verbessert die späten Tiefzieheigenschaften. Die Zellgröße wird mittels standardisierter Verfahren der Metallographie gemessen. Die Zellgröße wird durch die Zeitdauer bestimmt, während der sich das erstarrende Gußband in einem Temperaturbereich zwischen der Liquidus- und der Solidustemperatur der Legierung aufhält, worauf später noch genauer eingegangen wird. Die in der US-PS 37 74 670 beschriebenen und im vorliegenden Verfahren bevorzugten Kokillen tragen ebenfalls zum Erreichen einer kleinen Zellgröße bei. Um die Gießwärme optimal zu nutzen und eine langsame Erstarrungsgeschwindigkeit zu erreichen, wird das Band zu einer Dicke von 10 bis 25 mm, vorzugsweise 12 bis 20 mm, vergossen. Es hat sich ebenfalls als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Breite des Gußbandes zwischen 500 und 2000 mm, vorzugsweise zwischen 800 und 1800 mm, zu halten.

Nach Erstarrungsbeginn wird das Gußband vorzugsweise während 2 bis 15 min bei einer Temperatur zwischen 400°C und der Liquidustemperatur der Legierung gehalten, welche etwa 600°C beträgt.

Des weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, das Gußband nach Erstarrungsbeginn während 10 bis 50 s bei einer Temperatur zwischen 500°C und der Liquidustemperatur der Legierung - d. h. die Temperatur, bei welcher die Legierung während des Abkühlens zu erstarren beginnt - zu halten. Das Halten des Gußbandes bei hoher Temperatur kann gegebenenfalls unter Zufuhr weiterer Wärme erfolgen. Das Halten bei hoher Temperatur erfolgt während der Zeit, in der sich das Gußband von der Gießmaschine zum Warmwalzwerk bewegt. Das Warmwalzwerk befindet sich in Linie mit der Gießmaschine in einem Abstand, der die oben beschriebenen Haltezeiten gewährleistet.

Durch die verhältnismäßig langsame Erstarrungsgeschwindigkeit, die beim vorliegenden Verfahren erreicht wird, können gußbedingte Schwankungen weitgehend vermieden werden, so daß die bei konventionellen Verfahren normalerweise durchgeführte Homogenisierungsglühung entfallen kann. Des weiteren ergibt sich eine optimale Verteilung der unlöslichen Heterogenitäten, was sich besonders günstig auf das spätere Kaltwalzen auswirkt. Die vom Gießen im Band enthaltene Wärme fördert diffusionskontrollierte Vorgänge im Gefüge, wie etwa die Einformung der Gußheterogenitäten, den Ausgleich der Mikroseigerungen (Kornseigerungen) und die Umwandlung von Ungleichgewichtsphasen in Gleichgewichtsphasen.

Beim Abkühlen vom schmelzflüssigen Zustand sind zwei verschiedene Temperaturbereiche von Bedeutung, nämlich

a) der Temperaturbereich zwischen Liquidus und Solidus, Δ T _LS, und
b) der Temperaturbereich Δ T _S,S-100 zwischen Solidus und einer Temperatur von ca. 100°C unter dem Solidus.

Die Aufenthaltsdauer im Bereich Δ T _LS steuert den mittleren Sekundärdendritenarmabstand bzw. die Zellgröße. Andererseits steuert die Aufenthaltsdauer im Bereich Δ T _S,S-100 diverse Umwandlung im Gußgefüge, wie sie oben beschrieben wurden.

In der folgenden Tabelle IV sind die entsprechenden Zeitabstände aus den gemessenen Zellgrößen grob abgeschätzt.

Tabelle IV

Gemäß Tabelle IV befindet sich das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Gußband wesentlich länger in einem Temperaturbereich, wo diffusionsgesteuerte Umwandlungen möglich sind, als konventioneller Strangguß oder mittels Gießwalzen hergestellter Bandguß. Daher sind in einem derartigen Bandgußgefüge die betreffenden Umwandlungen weiter fortgeschritten als im konventionellen Stranggußgefüge bzw. im Gießwalzen-Bandgußgefüge. Im Vergleich zu Gießwalz- oder Stranggußprodukten hat das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gußband eine stärkere Homogenisierung des Gefüges erhalten.

Die Diffusionsvorgänge, die zu den genannten Umwandlungen führen, sind über den Boltzmann-Faktor

von der Temperatur T abhängig, wobei die Aktivierungsenergie E bei 150 bis 170 kJ/g · mol (35 bis 40 kcal/g · mol) liegt und R die universelle Gaskonstante ist. Demnach verzehnfacht sich die Geschwindigkeit der Umwandlung bei der Temperatur T _S im Vergleich zur Temperatur T _S,S-100.

Speziell an der Gußbandoberfläche dürften die diffusionsgesteuerten Ausgleichsvorgänge besonders weit fortgeschritten sein, da diese Vorgänge wegen der geringen Diffusionswege umso schneller ablaufen, je feinzelliger der Guß erstarrt. Dies zeichnet den feinzelligen, erfindungsgemäß hergetellten Bandguß gegenüber grobzelligerem Guß, wie er bei anderen Bandgießverfahren entsteht, aus.

Nach dem Gießen und dem Halten bei hoher Temperatur wird das Gußband kontinuierlich mit Gießgeschwindigkeit um mindestens 70% warm abgewalzt, gegebenenfalls unter Zufuhr weiterer Wärme. Die Warmwalz-Starttemperatur liegt dabei zwischen 300°C und der Ungleichgewicht-Solidustemperatur, vorzugsweise zwischen der Ungleichgewicht-Solidustempertur und einer Temperatur von 150°C unter der Ungleichgewicht-Solidustemperatur, und die Temperatur am Walzende beträgt mindestens 280°C.

Erst ein Warmumformgrad von mindestens 70% bei möglichst hoher Starttemperatur gewährleistet dieselben günstigen Eigenschaften des Bandes, wie sie mit konventionellen Verfahren erzielt werden.

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Warmwalz-Starttemperatur mindestens 440°C, vorzugsweise mindestens 490°C, und die Temperatur am Walzende mindestens 280°C, vorzugsweise mindestens 300°C, beträgt.

Nach dem Warmwalzen des Gußbandes wird dieses warm aufgehaspelt und an ruhiger Luft bei Raumtemperatur erkalten gelassen. Die in den warm aufgehaspelten Bändern gespeicherte Wärme erlaubt das Ausscheiden der langsam ausscheidenden, intermetallischen Phasen und bewirkt gleichzeitig eine gewisse, für das nachfolgende Kaltwalzen günstige Entfestigung. Es wurden auch Anzeichen für eine - wenn auch geringe - in diesem Verfahrensstand ablaufende Rekristallisation gefunden, die sich durch Abbau der Walztextur insbesondere auf die Reduktion der Zipfelbildung in 45° zur Walzrichtung bei Verarbeitung der Bänder zu Dosen günstig auswirkt.

Nach dem Erkalten wird das Band kalt auf Enddicke gewalzt, vorzugsweise auf 0,26 bis 0,34 mm für Dosendeckel bzw. -körper.

Das Band kann auch in einer ersten Serie von Stichen mit einer Dickenreduktion von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 65%, kalt auf eine Zwischendicke gewalzt werden. Es hat sich nun als besonders vorteilhaft herausgestellt, nach dieser ersten Serie von Kaltwalzstichen eine Zwischenglühung einzuschalten. Zwischenglühung bedeutet eine Wärmebehandlung oberhalb der Rekristallisationstemperatur der Legierung, welche den Abbau bevorzugter Kornorientierungen, welche von der Warmumformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur herrühren, bewirkt. Nach der Zwischenglühung wird das Band durch Kaltwalzen kaltverfestigt. Unter Kaltverfestigung wird die Festigkeitserhöhung einer Legierung in Abhängigkeit vom Betrag der Kaltumformung verstanden, welche auf das Metall ausgeübt wird. Im Vergleich zu konventionellem Dosendeckelmaterial zeigt die Legierung der vorliegenden Erfindung eine niedrigere Kaltverfestigungsrate, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Dies bedeutet, daß zum Erreichen der Enddicke weniger Stiche notwendig sind bzw. die gleiche Anzahl von Stichen bei höherer Geschwindigkeit oder größerer Bandbreite erfolgen können. Ebenso führt die vorliegende Legierung im Vergleich zu konventionellen Deckellegierungen zu weniger Unebenheiten und zu weniger Kantenrissen. Überdies ist die Kaltverfestigungsrate der vorliegenden Legierung durchaus vergleichbar mit derjenigen der konventionellen Dosenkörperlegierung AA 3004, was zeigt, daß eine genügende Festigkeit für Dosenband ohne übermäßige Kaltverformung erreicht werden kann.

Bei der Herstellung von für die Fertigung von tiefgezogen und abgestreckten Dosenkörpern geeignetem Band beträgt die Kaltverformung nach der Zwischenglühung maximal 75%, vorzugsweise 40 bis 60%.

Es sei hier daran erinnert, daß ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Identität von Legierungszusammensetzung und Herstellungsverfahren sowohl für Dosenkörper wie auch für Dosendeckel liegt, bis auf das unterschiedliche Vorgehen beim Kaltwalzen, da für Deckel härteres Bandmaterial gefordert wird.

Die Zwischenglühung wird in einem Temperaturbereich zwischen 350 und 500°C während einer Zeitdauer von maximal 90 s durchgeführt, einschließlich Aufheiz-, Halte- und Abkühlzeit. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Aufheizzeit auf die Wärmebehandlungstemperatur auf maximal 30 s, vorzugsweise auf 4 bis 15 s, zu beschränken. Ebenso hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, das Band nach dem Zwischenglühen innerhalb von maximal 25 s, vorzugsweise innerhalb von 3 bis 15 s, auf Raumtemperatur abzukühlen.

Als Folge dieser kurzzeitigen Zwischenglühung wird - im Gegensatz zu normalen Zwischenglühungen mit langsamer Aufheiz- und Abkühlzeit sowie langer Glühdauer - die Walztextur im kaltgewalzten Band in stärkerem Ausmaß abgebaut, dabei aber die Festigkeit in geringerem Maße gesenkt. Demzufolge führt die zweite Kaltwalzserie, die durch Kaltverfestigung die gewünschte Endfestigkeit des Bandes erzeugen soll, zu einer weniger ausgeprägten Walztextur und kann außerdem mit einem reduzierten Kaltverformungsgrad durchgeführt werden, was den Aufbau der Walztextur im auf Enddicke abgewalzten Band nochmals verringert. Eine geringere Walztextur hat kleinere Zipfel in 45° zur Walzrichtung zur Folge.

Zeit und Temperatur für die Zwischenglühung hängen innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches etwa nach einer Gleichung vom Typus ln t A/ _T - C von einander ab, wobei t die Zeit in s, T die Temperatur in °K, und A und C Konstanten sind; d. h. bei höheren Temperaturen sind entsprechend geringere Behandlungszeiten erforderlich.

Das folgende Stichprogramm für das Kaltwalzen hat sich bei der Herstellung von Dosenband für tiefgezogen und abgestreckte Dosenkörper als vorteilhaft erwiesen:

Das aufgehaspelte Band wird von 3,0 mm auf 0,34 mm - d. h. um 89% - kaltgewalzt, vorzugsweise in einem Durchlauf durch mindestens ein mehrgerüstiges Tandem-Walzwerk. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Band in mehreren Stichen mit der Stichfolge 3,0 mm → 1,30 mm → 0,66 mm → 0,34 mm auf einem eingerüstigem Walzwerk abzuwalzen. Eine Glühung zwischen Kaltwalzstichen wird als Zwischenglühung bezeichnet und wird, falls erforderlich, wie oben beschrieben ausgeführt. Eine Zwischenglühung kann sich als notwendig erweisen, wenn zwischen zwei Stichen Risse auftreten oder auch um die Kaltwalzeigenschaften des fertiggewalzten Bandes zu verändern. Wird ein eingerüstiges Walzwerk verwendet, so wird die Zwischenglühung vorzugsweise vor der letzten Stichabnahme durchgeführt. Bei Durchführung einer Zwischenglühung beträgt die letzte Stichabnahme vorzugsweise 40 bis 60%. Eine derartige Zwischenglühung vor dem letzten Kaltwalzstich wirkt sich vorteilhaft auf die Abnahme der Zipfelbildung während dem Tiefziehen und Abstrecken aus. Um die erforderliche Kaltverformung entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Kaltverfestigungsrate zu erreichen, kann auch eine Kombination von ein- und mehrgerüstigen Walzwerken verwendet werden.

Durch Besäumen und Schneiden auf die gewünschte Breite wird das Band fertigbearbeitet. Das derart gefertigte Blech hat eine 0,2%-Streckgrenze von 250 bis 310 MPa, vorzugsweise 270 bis 290 MPa, und eine Bruchdehnung (ASTM) von 1 bis 8%, vorzugsweise 2 bis 3%.

Das folgende Stichprogramm für das Kaltwalzen hat sich bei der Herstellung von Deckelband mit einer zur Herstellung von Dosendeckeln genügenden Festigkeit und Flexibilität als vorteilhaft erwiesen: Warmwalzband von 3,0 mm Dicke wird in einem Durchlauf durch ein mehrgerüstiges Tandem-Walzwerk mit einer Reduktion von 91% auf 0,26 mm kaltgewalzt. Die Reduktion sollte zwischen 60 und 95% liegen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Band in 4 Stichen mit der Stichfolge 3,0 mm → 1,30 mm → 0,66 mm → 0,34 mm → 0,26 mm auf einem eingerüstigen Walzwerk kalt abzuwalzen. Eine Zwischenglühung ist nicht notwendig. Durch Besäumen und Schneiden auf die gewünschte Breite wird das Blech fertigbearbeitet. Das Stichprogramm des Kaltwalzens für Deckelband führt zu folgenden mechanischen Eigenschaften im gewalzten Zustand: 0,2%-Streckgrenze von 310 bis 370 MPa, vorzugsweise 320 bis 360 MPa; Zugfestigkeit von 320 bis 380 MPa, vorzugsweise 340 bis 350 MPa; und Bruchdehnung (ASTM) von 1 bis 5%, vorzugsweise 1 bis 3%.

Die oben beschriebenen Verfahrensschritte für Dosen- und Deckelband sind für die Herstellung von entsprechend kaltverfestigtem Blech ausgelegt, und zwar auf der Überlegung basierend, daß Dosenband eine minimale 0,2% Streckgrenze von 240 MPa und Deckelband im walzharten Zustand eine minimale 0,2%- Streckgrenze von 300 MPa aufweisen sollte.

Die beschriebenen Verfahrensschritte können selbstverständlich abgeändert werden, um andere Zustände zu erhalten, wie z. B. weichgeglüht, kaltverfestigt und teilweise geglüht, kaltverfestigt und stabilisiert, lösungsgeglüht, ausgelagert und entfestigt. Wird die vorliegende Legierung in derartigen Zuständen hergestellt, so kann sie auch zur Herstellung von Verschlüssen und Behältern wie Sardinenbüchsen, Fleischkonservendosen, Behälter für Fertiggerichte, Ölbüchsen, Filmdosen sowie andern Behältern und Verschlüssen sowohl für eßbare wie auch für nicht-eßbare Füllgüter verwendet werden. Diese Behälter können natürlich auch durch andere als die weiter unten beschriebenen Verfahren hergestellt werden, wie etwa durch Tiefziehen in einem oder mehreren Schritten oder durch Hohlprägen.

Das nachstehende Beispiel veranschaulicht das vorliegende Verfahren, wenn eine konventionelle Zwischenglühung durchgeführt wird:

Beispiel 1

Eine Legierung "A" gemäß der vorliegenden Erfindung, bestehend aus 1,86% Magnesium, 0,66% Mangan, 0,04% Kupfer, 0,23% Silizium und 0,39% Eisen sowie eine AA3004-Dosenlegierung "B" bestehend aus 0,9% Magnesium, 0,96% Mangan, 0,09% Kupfer, 0,18% Silizium und 0,58% Eisen wurden mittels einer Bandgießmaschine zu 20 mm dicken Bändern vergossen, in Linie mit der Bandgießmaschine in zwei Stichen warmgewalzt und die Bänder anschließend warm aufgehaspelt. Die erste Stichabnahme von 20 mm auf 6 mm wurde bei einer Temperatur von 550 bis 420°C durchgeführt, die zweite Stichabnahme erfolgte von 6 mm auf 3 mm bei 360 bis 320°C.

Das anschließende Kaltwalzen erfolgte für das Band A von 3 mm auf 0,60 mm für das Band B von 3 mm auf 1,15 mm. Nach einer Zwischenglühung von 1 h bei 420°C wurden A und B weiter auf 0,34 mm kaltgewalzt.

Das Kaltwalzprogramm wurde für A und B so gewählt, daß sich an beiden Bändern bei gleicher Endstärke von 0,34 mm dieselben Festigkeitswerte ergaben. Nach dem Walzen auf Endstärke zeigte das Band A eine 0,2%-Streckgrenze von 261 MPa und 1,6% Zipfel und Band B eine 0,2%-Streckgrenze von 261 MPa und 3,0% Zipfel.

Das folgende Beispiel zeigt, daß die vorliegende Legierung mit der Zwischenglühung gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer konventionellen Dosenlegierung mit einer konventionellen Zwischenglühung trotz höherer Festigkeit eine kleinere Zipfelbildung aufweist.

Beispiel 2

Die im Beispiel 1 erwähnten Legierungen A und B wurden - wie in Beispiel 1 beschrieben - zu Warmwalzbändern von 3 mm Dicke verarbeitet. Zu diesem Zeitpunkt zeigten Bänder vergleichbare Festigkeitswerte. Das Band B wurde anschließend von 3 mm auf 1,05 mm und das Band A von 3 mm auf 0,65 mm kaltgewalzt, wobei nach Einschieben einer Zwischenglühung bei 425°C sowohl A als auch B weiter auf 0,34 mm kaltgewalzt wurden.

Die Zwischenglühung erfolgte auf zwei verschiedene Arten, nämlich

a) konventionell mit 1 h bei 425°C, wobei die Aufheizzeit ca. 10 h, die Abkühldauer ca. 3 h betrug;
b) durch die erfindungsgemäße Kurzzeitwärmebehandlung, d. h. 10 s Glühdauer bei 425°C, wobei die Aufheiz- und Abkühlzeit je 15 s betrugen.

Die beiden Behandlungen a) und b) führten zu einer vollständigen Rekristallisation in den Bändern. Es wurden die nachstehenden Festigkeits- und Zipfelwerte gemessen.

Tabelle V

Aus Tabelle V geht deutlich hervor, daß durch die vorliegende Kurzzeitwärmebehandlung gegenüber der konventionellen Zwischenglühung trotz höherer Festigkeit die Zipfelbildung vermindert wird.

Wird das Stichprogramm zum Kaltwalzen so gewählt, daß nach der vorliegenden Kurzzeitwärmebehandlung die gleiche Endfestigkeit resultiert wie nach der konventionellen Zwischenglühung, so wird die Reduktion der Zipfelbildung bei Durchführung der vorliegenden Kurzzeitwärmebehandlung noch augenfälliger, wie dies aus Beispiel 1 hervorgeht.

Beispiel 3

Aus der Legierung A von Beispiel 1 wurde - wie in Beispiel 1 ausgeführt - mittels einer Bandgießmaschine ein Warmwalzband von 3 mm Dicke hergestellt.

Nach dem Kaltwalzen von 3 auf 0,65 mm wurden drei verschiedene Zwischenglühbehandlungen durchgeführt, und anschließend jede Variante mit einem Kaltwalzgrad von 85% auf Endstärke gewalzt. Als Festigkeitswerte wurden 335 MPa für die 0,2%-Streckgrenze und 340 MPa für die Zugfestigkeit bestimmt.

Anschließend wurde - zur Simulierung einer Einbrennlackierung - eine Teilentfestigung bei 190°C während 8 min durchgeführt. Der Festigkeitsabfall nach dieser Teilentfestigung ist in Tabelle VI der jeweiligen Zwischenglühbehandlung gegenübergestellt.

Tabelle VI

Aus Tabelle VI geht hervor, daß die vorliegenden Kurzzeitwärmebehandlungen von 20 s bei 350°C und 20 s bei 425°C gegenüber der konventionellen Zwischenglühung von 1 h bei 425°C bei der späteren Teilentfestigung einen kleineren Festigkeitsverlust zur Folge haben.

Das nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellte Dosenband wird zu einteiligen, tiefgezogenen Dosenkörpern geformt. Dazu werden aus dem Blech Ronden geschnitten, welche über einen Stempel durch eine Matrize gezogen und so zu Näpfchen geformt werden. Der Rand eines derart geformten Näpfchens liegt vorzugsweise in einer kreisförmigen Ebene. Der Betrag, um welchen der Rand von dieser Ebene abweicht, wird als Zipfelbildung bezeichnet. Die vorliegende Legierung führt bei einem ersten Tiefzug von 32 bis 40% zu einer bis zu 50% geringeren Zipfelbildung in 45° zur Walzrichtung als AA3004-Dosenband. Wie aus obiger Tabelle V hervorgeht, können mit der vorliegenden Legierung mit Leichtigkeit Werte für die Zipfelbildung von 2% und weniger erreicht werden. Die prozentuale Angabe für das Tiefziehen wird derart berechnet, daß man vom Durchmesser der Ronde den Durchmesser des Napfes subtrahiert und durch den Durchmesser der Ronde dividiert. Die tiefgezogenen Näpfe werden dann weitergezogen und abgestreckt in einem Tiefzieh- und Abstreckverfahren, wo der Napf durch eine Reihe von Ziehringen mit kreisrunden Bohrungen abnehmender Radien gedrückt wird. Die Ziehringe haben einen Abstreckeffekt zur Folge, durch welchen die Seitenwand der Dose durch Verringerung der Wanddicke verlängert wird. Auf diese Weise können Dosenkörper hergestellt werden, deren Seitenwand dünner ist als der Boden. Wenn das zu verformende Metall zu weich ist, kann es an den Arbeitsflächen der Abstreck-Ziehringe haften bleiben und so den Tiefzieh- und Abstreckvorgang stören, was zu Materialfehlern und zu Unterbrechungen des Fabrikationsprozesses führt. Die vorliegende Legierung zeigt diesen Effekt in kleinerem Maße als konventionelle Dosenbandlegierungen und führt demzufolge auch zu einem geringeren Werkzeugverschleiß.

Bei der Herstellung von Dosendeckeln wird das Deckelband ausgeebnet, gereinigt, mit einer Konversionsschicht versehen und - sofern gewünscht - grundiert. Anschließend wird das Deckelband in der weiter unten beschriebenen Weise beschichtet. Das beschichtete Deckelband wird sodann einer Presse zugeführt, wo die Deckel als tiefgezogene und mit einem Flansch versehene Schalen vorgeformt werden. Die Schale wird dann zur Bildung eines leicht zu öffnenden Deckels einer Konversionspresse zugeführt, wo der Deckel geritzt und eine Integralniete geformt wird. Ein Aufreißring kann in einer entsprechenden Presse in einem getrennten Arbeitsgang hergestellt und zur Vernietung mit dem Deckel der Konversionspresse zugeführt werden. Der Aufreißring kann aber auch in der Konversionspresse aus einem separaten Band hergestellt und die Aufreißringe und die Deckel in derselben Konversionspresse geformt und verbunden werden. Aufreißringe werden häufig aus einer anderen Legierung hergestellt als die Dosendeckel. Das Umformvermögen der vorliegenden Legierung gestattet jedoch auch die Herstellung von Aufreißringen. Eine weitere Beschreibung der Herstellung von Dosen, Deckeln und Aufreißringen findet man in der US-PS 37 87 248 (Setzer et al.) sowie in der US-PS 38 88 199.

Üblicherweise werden sowohl das Deckelband wie auch die tiefgezogen und abgestreckten Dosenkörper mit einer Polymerschicht überzogen, um einen direkten Kontakt zwischen dem Behälter und dem Füllgut zu vermeiden. Ein typischer Überzug besteht aus einem Epoxy- bzw. Vinylpolymer, welches als Pulveremulsion oder mittels eines Lösungsmittels aufgebracht und anschließend zu einer widerstandsfähigen Schutzschicht eingebrannt wird. Der Überzug wird bei erhöhter Temperatur - üblicherweise während etwa 5 bis 20 s bei 175 bis 220°C - eingebrannt. Bei dieser Wärmebehandlung tritt bei den meisten Aluminiumlegierungen eine Erweichung ein. In Fig. 3 sind die mechanischen Werte der vorliegenden Legierung und der Legierung AA 5082 mit einem Kaltverformungsgrad von 85% nach einer Erweichungszeit von 4 min dargestellt. Die Kurven sind für alle geprüften Erweichungszeiten ähnlich. Die Zugfestigkeit der vorliegenden Legierung fällt bei einer Temperatur von 190°C von 340 MPa auf 330 MPa, während die Zugfestigkeit von beschichtetem AA 5082-Deckelband von 400 MPa auf 370 MPa fällt. Für die 0,2%- Streckgrenzen bedeutet die Wärmebehandlung bei der vorliegenden Legierung einen Abfall zwischen 29 und 33 MPa, bei der Legierung AA 5082 zwischen 30 und 35 MPa. In einem anderen Test wurde für die Legierung 5182 und für die vorliegende Legierung der Festigkeitsabfall nach einer Wärmebehandlung von 8 min bei 190°C bestimmt. Die 0,2%-Streckgrenze zeigte einen Abfall von 340 auf 305 MPa für die vorliegende Legierung und einen Abfall von 360 auf 290 MPa für die Legierung AA 5182.

Diese Zahlenwerte zeigen, daß die für Aluminiumbehälter üblichen Einbrenntemperaturen und Einbrennzeiten konventionelles Deckelband in einem größeren Ausmaß schwächen als Deckelband aus der vorliegenden Legierung. Demzufolge kann die vorliegende Legierung auf eine kleinere Festigkeit gewalzt werden als andere Legierungen und trotzdem im Endprodukt genügend Festigkeit aufweisen. Die Dehnungskurven weisen daraufhin, daß die Dehnung der vorliegenden Legierung im Vergleich zur Legierung AA 5082 bei gegebenem Einbrennprozeß stärker zunimmt und somit die vorliegende Legierung gegenüber anderen Legierungen bei gegebenem Einbrennprozeß auch eine stärkere Zunahme der Umformbarkeit aufweist.

Die Verwendung der Legierungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt bei der Herstellung des Bandmaterials sowie bei der Fertigung von Dosenteilen aus diesem Bandmaterial unter anderem die folgenden Vorteile:

(1) kleinerer Energiebedarf bei den Warm- und Kaltwalzoperationen sowie verbessertes Verhalten bei thermischer Behandlung im Vergleich zu konventionellen Deckellegierungen;
(2) verbessertes Handling in einem Walzwerk als Folge einer Anzahl von Fabrikationsschritten, welche für Dosen- und Deckelband identisch sind;
(3) verbesserter Handling inbezug auf Legierungsaufbereitung und Gießverfahren als Folge der für Dosen- und Deckelband einheitlichen Legierungszusammensetzung; und
(4) die nachfolgende Fertigung sämtlicher Teile einer Dose aus Bandmaterial ein und derselben Legierungszusammensetzung.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines zur Fertigung von tiefgezogenen und abgestreckten Dosenkörpern sowie Deckeln geeigneten Halbzeug-Bandes aus einer gegossenen Legierung des Typs AlMgMn unter Einschluß von Warmwalzen mit einer unteren Grenze der Warmwalz- Starttemperatur von 300°C und einer Dickenreduzierung um mindestens 70% sowie unter Einschluß eines Kaltwalzens des Warmbandes auf Enddicke, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Legierung für Dosenkörper und Dosendeckel als wesentliche Bestandteile 0,4 bis 1,0% Mangan und 1,3 bis 2,5% Magnesium enthält, wobei der Gesamtgehalt an Magnesium und Mangan zwischen 2,0 und 3,3% beträgt und das Verhältnis von Magnesium zu Mangan zwischen 1,4 : 1 und 4,4 : 1 liegt,
b) die Metallschmelze kontinuierlich mittels einer Bandgießmaschine zum Band vergossen wird, wobei die Zellgröße bzw. der Dentritenarmabstand im Bereich der Oberfläche des entstehenden Gußbandes zwischen 2 und 25 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 15 µm, und im Bereich der Gußbandmitte zwischen 20 und 120 µm, vorzugsweise zwischen 50 und 80 µm, liegt
c) das Gußband nach Erstarrungsbeginn während 10 bis 50 s auf einer Temperatur zwischen 500°C und der Liquiditätstemperatur der Legierung sowie während 2 bis 15 min auf einer Temperatur zwischen 400°C und jener Liquidustemperatur gehalten wird,
d) das Gußband kontinuierlich mit Gießgeschwindigkeit der Warmwalzeinrichtung zugeführt wird, wobei die Warmwalz-Starttemperatur nach oben hin durch die Ungleichgewicht-Solidustemperatur der Legierung begrenzt wird, sowie die Temperatur am Walzende mindestens 280°C beträgt,
e) das Warmwalzband nach dem Warmwalzen warm aufgehaspelt und vor dem Kaltwalzen an ruhiger Luft auf etwa Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zu einem Gußband der Dicke 10 bis 25 mm, vorzugsweise 12 bis 20 mm, vergossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenze der Warmwalz- Starttemperatur mindestens 440°C, vorzugsweise mindestens 490°C, beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltwalzen auf Enddicke derart durchgeführt wird, daß
das Warmwalzband in einer ersten Stichserie auf eine Zwischendicke kaltgewalzt wird,
das auf Zwischendicke kaltgewalzte Band einer kurzzeitigen Zwischenglühung bei einer Temperatur zwischen 350° und 500°C während einer maximalen, aus Aufheiz-, Glüh- und Abkühlzeit zusammengesetzten Zeitdauer von 90 s unterworfen wird, wonach
das kurzzeitig geglühte Band auf Enddicke kaltgewalzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwalzband auf Zwischendicke mit einer Dickenreduktion von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 65% kaltgewalzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kurzzeitig geglühte Band auf Enddicke mit einer Dickenreduktion von maximal 75%, vorzugsweise 40 bis 60%, kaltgewalzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizzeit zur kurzzeitigen Zwischenglühung maximal 30 s beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Abkühlzeit auf etwa Raumtemperatur nach der kurzzeitigen Zwischenglühung von maximal 25 s.