DE2909418A1

DE2909418A1 - Verfahren zur herstellung von mit aluminium oder aluminiumlegierungen plattierten stahlblechen oder stahlbaendern

Info

Publication number: DE2909418A1
Application number: DE19792909418
Authority: DE
Inventors: Yoji Ishida; Seiji Shibamori
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2909418B2; DE2909418C3; US4202709A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattierten Stahlblechen oder Stahlbändern. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren, mit dem es gelingt, leicht und mit hoher Produktivität mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattierte Stahlbleche oder Stahlbänder herzustellen, die die gleiche Korrosionsbeständigkeit wie Aluminium oder die Aluminiumlegierung, die gleiche Festigkeit wie Stahlblech und die gleichen mechanischen Eigenschaften und die gleiche Formbarkeit wie Tiefziehstahlblech bei ausgezeichneter Haftung der plattier-

15 ten Schichten besitzen.

In der Praxis werden bereits aluminierte Stahlbleche verwendet, die im allgemeinen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit besitzen und die man dadurch erhält, daß man Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (nachfolgend gemeinsam als "Aluminium" bezeichnet) durch Schmelztauchen oder Heißtauchen auf ein Stahlblech aufbringt. Wegen der Verformbarkeit des Materials, wie der Biegsamkeit und des Tiefziehverhaltens etc., muß der Aluminium-

25 überzug des aluminierten Stahlbleches dünn sein, das

heißt eine Dicke von 40 μΐη oder weniger aufweisen. Dieser Überzug besitzt jedoch im allgemeinen Oberflächenfehler, wie feinste Löcher. Wegen dieser Fehler, wie der feinsten Löcher in der Oberfläche, ist es kaum möglich, ein ausreichendes Maß der Korrosionsbeständigkeit mit aluminierten Stahlblechen zu erreichen.

Es ist andererseits bekannt, daß Aluminium-Stahl-Verbundbleche, die man durch Vereinigen der Oberfläche des Stahls mit Aluminium erhält, eine hohe Korrosions-

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beständigkeit besitzen und auch eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Dieser Verbundwerkstoff wird in herkömmlicher Weise durch Explosionsplattierung oder durch ein anderes Plattierverfahren hergestellt.

Bei der Explosionsplattierung wird der Explosionsdruck dazu verwendet, die Preßverbindung zu bewirken. Diese Methode macht hohe Herstellungskosten erforderlich und ist für eine Massenproduktion nicht geeignet.

Das Plattierverfahren umfaßt eine Methode, gemäß der ein Kaltwalzvorgang nach dem Plattieren durchgeführt wird, und ein Verfahren, bei dem ein Heißwalzvorgang unter Erhitzen nach dem Plattieren durchgeführt wird.

Im Fall des Kaltwalzens muß zur Erzielung einer guten Verbindungswirkung der Prozentsatz der Querschnittsverminderung (draft reduction percentage) des Walzvorgangs auf mindestens 70% eingestellt werden. Dies macht kräftige Walzstraßen und daher große Fabrikeinrichtungen erforderlich. Da das Material stark durchgearbeitet wird, neigt das Material zu einer Kaltverfestigung, wodurch es erschwert wird, als Oberflächenmaterial ein dünnes Aluminiumblech und als Kernmaterial

25 ein dünnes Stahlblech zu verwenden.

Wenn andererseits nach dem Plattieren ein Heißwalzvorgang durchgeführt wird, genügt eine prozentuale Querschnitts verminderung von 15 bis 55%, um eine gute Verbindungswirkung zu erreichen. Bei diesem Verfahren ist es jedoch schwierig, das Plattierverhalten zu steuern, da das Aluminium sich schneller dehnt als Stahl. Zur Erzielung einer perfekten Verbindung muß die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden, um die Hochtemperaturoxidation des Aluminiums und des Stahls zu verhindern. Dies führt zu höheren

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Vorrichtungs- und Betriebskosten im Vergleich zu dem no rma1en Warmwa1ζ en.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit daring, ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung plattiertem Stahlblech anzugeben, das eine ausgezeichnete Festigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Biegeeigenschaften besitzt und als Baumaterial, als Straßenbaumaterial, beispielsweise für Verkehrsschilder, Leitplan-10

ken etc., und als Material für die Herstellung von Fahrzeugen etc. verwendet werden kann.

Es wurde nunmehr gefunden, daß man aluminiumplattiertes Stahlblech mit sowohl den ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften des

1 5 Stahlblechs als auch der guten Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums bilden kann, indem man eine ausreichende Bindung zwischen diesen beiden Blechen bei einem niedrigen Prozentsatz der Querschnittsverminderung bewirkt, ohne daß es erforderlich ist, unter bestitimrten Bedingungen eine Wärmebehandlung durchzuführen, die eine redu-

20 zierende Atmosphäre erforderlich macht, wie es bei den herkömmlichen Verfahren notwendig ist. Dabei kann bei einer geringen Querschnittsverminderung während des Walzvorgangs eine ausreichende Bindung ohne Beeinträchtigung der ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und der Formbarkeit des Stahlblechs erreicht werden, so daß die Alumi-

niumschicht des aluminiumplattierten Stahlblechs sich höchstens

dann ablöst, wenn beim Tiefziehen ein Bruch des Materials erfolgt.

Die oben gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung von aluminiumplattier-

3Q tem Stahlblech gelöst, gemäß dem ein durch Schmelztauchbeschichten mit Aluminium aluminiertes Stahlblech auf eine Temperatur von 100 bis 55O⁰C erhitzt wird? eine oder beide Seiten des aluminierten Stahlblechs mit einem oder mehreren Aluminiumblechen mit Raumtemperatur, deren Plattierungsoberflache gereinigt worden ist, bedeckt werden; und die übereinandergelegten Bleche einem Walzvorgang unterworfen werden, der mit einer prozentualen Querschnittsverminderung von

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10 bis 40% durchgeführt wird, um das Aluminium durch Walzplattieren mit dem Stahl zu verbinden.

Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 4. Die UnteranSprüche 2, 3, 5 und 6 betreffen bevorzugte Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache und wirtschaftliche Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech. Bei diesem Verfahren wird ein aluminiertes Stahlblech, das man durch Aufbringen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Schmelztauchen oder Heißtauchen auf

15 ein Stahlblech erhält, auf eine Temperatur von

lOObis 55O°C erhitzt. Anschließend wird ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dessen Verbindungsoberfläche gereinigt ist und das Raumtemperatur aufweist, auf eine Seite oder auf beide Seiten des aluminierten Stahlblechs aufgelegt. Die übereinandergelegten Bleche werden dann bei einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% gewalzt, um das oder die Bleche aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung mit dem aluminierten Stahlblech zu verbinden. Dann werden die walzplattierten Bleche gewünschtenfalls entweder einem Fertigwalzvorgang und/oder einer Weichglühbehandlung unterworfen. In dieser Weise erhält man mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattierte Stahlbleche mit ausgezeichneter Festigkeit, hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Biegsamkeit bzw. Verformbarkeit.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Schmelztauchbeschichtung mit Aluminium unter Anwendung üblicher Aluminiumschmelztauchverfahren durchgeführt werden. Das Reinigen der Plattierungsoberflache des auf das aluminierte Stahlblech aufzubringenden

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Aluminiumbleches kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man die Verbindungsfläche mit einer Drahtbürste poliert, daß man sie mit einer Salpetersäurelösung oder dergleichen einer sauren Behandlung unterwirft oder daß man sie einer alkalischen Behandlung unter Verwendung einer Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von einigen Prozent etc» unterzieht. Diese Reinigungsbehandlung ist jedoch nicht erforderlich, wenn die Walzplattierungsoberfläche des Aluminiumbleches keine Substanzen aufnimmt, die die Verbindung beeinträchtigen wurden. Der Walzvorgang, der unter einer prozentualen Querschnittsverminderung bzw, Dickenverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird, wird vorzugsweise in einem Vorgang durchgeführt, unmittelbar nachdem man das Raumtemperatur (nicht mehr als 50⁰C) aufweisende Aluminiumblech mit gereinigter Verbindungsfläche auf das aluminierte Stahlblech aufgelegt hat. Erforderlichenfalls kann man das durch Walzplattieren mit dem Aluminiumblech verbundene aluminierte Stahlblech einem Fertigwalzvorgang durch Kaltwalzen unterwerfen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Raumtemperatur aufweisende Aluminiumblech auf das auf eine Temperatur von 100 bis 55O°C erhitzte aluminierte Stahlblech aufgebracht. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß dann, wenn das aluminierte Stahlblech auf eine Temperatur von weniger als 100°C erhitzt würde, die hohe prozentuale Querschnittsverminderung angewandt werden müßte, wie sie bei dem herkömmlichen Verfahren des Walzplattierens durch Kaltwalzen notwendig ist. Wenn das aluminierte Stahlblech andererseits auf eine Temperatur von mehr als 55O°C erhitzt wird, erfolgt die Oxidation an der Oberfläche des aluminierten Stahlbleches in einem solchen Ausmaß, daß durch den Walzvorgang keine ausreichende Verbindung der Bleche

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miteinander erreicht werden kann.

Auf der anderen Seite wird das Aluminiumblech mit einer Temperatur von Raumtemperatur bis zu nicht mehr als 5O°C auf das erhitzte aluminierte Stahlblech aufgebracht. Dies erfolgt mit dem Zweck, den Formänderungswiderstand des Aluminiumblechs weitgehend dem des aluminierten Stahlblechs anzunähern, um die Walzverbindung zu erleichtern und dabei gute Ergebnisse zu erzielen.

Der Grund für die Durchführung des Walzverbindungsverfahrens bei einer prozentualen QuerSchnittsverminderung von 10 bis 40% unter Auflegen eines Aluminiumblechs mit Raumtemperatur auf ein erhitztes aluminiertes Stahlblech ist darin zu sehen, daß bei Anwendung einer prozentualen Querschnittsverminderung von weniger als 10% eine ausreichende Walzverbindung kaum erreicht werden kann. Wenn der Prozentsatz der Querschnittsverminderung mehr als 40% beträgt, wird es erforderlich, kräftige Walzwerke zu verwenden, wobei selbst dann, wenn das Walzen mit einer derart hohen prozentualen Querschnittsverminderung die Verbindung der Bleche nicht beeinträchtigen würde, sich erhebliche Vorrichtungs- und Betriebskosten ergeben, was unwirtschaftlich ist.

Das in dieser Weise erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech kann erforderlichenfalls durch einen Fertig-Kaltwalzvorgang auf die gewünschte Dicke gebracht werden.

30 .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als kontinuierliches Walzverbindungsverfahren angewandt werden, bei dem ein erhitztes aluminiertes Stahlband mit einem darauf aufgelegten Aluminiumband, dessen Verbindungsoberfläche gereinigt worden ist, verbunden wird. Die Erfindung ist jedoch auf diesen Anwendungszweck nicht

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eingeschränkt, sondern ist auch auf ein Verfahren anwendbar, bei dem ein erhitztes aluminiertes Stahlblech und ein Aluminiumblech, die jeweils auf eine kurze Standardlänge zerschnitten sind, durch Walzen miteinander verbunden werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, gemäß dem ein durch Aufbringen von Aluminium durch Schmelztauchen oder Heißtauchen auf ein Stahlblech erhaltenes aluminiertes Stahlblech auf eine Temperatur von 100 bis 55O⁰C erhitzt wird; anschließend eine oder beide Seiten des aluminierten Stahlbleches mit einem oder mehreren Aluminiumblechen, die Raumtemperatur aufweisen und deren Verbindungsflächen gereinigt worden sind, bedeckt werden; diese Bleche einem Walzvorgang unterworfen werden, der mit einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird, um das oder die Aluminiumbleche mit dem aluminierten Stahlblech zu verbinden; und anschließend das in dieser Weise erhaltene, durch Walzen aluminiumplattierte Stahlblech einer Weichglühbehandlung bei einer Temperatur von 400 bis 58O°C unterworfen wird.

Dieses Verfahren wird wie folgt durchgeführt:

Man erhitzt ein aluminiertes Stahlblech, das man durch Aufbringen von Aluminium mit Hilfe eines üblichen Aluminiumschmelztauchverfahrens auf ein Stahlblech erhält, auf eine Temperatur von 100 bis 55O°C. Dann bedeckt man eine oder beide Seiten des aluminierten Stahlbleches mit einem Aluminiumblech, dessen Verbindungsfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste, durch saure Reinigung mit Salpetersäure oder durch eine alkalische Behandlung mit einer Natrxumhydroxidlösung mit einer Konzentration von einigen Prozent gereinigt worden ist und das Raumtemperatur aufweist. Unmittelbar im Anschluß daran unterwirft man das aluminierte Stahl-

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blech und das oder die darauf aufgelegten Aluminiumbleche einem Walzvorgang, der mit einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird, um das oder die Aluminiumbleche durch Walzen 5 mit dem Stahlblech zu verbinden. Dann wird das in dieser Weise erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech erforderlichenfalls einem Fertigwalzvorgang unterzogen, der bei einer Querschnittsverminderung oder Dickenverminderung von nicht mehr als 20% durchgeführt 10 wird. Im Anschluß an diesen Fertigwalzvorgang wird eine Weichglühbehandlung bei einer Temperatur von 400 bis 58O°C durchgeführt.

Bei diesem Verfahren wird das in der angegebenen Weise

erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech nach dem

Fertigwalzvorgang, der mit einer Querschnittsverminderung beim Walzen von nicht mehr als 20% durchgeführt wird, um das aluminiumplattierte Stahlblech auf vorbestimmte Abmessungen zu bringen, einer Weichglüh-

20 behandlung oder Enthärtungsbehandlung bei einer Temperatur von 400 bis 580⁰C unterworfen, um den durch-Walzen erreichten Walzverbindungseffekt zu verbessern, die Bearbeitbarkeit zu erleichtern und die Verformbarkeit des aluminiumplattierten Stahls durch die Weich-

glühbehandlung zu verbessern. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der für die Verformung erwünschte Enthärtungseffekt nicht erreicht wird, wenn das aluminiumplattierte Stahlblech bei einer Temperatur von weniger als 400⁰C weichgeglüht wird. Wenn das Weichglühen bei einer Temperatur von mehr als 58O°C durchgeführt wird, ergibt sich eine dicke und spröde Diffusionsschicht an der Stahl/Aluminium-Grenze, die zur Folge hätte, daß das Aluminiumblech sich während des Verformens von dem Stahlblech lösen würde. Die Weichglühbehandlung oder die Enthärtungsbehandlung kann an der Luft bei einer Temperatur zwischen

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400 und 58O°C durchgeführt werden, ohne daß es erforderlich ist, eine besondere Atmosphäre auszuwählen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man erhitzt ein aluminiertes Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm, das durch ein Schmelztauchverfahren auf beiden Oberflächen mit einer 7 bis 8 Gew.-% Silicium enthaltenden Aluminiumlegierung in einer Dicke von 20 bis 30 μΐη beschichtet worden ist, auf die Temperaturen, die in der nachstehenden Tabelle I bei den Experimenten 1 bis 9 angegeben sind. Dann bedeckt man beide Seiten des aluminierten Stahlbleches mit einem halbharten, getemperten Aluminiumblech (AA 1100 - H 14) mit einer Dicke von 0,3 mm, dessen Verbindungsoberfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste gereinigt worden ist und das Raumtemperatur aufweist. Unmittelbar nach dem Auflegen der Aluminiumbleche auf beide Seiten des Stahlbleches werden die Bleche durch einen Walzvorgang miteinander verbunden, der unter Anwendung verschiedener prozentualer Querschnittsverminderungswerte durchgeführt wird, die in der nachstehenden Tabelle I bei den Experimenten 1 bis 9 angegeben sind. Bei den Experimenten 3 und 4 wird ein zusätzlicher Fertig-Kaltwalzvorgang durchgeführt. Man erhält bei diesen Experimenten jeweils ein aluminiumplattiertes Stahlblech.

Neben diesen Experimenten, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wurden, werden auch aluminiumplattierte Stahlbleche unter Anwendung andersartiger Verfahren hergestellt, die zu Vergleichszwecken unter Anwendung von Bedingungen durchgeführt werden, die sich von denen des erfindungsgemäßen Verfahrens

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unterscheiden. Diese Experimente sind als die Experimente 10 bis 13 ebenfalls in der nachstehenden Tabelle I angegeben.

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Tabelle I

	Experi	Aluminiertes Stahlblech	Temperatur (⁰C)	1,2	1,2	150	Muminiumblech (AA 1100)	Temperatur (⁰C)	Quer-	Dicke	Quer-	Dicke
	ment Nr.	Dicke (mm)		1,2		400	Dicke (mm)		schnitts- vermin-	nach dem	schnitts- vermin-	des fertig
				1,2		400			derung	Walzen	derung	gestell
				1,2	1,2	400			beim Ver	(im)	beim Fer	ten
				1,2	1,2	500			binden (%)		tigwalzen	Bleches
			Erfindungsgemäßes Verfahren:	1,2		200					(%)	(mm)
	1	1,2		100		Raumtemp.
	2	1,2	550	0,3	It	20	1,44	—	1,44
	3	1,2	550	0,3	Il	20	1,44	—	1,44
	4	Vergleichsverfahren:		0,3	Il	20	1,44	10	1,30
CD	5	10	400	0,3	Il	20	1,44	20	1,15
* I * to	6			0,3	Il	20	1,44	-	1,44
CO	7			0,3	Il	10	1,62	-	1,62
to	8	11	400	0,3	Il	30	1,26	—	1,26
	9	12	580	0,3	Il	10	1,62	—	1,62
■>«. O			0,3		30	1,26	—	1,26
ob				Il
en	0,3		3	nicht	—	—
				ver
		Il		bunden
	0,3	Il	6	1,69	_	1,69
	0,3		20	nicht	-	-
				ver
			bunden

13 1,2 Raumtemp. 0,3 Aluminiertes Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm:

14 - -

20

1,20

cn I

K) CD CD CD

OO

m m

G Γ

m X

ω m ζ

3D

O ¹^l

CD to

ro σ

O !> co >

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Aus den bei den Experimenten 1 bis 13 erhaltenen Materialien werden Testproben geschnitten. Jede Probe wird bezüglich ihrer Zugfestigkeit und ihrer Dehnung geprüft. Weiterhin wird jede Probe einem Biegetest durch Umbiegen um 180° und einem Salzsprühtest unterworfen, bei dem die Probe während 5 Tagen mit 5 Gew.-% Natriumchlorid enthaltendem Salzwasser besprüht wird. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengestellt.

Zu Vergleichszwecken führt man die Untersuchung der Zugfestigkeit und der Korrosionsbeständigkeit auch bei der aluminierten Stahlblechprobe (Experiment Nr. 14) mit einer Dicke von 1,2 mm durch, welches Material als Kernmaterial verwendet wird. Auch die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengestellt.

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Probe Eigenschaften

	Nr.	Mechanische	Eigenschaften	38,4	6,7	Vergleichsverfahren:	—	' —
		Zugfestig	Dehnung	45,1	5,5	10	29,6	36,7
		keit	(%)	45,8	5,0	11	-	-
		(kg/im²)		47,8	4,2	12		_
	Erfindungsgemäßes Verfahren:	47,6	4,7	13
	1	36,4	11,6
	2	42,0	4,1
	3	37,2	10,5
co	4	47,1	3,7
O	5
co	6
OO	7
-•4	8
	9
O 00
ISJ
a\

Tabelle II

Wirkung der Walzverbindung: Einmal um 180° (R= t) gebogen

Korrosionsbeständigkeit:

(Salzwasserspriihtest, 5%ige
NaCl-Lösung)

Keine Ablösung

Keine Änderung

Il

Ablösung

Aluminiertes Stahlblech mit einer Dicke von 1,2.mti:'

14

32,9

38,1 es entwickelt sich roter Rost

K) CO CD CO

OO

pj c to ja φ α

FÜRUKAWA ALUMINUM TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Case: 1078

Es zeigt sich, daß die mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltenen Proben (1 bis 9) eine ausgezeichnete Walzverbindung zwischen dem Aluminium und dem Stahl zeigen. Bei den Experimenten, die bei Bedingungen durchgeführt wurden, die von denen des erfindungsgemäßen Verfahrens abweichen (Nr. 10 bis 13) erfolgt entweder keine Verbindung des Aluminiums mit dem Stahl bei dem Walzvorgang oder es ergibt sich dann, wenn eine Bindungswirkung erreicht worden ist, eine Ablösung des plattierten Materials, wenn man die Probe um 180° biegt. Weiterhin zeigt das aluminierte Stahlblech bei dem Salzwassersprühtest die Bildung von rotem Rost. Im Gegensatz dazu zeigt das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte aluminiumpalltierte Stahlblech die gleiche Korrosionsbeständigkeit wie Aluminium.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene aluminxumplattierte Stahlblech zeigt eine höhere Zugfestigkeit als das aluminierte Stahlblech und somit eine verbesserte Festigkeit.

Beispiel 2

Man verwendet das in Beispiel 1 eingesetzte aluminierte Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm (das auf beiden Seiten durch Schmelztauchen mit einer 7 bis 8 Gew.-% Silicium enthaltenden Aluminium-Silicium-Legierung beschichtet worden ist). Man erhitzt das aluminierte Stahlblech auf die in der nachstehenden Tabelle III bezüglich der Experimente 15 bis 23 angegebenen Temperaturen. Dann bedeckt man beide Seiten des aluminierten Stahlblechs mit einem halbharten, getemperten Blech aus einer Aluminiumlegierung (AA 3003) mit einer Dicke von 0,3 mm, das Raumtemperatur aufweist und dessen Verbindungsoberfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste gereinigt

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FURUKAWA ALUMINUM TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER Case: TO78

worden ist. Unmittelbar nach dem Aufbringen des Bleches aus der Aluminiumlegierung auf beiden Seiten des aluminierten Stahlbleches werden diese Materialien mit einem Walzvorgang, der unter den bezüglich der Experimente 15 bis 23 angegebenen Bedingungen durchgeführt wird, miteinander verbunden. Bei den Experimenten 17 und 18 wird zusätzlich ein Fertig-Kaltwalzvorgang durchgeführt. Man erhält in dieser Weise aluminiumplattierte Stahlbleche.

Zu Vergleichszwecken stellt man unter Anwendung von Bedingungen, die sich von denen des erfindungsgemässen Verfahrens unterscheiden, aluminiumplattierte Stahlbleche gemäß den Experimenten 24 bis 27 her,

15 die ebenfalls in der Tabelle III angegeben sind.

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	Experi	Aluminiertes	Tabelle III	1,2	1,2	150	0,3	Temperatur (⁰C)	Quer-	Dicke	Quer-	Dicke	I	TER MEI
	ment Nr.		Stahlblech Aluminiumblech (AA 3003)	It		400	Il		schnitts- vermin-	nach dem	schnitts- vermin-	des fertig	to o	\|i]
			Dicke (um) Temperatur (⁰C) Dicke (mm)	Il		400	Il		derung	Walzen	derung	gestell	I	G
			Il	Il	400	Il		beim Ver	(mm)	beim Fer	ten		Γ
			Il	Il	500	Il		binden (%)		tigwalzen	Bleches		it
			Il		200	Il				(%)	(mn)
			Il		100	Il	Raumtemp.						SIl
		Il	550	Il	Il	20	1,44	-	1,44		Hl Z
		Il	550	Il	Il	20	1,44	-	1,44		IT
		Vergleichsverfahren:			Il	20	1,44	10	1,30		U.
		24	450	0,3	Il	20	1,44	20	1,15	Π"
co	Erfindungsgemäßes Verfahren:				Il	20	1,44	-	1,44	J)
CD	15				"	10	1,62	-	1,62
OO	16	25	400	Il	Il	28	1,30	-	1,30
LO	17	26	580		Il	10	1,62	—	1,62
-J	18					28	1,30	-	1,30
\|—"}	19				Raumtemp.
* ^J OO	20			3	nicht	-	-
cn	21				ver
	22		Il		bunden
	23		Il	6	1,69	-	1,69
			20	nicht	—	-
			ver
			bunden

Raumtemp.

	O	_y	a
		I I	tu
			σ
	(C
CD	··	S!
CD
CD	■ O
		!>
	CO	G
OO		H
	G

PÜRUKAWA ALUMINUM TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Case: 1078

Man schneidet aus den Materialien der Experimente 15 bis 27 Testproben aus, die man bezüglich ihrer Zugfestigkeit und ihrer Dehnung untersucht. Weiterhin werden die Proben dem Biegetest bei einer Biegung von 180° unterworfen. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IV angegeben.

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Tabelle IV

	Probe Nr. Eigenschaften	38,3	-	ι²) Dehnung (%)
		45,3	33,0
		45,6	-	6,6
		48,5	_	5,6
	Mechanische Eigenschaften	47,7	4,8
	Zugfestigkeit (kg/rar	35,8	5,1
	Erfindungsgemäßes Verfahren:	44,0	4,2
	15	37,0	11,4
	16	46,5	5,2
(O	17	Vergleichsverfahren:	10,2
σ	18	24	5,0
CD	19	25
OO LO	20	26	-
—J	21	27	36,5
O	22	-
00	23	_
«π

Wirkung der Walzverbindung um 180° (R = t) gebogen

Keine Ablösung

N5

Ablösung

	Π	G
	P>	td
	tn	G
	CD
	• β
CD	—A O
CD		j5
CD	^; °°	G
		H
—\		G
CX)

Tm IV.rFR ■ MÖLLER - STFINMEISTfTR

FURUKAWA ALUMINUM Case: 1078

_ 23 —

Wie aus der obigen Tabelle IV zu ersehen ist, zeigt das aluminiumplattierte Stahlblech eine höhere Zugfestigkeit als das aluminierte Stahlblech/ wobei die plattierte Aluminiumschicht sich bei dem 180°-Biegetest nicht ablöst.

Wenn man andererseits die Aluminiumplattierung ohne Erhitzen des aluminierten Stahlbleches aufbringt, wie es bei dem Experiment Nr. 27 der Fall ist, oder wenn

10 man die Aluminiumplattierung auf ein aluminiertes

Stahlblech aufbringt, das auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt ist, wie es bei dem Experiment Nr. 26 der Fall ist, ergibt sich beim Walzvorgang keine Verbindung der Bleche. Wenn die beim Walzen bewirkte Querschnitts-

15 verminderung niedrig ist, wie es bei dem Experiment

Nr. 24 des Vergleichsverfahrens der Fall ist, so ergibt sich entweder keine Verbindung des Aluminiums mit dem Stahl oder es zeigt sich eine Ablösung des plattierten Aluminiums bei dem 18O^Q-Biegetest. Somit ist es mit Hilfe der Vergleichsverfahren nicht möglich, eine gute Bindungswirkung zu erreichen.

Beispiel 3

Man verwendet ein aluminiertes Stahlblech mit einer

25 Zugfestigkeit von 27,5 kg/mm², einer Dehnung von

38,1%, einer Formbarkeit entsprechend einem Erichsen-Wert von 11,2 und einerDicke von.1,2 mm, das auf beiden Seiten mit einem 2O bis 30 μπι starken überzug aus einer 7 bis 8 Gew.-% Silicium enthaltenden Aluminium-

30 Silicium-Legierung bedeckt ist. Dieses aluminierte

Stahlblech wird auf die in der nachstehenden Tabelle V angegebene Temperatur erhitzt. Dann bedeckt man beide des erhitzten aluminierten Stahlbleches mit einem halbharten, getemperten Aluminiumblech (AA 1100-H 14) mit einer Dicke von 0,3 mm, das Raumtemperatur aufweist und dessen Verbindungsoberfläche durch Polieren mit

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FURUKAWA ALUMINUM TER MEER · MÜLLER - STEINMEISTER Case: 1078

einer Drahtbürste gereinigt worden ist. Die Bleche werden dann sofort einem Walzvorgang unterworfen, der unter Anwendung der in der nachstehenden Tabelle V angegebenen Bedingungen durchgeführt wird. Anschließend wird ein Fertigwalzvorgang durchgeführt, worauf die mit Hilfe dieser Walzbehandlungen erhaltenen aluminiumplattierten Stahlbleche einer Weichglühbehandlung oder einer Enthärtungsbehandlung unterzogen werden. Weiterhin werden zu Vergleichszwecken nach den herkömmlichen Verfahren unter Anwendung der in der nachstehenden

Tabelle V angegebenen Bedingungen aluminiumplattierte Stahlbleche hergestellt.

Dann werden aus den aluminiumplattierten Stahlblechen Probestücke herausgeschnitten, deren Zugfestigkeitsund Dehnungs-Werte ermittelt werden. Weiterhin werden auch der 180°-Biegetest und der Erichsen-Test durchgeführt. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle VI angegeben. 20

Bei den Experimenten, die unter Anwendung der herkömmlichen Verfahren durchgeführt wurden, wurde ein Tiefzieh-Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 31 kg/mm², einer Dehnung von 46% und einem Erichsen-Wert von 10,7 verwendet.

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Tabelle V

Experiment

Nr.

Aluminiertes Stahlblech Aluminiumblech

Dicke (mm) Temperatur (⁰C) Dicke (mm) Temperatur (⁰C)

Erfindungsgemäßes Verfahren: 1,2

28
29
30
31
32

¹ 1'

1,2

Vergleichsverfahren:
33 1,2

34
35
36

37

1,2
1,2
1,2

1,2

270 500 500 400 150

400

400 400 500

Raumtemp.

Herkömmliche Verfahren:

Warmwalzen

38 1,2 450

Kaltwalzen

39 1,2 Räumtemp.

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

0,3

0,3 0,3 0,3

0,3

0,3 0,3

Räumtemp.

Il

Il Il Il

450 Räumtemp.

Quer- Dicke Querschnitts- nach schnittsvermin- dem verminderung Walzen derung
beim Ver- (mm) beim
binden ' Fertig-(%) walzen

18

10

20

10
10

1,31
1,44
1,62
1,44
1,35

nicht
verbunden

1,44
1,44
nicht
verbunden
nicht
verbunden

1,05 0

0,84 O

Dicke Weichglühdes behandfertig- lungsgestelltemperatur ten (⁰C) Bleches
(mm)

1,07
1,44
1,62
1,30
1,08

1,30
1,30

560 560 500 450 500

K) Ul

300 600

	,05	500	CD
1			O
			CD
	,84	550	4>-
O		&

00

CD CO 00 Ca>

O OO NJ

Probe Nr.

Erfindungsgemäßes Verfahren:

28

29 · 24,2

30 30,6

31 33,4

32 30,1

Vergleichsverfahren:

33

34 42,0

35 36 37

Herkömmliche Verfahren:

Wannwalzen

38 38,8

Kaltwalzen 39

45,8 47,1 31,5 25,0 32,3

7,2

14,0 17,5

Tabelle VI

Mechanische Eigenschaften Zugfestigkeit (kg/mm²) Dehnung (%)

Verformbarkeit

180°-Biegetest (R=t) Erichsen-Wert

Keine	Ablösung	11,6
Keine	Ablösung	11,6
Keine	Ablösung	10,8
Keine	Ablösung	10,1
Keine	Ablösung	11,0

Keine Ablösung
Ablösung

Keine Ablösung

7,0

8-7

7,6

NJ	K)	η *i
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FURUKAWA ALUMINUM TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER C~tf<=>: 1078

Wie aus der obigen Tabelle VI zu ersehen ist, nehmen die Dehnungswerte und die Erichsen-Werte in beiden Fällen der herkömmlichen Verfahren ab, während bei sämtlichen Experimenten, die im Einklang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wurden, die Dehnungswerte und die Erichsen-Werte sich nur in geringfügigem Ausmaß von den Werten des aluminierten Stahlblechs unterscheiden. Bei dem 180°-Biegetest zeigen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhal-

10 tenen Proben keine Ablösung des mit dem Stahlblech

verbundenen Aluminiums. Dies weist auf die ausgezeichnete Formbarkeit des mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen aluminiumplattierten Stahlblechs hin. Wie aus den Experimenten der Vergleichsverfahren zu ersehen ist, ergibt sich keine Verbindung bei dem Walzvorgang, wenn die prozentuale Querschnittsverminderung des Walzvorgangs geringer ist als der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren definierte Wert, wie es das Experiment Nr. 33 erkennen läßt. Der Dehnungswert und der Erichsen-Wert nehmen in starkem Maße ab, wenn die Weichglühbehandlungstemperatur derart niedrig ist, wie es bei dem Experiment Nr. 34 der Fall ist. Bei dem Experiment Nr. 35, bei dem eine hohe Weichglühbehandlungstemperatur angewandt wird, ergibt sich bei dem 180°-Biegetest eine Ablösung der plattierten Aluminiumschicht. Bei den Experimenten 36 und 37, bei denen das aluminierte Stahlblech entweder auf eine zu hohe Temperatur oder auf eine zu tiefe Temperatur erhitzt wird, erfolgt bei dem Walzvorgang keine

30 Verbindung der 3leche. Es ist daher aus diesen

Experimenten ersichtlich, daß ohne Anwendung der besonderen Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die den Bereich der Aufheiztemperatur des aluminierten Stahlbleches, den Bereich des Prozentsatzes der Querschnittsverminderung und der Temperaturbereich der Weichglühbehandlung einschließen, keine zufrieden-

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stellenden aluminiumplattierten Stahlbleche erhalten werden können.

Beispiel 4

Man verwendet das in Beispiel 3 eingesetzte aluminierte Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm, einer Zugfertigkeit von 27,5 kg/mm², einer Dehnung von 38,1% und einem Erichsen-Wert von 11,2, das auf beiden Seiten durch Schmelztauchen mit einer mit 8 Gew.-%

10 Silicium enthaltenden Aluminium-Silicium-Legierung in einer Dicke von 20 bis 30 μπι beschichtet worden ist. Das aluminierte Stahlblech wird auf die in der nachstehenden Tabelle VII angegebenen Temperaturen erhitzt. Dann werden beide Seiten des aluminierten

15 Stahlblechs mit einem halbharten, getemperten Blech

aus einer Aluminiumlegierung (AA 3OO3-H 14) mit einer Dicke von 0,3 mm bedeckt, das Raumtemperatur aufweist und dessen Bindungsoberflache durch Polieren mit einer Drahtbürste gereinigt worden ist. Anschließend erfolgt der die Verbindung der Materialien bewirkende Walzvorgang unter Anwendung der in der nachstehenden Tabelle VII angegebenen Bedingungen. Nach dem Walzvorgang wird ein Pertigwalzvorgang, gefolgt von einer Weichglühbehandlung durchgeführt, um ein aluminiumplattiertes Stahlblech zu bilden. Aus den erhaltenen aluminiumplattierten Stahlblechen werden Testproben geschnitten, die bezüglich ihrer Zugfestigkeit und ihrer Dehnung untersucht werden. Weiterhin werden diese Testproben dem 180°-Biegetest und dem Erichsen-Test

30 unterworfen. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle VIII angegeben.

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TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER FURUKAWA ALUMINUM Case: 1078

- 29 -

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σ
co
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Tabelle VIII

Probe Nr.

Mechanische Eigenschaften Zugfestigkeit (kg/mm²) Dehnung (%)

Erfindungsgemäßes Verfahren:

40 41 42 43 44

Vergleichsverfahren:

45 46 47 48 49

43,0

7,0 Verformbarkeit

180°-Biegetest (R=t) Erichsen-Wert

25,2	46,6
30,8	32,4
34,5	25,0
30,4	31,3
30,2	32,0

Keine Ablösung

Keine Ablösung
Ablösung

16,6
10,7
1O,1
11,0
11,0

7,2

OJ
O

	IO ^d
	pj c3
	cn 5d
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FÜRÜKAWA ALUMINUM TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Case: 1078

Wie aus der obigen Tabelle VIII zu erkennen ist, zeigt das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech annähernd die gleiche Zugfestigkeit und annähernd den gleichen Erichsen-Wert wie das aluminierte Stahlblech. Wenn man dieses Material dem 180°-Biegetest unterwirft, so löst sich das Aluminium niemals von dem Material ab, .woraus die ausgezeichnete Formbarkeit des erhaltenen aluminiumplattierten Stahlblechs ersichtlich ist.

Im Gegensatz dazu lassen die gemäß den Vergleichsverfahren durchgeführten Expermimente erkennen, daß keine Walzverbindung bei dem Walzvorgang erreicht wird, wenn die Temperatur, auf die das aluminierte Stahlblech

15 erhitzt wird, zu niedrig ist, wie es das Experiment

Nr. 45 verdeutlicht, oder zu hoch, wie es das Experiment Nr. 46 erkennen läßt. Die Verbindung durch das Walzen ist auch dann nicht möglich, wenn der Walzvorgang bei einer zu niedrigen prozentalen Querschnittsverminderung durchgeführt wird. Weiterhin nehmen die Dehnung, der Erichsen-Wert und die Formbarkeit ab, wenn die bei der Wexchglühbehandlung angewandte Temperatur zu niedrig ist. Wenn die bei der Weichglühbehandlung angewandte Temperatur andererseits zu hoch ist, nimmt die durch den Walzvorgang erreichte Bindungsstärke ab, was zur Folge hat, daß sich die Aluminiumschicht bei dem 180°-Biegetest ablöst.

Es ist somit aus den obigen Beispielen ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren die einfache Herstellung von aluminiumplattierten Stahlblechen ermöglicht, die sowohl die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften des Stahlblechs als auch die hervorragende Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums besitzen und die durch den Walzvorgang derart gut gebunden sind, daß sie Biegebelastungen zu widerstehen vermögen.

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FURUKAWA ALUMINUM TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER Case: 1078

Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech, das dem Stahlblech bezüglich seines Tiefziehverhaltens, seiner mechanisehen Eigenschaften und seiner Formbarkeit annähernd entspricht und dennoch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Daher besitzt das erfindungsgemäße Verfahren für industrielle Anwendungszwecke erhebliche Vorteile.

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Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agrees pres !'Office europeen des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller siekerwall 7,

Triftstrasse 4,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD T

9. März 1979

Case 1078
tM/th

FURUKAWA ALUMINUM CO-. , LTD. , No. 6-1, Marunouchi 2~chome, Chiyoda-ku, Tokyo/Japan

Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattierten Stahlblechen oder Stahlbändern.

Prioritäten: 10. März 1978, Japan, Nr. 27280/78

15. November 1978, Japan, Nr. 14O66Ö/78

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech, dadurch gekennzeichnet, daß man ein durch Aufbringen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Schmelztauchen auf ein Stahlblech erhaltenes aluminiertes Stahlblech auf eine Temperatur von 100 bis 55O°C erhitzt;

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FURUKAWA ALUMINUM TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER Case: 1078

_ 2 —

dann eine Seite oder beide Seiten des aluminierten Stahlblechs mit einem Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das -Raumtemperatur aufweist und dessen Verbindungsfläche gereinigt worden ist, bedeckt; und

die übereinandergelegten Bleche einem Walzvorgang unterwirft, der mit einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird, um das oder die Bleche aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung durch Walzplattieren mit dem Stahlblech zu verbinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn *z e ichnet, daß man die Verbindungsfläche des oder der Bleche aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung durch Polieren mit einer Drahtbürste, durch Reinigen mit einer Säure oder durch eine Alkalibehandlung reinigt, bevor man das auf eine Temperatur von 100 bis 55O°C erhitzte aluminierte Stahlblech

20 mit dem oder den Blechen aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung bedeckt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß man nach dem WaIz-

plattieren des aluminierten Stahlblechs mit dem oder den Blechen aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung das mit Aluminium oder der Aluminiumlegierung plattierte Stahlblech einem Fertigwalzvorgang unterwirft.

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Γ LR MEER · MÖLLER · STEINMEISTER Case: 1078
4. Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium oder
Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech,
dadurch gekennzeichnet, daß
man ein durch Aufbringen von Aluminium oder einer

5 Aluminiumlegierung durch Schmelztauchen auf ein

Stahlblech erhaltenes aluminiertes Stahlblech auf eine Temperatur von 100 bis 550⁰C erhitzt;
dann eine Seite oder beide Seiten des aluminierten Stahlblechs mit einem Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das Raumtemperatur aufweist und dessen Verbindungsflache gereinigt worden ist,
bedeckt;

die übereinandergelegten Bleche einem Walzvorgang unterwirft, der mit einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird, um das oder die Bleche aus Aluminium oder der
Aluminiumlegierung durch Walzplattieren mit dem
Stahlblech zu verbinden; und
anschließend eine Weichglühbehandlung bei einer Tem-

20 peratur von 400 bis 58O°C durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch g e kennz eichnet, daß man die Verbindungsfläche des oder der Bleche aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung durch Polieren mit einer Drahtbürste, durch Reinigen mit einer Säure oder durch eine Alkalibehandlung reinigt, bevor man das auf
eine Temperatur von 100 bis 55O°C erhitzte aluminierte Stahlblech mit dem oder den Blechen aus

30 Aluminium oder der Aluminiumlegierung bedeckt.

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TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

FURUKAWA ALUMINUM Case: 1078
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e kennz e ichnet, daß man die Weichglühbehandlung im Anschluß an einen Fertigwalzvorgang durchführt, den man nach dem Walzplattieren des
aluminierten Stahlblechs mit dem oder den Blechen aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung bewirkt.

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