DE3330814A1

DE3330814A1 - Verfahren zur herstellung feinkoerniger aluminiumwalzprodukte

Info

Publication number: DE3330814A1
Application number: DE19833330814
Authority: DE
Inventors: Peter Pfungen Furrer; Jürgen 7705 Steisslingen Timm; Frank 7700 Singen Wehner
Original assignee: Alusuisse Holdings AG; Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1983-08-23
Filing date: 1983-08-26
Publication date: 1985-03-21
Also published as: DE3466247D1; EP0140827B1; NO162081B; US4483719A; EP0140827A1; NO843337L; DE3330814C2; ATE29742T1; NO162081C; CH654027A5

Description

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Verfahren zur Herstellung feinkörniger
Alumi niumwalzprod ukte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250⁰C, eine Korngrösse von weniger als 10 μπι

aufweisen.

Unter "Korngrösse" ist jeweils der durchschnittliche Durchmesser aller vorliegenden Körner zu verstehen.

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

Bei Aluminiumwalzprodukten aus hierfür bekannten Legierungen entstehen nach Anwendung üblicher Fertigungsverfahren bei einer Endglühung über 250⁰C Körner in der Grössenordnung von 15 bis 50 pm. Indessen wurde ein Verfahren be-

kannt, gemäss dem Aluminium-Eisen-Legierungen derart zu Walzprodukten verarbeitet werden, dass nach einer Endglühung im Bereich zwischen 250 und 400⁰C Korngrössen auftreten, welche unter 3 μπι liegen.

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

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein auf niedrig legierten Aluminium-Eisen-Legierungen basierendes Verfahren bereitzustellen, welches unter Verwendung der verbreitet im Einsatz stehenden halbkontinuierlichen Barren-Strangguss-Anlagen die Herstellung von Walzprodukten erlaubt, bei denen bei Walzenddicke, nach einer Glühung oberhalb 250⁰C, die Körner kleiner als 10 pm sind.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Legierung, bestehend aus 0.8 bis 1.5 Gew.-% Eisen, je bis zu 0.5 % Silizium und Mangan, wobei die Summe von Silizium und Mangan zwischen 0.2 und 0.8 % liegt, und anderen Bestandteilen bis zu je 0.3 %, insgesamt bis zu 0.8 % , Rest Aluminium, mit einer Erstarrungsgeschwindigkeit von 2»5 bis 25 cm/min vergossen wird, nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 0.5 K/sec auf Temperaturen unter 120⁰C gebracht und sodann bis zu einer Dickenabnahme von mindestens 75 % ohne Zwischenglühung kaltgewalzt wird, sowie, dass die Glühtemperatur bei Enddicke 380°C nicht übersteigt.

Durch die Auswahl der Legierungszusammensetzung sowie der Aufstellung dreier notwendiger, aber leicht einzuhaltender thermomechanischer Fertigungsvorschriften gelang es, für alle Giessmethoden, welche Erstarrungsgeschwindigkeiten

zwischen 2.5 und 25 cm/min mit sich bringen, ein Verfahren zu definieren, welches bei den geglühten Blechen, Dünnbändern oder Folien, Korngrössen im Bereich zwischen 1 und 5 μπι, in jedem Falle aber unter 10 μπι erzeugen.
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Für Erstarrungsgeschwindigkeiten ausserhalb des definierten Bereichs ist das angegebene Verfahren weniger geeignet.

Mit zunehmender Endglühtemperatur kann das Verhältnis Verformbarkeit zu Festigkeit gesteigert werden. Dabei stellte sich für den erfindungsgemässen Legierungsbereich heraus, dass die Endglühtemperatur 380⁰C nicht übersteigen darf, um mit Sicherheit Körner von über 10μπι zu vermeiden.

Ebenfalls kritisch für die Erzeugung feiner Körner sind die dem Warmwalzen folgenden Schritte. Die Versuche zeigten, dass, um die Entstehung feiner Körner nicht zu gefährden, im Bereich zwischen Warmwalzendtemperatur und etwa 120⁰C die Abkühlrate 0.5 K/sec nicht unterschreiten darf; die Abkühlrate unterhalb 120⁰C ist diesbezüglich unbedeutend. Solche Abkühlgeschwindigkeiten sind bei einem Durchgang des Bandes durch einen Wasserkasten oder auch bei einer Bandkühlung mittels intensiver Luftströmung zu erreichen.

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

Der Gewichtsanteil an Eisen muss höher als 0.8 % liegen? andernfalls entstehen nach der Endglühung Körner von eher über 10 μπι Grosse. Liegt andererseits mehr als 1 .5 % Eisen
vor, gelangt man in die Nähe der eutektischen Zusammensetzung; dies birgt die Gefahr der Bildung grober Ausscheidungen beim Guss, welche die Verformbarkeit empfindlich stören würden.

uebersteigt der Silizium- oder Mangangehalt 0.5 %, oder übersteigt die Summe beider Gehalte 0.8 %, so besteht ebenfalls die Gefahr der Bildung grober Ausscheidungen. Bei einer Summe beider Gehalte unter 0.2 % wiederum, kann die Entstehung einer Korngrösse von über 10 pm nur schwer vermieden werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die untere Grenze für den Eisengehalt bei 1.1 % und diejenige für Mangan bei 0.25 % festzulegen. Bei geringeren Gehalten können Korngrössen auftreten, welche nicht wesentlich unter 10 pm liegen. Bei Mangangehalten unter 0,25 % besteht zudem eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit.

Die Versuche zeigten, dass sich eine Beschränkung des Fe/Mn-Gewichtsverhältnisses zwischen 2.5 und 4.5 besonders günstig auf das Feinkorn auswirkt.

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

- sr-

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Beispiel 1; Einfluss der Legierung bei Dünnband Fe Si Mn sonst.je

erfindungsgemasse Legierung E 1 1.3 0.1 0.4 0.01
konventioneller Dünnbandwerkstoff K 1 0.8 0.7 0.01 "

Nach dem Stranggiessverfahren werden Barren beider Legierungen von 412 χ 1000 mm Querschnitt mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/min gegossen; die Erstarrungsgeschwindigkeit betrug dabei 7 cm/min. Die Barren wurden überfräst, auf 540°C vorgewärmt und auf 8 mm warmgewalzt. Das Warmwalzband durchlief einen Wasserkasten und wurde auf 0,7 mm kaltgewalzt. Bei dieser Zwischendicke erfolgte eine 3-stündige Glühung bei 350⁰C; danach wurde kalt auf 0,1 mm gewalzt. Nach einer 20-stündigen Endglühung bei 320⁰C wurden folgende Werte erzielt: (die mechanischen Werte in Walzrichtung gemessen)

Rm
MPa

Rpo.2 MPa

A(L = 100)

Korngrösse um

E1
K1

125
95

75 35

29
27

4 25

Beispiel 2: Einfluss der Legierung bei Folien

erfindungsgemasse Legierung E 2 erfindungsgemasse Legierung E 3 30 konventioneller Folienwerkstoff K 2

Fe

Si

Mn

1.25 .15 .35 1.5 .25 .01

0.55 .15 .01

sonst.je

0.01

Il

Bis 0.1 nun wurden die beiden Legierungen gleich wie im Beispiel 1 verarbeitet. Im Anschluss wurde auf 13 pm kaltgewalzt und bei 280⁰C endgeglüht.

Rm Rpo. 2 A(L=IOO) Korngrösse

E 2 115 90 5 7

E 3 105 70 6 9

K 2 70 35 4 25

Beispiel 3: Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit nach

dem Warmwalzen

Fe Si Mn sonst, je

1.1 .15 .3 ' 0.01

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

Rm Rpo.2 A(L=IOO) Korngrösse
AE (erfindungsgemass) 115 70 25 9

AK 100 45 16 40

Beispiel 4; Einfluss der Endglühtemperatur

Fe Si Mn sonst.je

1.3 .2 .4 0.01

Bis 0,1 mm wurde obgenannte Legierung wie in Beispiel 1 verarbeitet. Die 20-stündige Endglühung wurde jedoch in einer Variante (GE) bei 320⁰C und in einer anderen Variante (GK) bei 400⁰C durchgeführt.

-	Rpo.2	A(L=IOO)	33308U
	80	28	Korngrösse
Rm	50	25	5
125		15
115

GE (erfindungsgemäss) 125
GK

Beispiel 5: Einfluss des Kaltwalzgrades zwischen

Warmwalzdicke und Dicke bei erster Glühung

Die Legierung E 1 wurde wie im Beispiel 1 bis und mit der Wasserkühlung des warmgewalzten Bandes verarbeitet. Weiter wurde das Band bis 2.8 mm kaltgewalzt, 3 Stunden bei 36O⁰C geglüht, bis 0.8 mm weitergewalzt, 3 Stunden bei 350⁰C geglüht, bis 0.1 mm fertiggewalzt und schliesslich, wie in Beispiel 1, 20 Stunden bei 320°C geglüht (KW).

Rm Rpo.2 A(L=IOO) Korngrösse

E1 nach Bsp. 1 125 75 29 4

KW 115 55 28 30

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250⁰C, eine Korngrösse von weniger als 10 μΐη aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,

dass eine Legierung, bestehend aus

0.8 bis 1 .5 % Eisen, je bis zu 0=5 % Silizium und Mangan, wobei die Summe von Silizium und Mangan zwischen 0.2 und 0.8 % liegt,

und anderen Bestandteilen bis zu je 0.3 % , insgesamt bis zu 0.8 %, Rest Aluminium,

mit einer Erstarrungsgeschwindigkeit von 2-5 bis 25 cm/min vergossen wird, nach dem Warmwalzen mit einer Abkuhlgeschwindigkeit von mindestens 0.5 K/sec auf Temperaturen unter 120⁰C gebracht und sodann bis zu einer Dickenabnahme von mindestens 7 5 % ohne Zwischenglühung kaltgewalzt wird? sowie, dass die Glühtemperatur bei Enddicke 380^eC nicht übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminium-Legierung mehr als 1.1 % Eisen und mehr als 0.25 % Mangan enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Eisenanteil zu Mangananteil zwischen 2.5 und 4.5 liegt.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminiumlegierung ausser Fe, Si und Mn höchstens je 0.1 % von jedem weiteren Bestandteil enthält»