DE60320387T2

DE60320387T2 - Verwendung von dünnen band aus aluminium-eisen-legierung

Info

Publication number: DE60320387T2
Application number: DE60320387T
Authority: DE
Inventors: Jacques Gagniere; Raphaël WIETZKE; Jean-Marie Feppon
Original assignee: Novelis Inc Canada
Current assignee: Novelis Inc Canada
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: CA2475700A1; US20050207934A1; RU2004127592A; FR2836154B1; ATE392489T1; EP1483422B1; BR0307633A; FR2836154A1; WO2003069003A2; AU2003226882A1; NO20043388L; EP1483422A2; DE60320387D1; WO2003069003A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung dünner, in typischer Weise 30 bis 150 μm dicker Bänder aus einer Legierung vom Aluminium-Eisen-Typ zum Tiefziehen insbesondere zur Verpackung und ganz besonders zur Herstellung dünner Gefäße und Flachschüsseln zur Verteilung von Nahrungsmitteln und schnellen Restauration.
Stand der Technik
Al-Fe-Legierungen der Serie 8000 gemäß der Nomenklatur der Aluminum Association werden in großem Umfang zur Herstellung dünner Folien oder Bänder zur Verpackung verwendet. Deren Herstellung kann entweder auf herkömmliche Weise durch Gießen einer Platte, Laminieren in der Wärme und dann in der Kälte mit einer oder mehreren Zwischenglühstufen und am häufigsten mit einer Endglühstufe oder durch kontinuierliches Gießen, z. B. zwischen zwei Zylindern, und Laminieren in der Kälte und gegebenenfalls mit einer oder mehreren Glühstufen durchgeführt werden.
Durch das kontinuierliche Gießen von Bändern wird es zu moderaten Investitionskosten ermöglicht, in einem genügend großen Bereich der Legierungen Bänder zu erhalten, die am Ende nicht in der Wärme laminiert zu werden brauchen. In den letzten Jahren sind beachtliche Fortschritte von den Herstellern von Gießmaschinen bezüglich der Verringerung der Dicke gegossener Bänder gemacht worden, die in bestimmten Fällen auf ca. 1 mm absinken kann, wobei gleichzeitig die Laminierstufe in der Kälte verringert wird.
Bei kontinuierlichem Gießen führt die Maßnahme, bei der sich die Verfestigungsbedingungen vom üblichen Verfahren unterscheiden, zu einer anderen Mikrostruktur. So beschreibt US 3,989,548 von Alcan, veröffentlicht in 1976, (Beispiel 9) Aluminiumlegierungen, die mindestens eines der Elemente Fe, Mn, Ni oder Si enthalten und durch kontinuierliches Gießen zwischen Zylindern zu Bändern einer Dicke von 7 mm gegossen werden. Die Struktur der gegossenen Bänder zeigt Stäbchen zerbrechlicher intermetallischer Verbindungen mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1,5 μm, wie beim Laminieren in der Kälte auf eine Verringerung von mindestens 60% Anteil an Feinpartikeln einer Größe unterhalb 3 μm. Die erhaltenen Bänder ergeben einen guten Kompromiss zwischen der mechanischen Beständigkeit und der Formbarkeit.
US 5,380,379 von Alcoa Aluminio de Nordeste betrifft die durch kontinuierliches Gießen zwischen Zylindern durchgeführte Herstellung sehr dünner Folien aus Legierungen, die 1,35 bis 1,6% Eisen, 0,3 bis 0,6% Mangan, 0,1 bis 0,4% Kupfer und mindestens 0,2% Silizium enthalten. Der Siliziumgehalt wird durch das Auftreten intermetallischer Phasen vom AlFeSi- oder AlMnSi-Typ begrenzt, während das Vorliegen von Kupfer notwendig ist, um auf das Erzeugnis eine genügend gute mechanische Beständigkeit zu übertragen.
In der WO 98/52 707 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Herstellung von Bändern aus einer Aluminiumlegierung, die (bezogen auf das Gewicht) mindestens eines der Elemente Fe (von 0,15 bis 1,5%) oder Mn (von 0,35 bis 1,9%) mit Fe + Mn < 2,5% und gegebenenfalls Si (< 0,8%), Mg (< 0,2%) und Cu (< 0,2%) enthält, durch kontinuierliches Gießen zwischen gekühlten Zylindern auf eine Dicke von 1 bis 5 mm und anschließendes Laminieren in der Kälte beschrieben. Die erhaltenen Bänder weisen gleichzeitig eine Elastizitätsgrenze oberhalb derjenigen von mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellten Bändern sowie eine gute Formbarkeit auf.
Die Herstellung dünner Schalen und Teller für zubereitete Lebens- und Nahrungsmittel macht Bänder erforderlich, die eine gute mechanische Beständigkeit, eine gute Formbarkeit, insbesondere für genügend tiefgezogene Erzeugnisse, sowie eine gute Isotropie der mechanischen Eigenschaften, insbesondere für runde Erzeugnisse, aufweisen. Eine für derartige Anwendungen häufig verwendete Legierung ist die Legierung 8021B, deren bei der Aluminum Association eingetragene Zusammensetzung die folgende ist (in Gew.-%):

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti

< 0,40 1,1–1,7 < 0,05 < 0,03 < 0,01 < 0,03 < 0,05 < 0,05
Aufgabe der Erfindung ist es, den Kompromiss zwischen der mechanischen Beständigkeit, der Formbarkeit und der Isotropie der mechanischen Eigenschaften gegenüber dieser Bezugslegierung noch zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von für Teller und Schalen für Lebens- und Nahrungsmittelprodukte vorgesehenen Bändern einer Dicke von 30 bis 150 μm aus einer Aluminiumlegierung mit der Zusammensetzung (in Gew.-%): Si < 0,4; Fe: 1,5 bis 1,9; Mn: 0,04 bis 0,15; weitere Elemente: < 0,05 jeweils und 0,15 insgesamt; Rest aus Aluminium.
Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zur Herstellung von Bändern aus einer Legierung dieser Zusammensetzung durch zwischen Zylindern kontinuierlich durchgeführtes Gießen eines Bandes mit einer Dicke von 2 bis 10 mm, gegebenenfalls Homogenisieren dieses Bandes zwischen 420 und 550°C, Kaltlaminieren dieses Bandes auf die endgültige Dicke mit gegebenenfalls einer Zwischenglühstufe von 1 bis 4 h zwischen 300 und 350°C und durch eine Endglühstufe bei einer Temperatur zwischen 200 und 430°C über eine Dauer von mindestens 30 h.
Beschreibung der Erfindung
Die gemäß der Erfindung für die Bleche und Bänder verwendete Legierung ist durch einen Eisengehalt von 1,5 bis 1,9% gekennzeichnet, welcher höher als derjenige ist, der in üblicher Weise in der Legierung 8021B zur Herstellung von Tellern und Schalen vorhanden ist. Der Vorteil eines erhöhten Eisengehalts beruht auf der Verbesserung der mechanischen Beständigkeit; dieser Effekt ist noch ausgeprägter, wenn die Bänder durch kontinuierliches Gießen zwischen Zylindern erhalten werden. Der Eisengehalt muss unterhalb 1,9% bleiben, um zu verhindern, dass er sich zu sehr an den eutektischen AlFe-Gehalt annähert und grobe AlFe-Primärphasen auftreten.
Das weitere charakteristische Merkmal betrifft den Mangangehalt von 0,04 bis 0,15%. Diese Zugabemenge übt einen günstigen Effekt auf die mechanische Beständigkeit aus, um insbesondere ein erhöhtes Dehnungsniveau zu ergeben, wobei der Kompromiss zwischen diesen gewöhnlich gegensätzlichen Eigenschaften deutlich verbessert wird, wenn man die Bänder durch kontinuierliches Gießen erzeugt. Über 0,15% Mangan spielt dies noch deutlicher seine anti-kristallisierende Rolle, wodurch die Gefahr bestehen würde, die Wirksamkeit der Endglühstufe zu beeinträchtigen, die zum Erhalt einer guten Isotropie der mechanischen Eigenschaften notwendig ist.
Die Herstellung von Blechen und Bändern erfolgt gemäß der Erfindung bevorzugt durch kontinuierliches Gießen eines 2 bis 10 mm dicken Bandes zwischen zwei gekühlten und umschnürten Zylindern ("Doppelwalzenguss"). Das gegossene Band kann homogenisiert werden, insbesondere wenn man die Dehnung gegenüber der mechanischen Beständigkeit zu begünstigen wünscht. Diese Homogenisierung muss bei einer nicht zu sehr erhöhten Temperatur zwischen 420 und 550°C durchgeführt werden, um zu vermeiden, dass die mechanische Beständigkeit zu stark abgebaut wird. Sind die Anforderungen bezüglich der Dehnung weniger einengend, ist die Homogenisierung nicht unverzichtbar.
Das Band wird sodann in der Kälte mit einer Anzahl notwendiger Durchgänge auf eine Enddicke zwischen 30 und 150 μm laminiert. Diese Kaltlaminierung kann mit oder ohne Zwischenglühstufe durchgeführt werden. Ist die Zwischenglühstufe notwendig, muss sie relativ kurz sein, in der Größenordnung von 1 bis 4 h, wobei sie bei einer nicht zu hohen Temperatur in typischer Weise zwischen 300 und 350°C durchgeführt wird, um eine Vergröberung des Korn zu vermeiden. Werden keine sehr hohen Werte für die Dehnung angestrebt, ist es aber auch möglich, die Homogenisierung und das Zwischenglühen gleichzeitig zu vermeiden, was die Herstellung besonders vereinfacht.
Das laminierte Band wird sodann bei einer Temperatur zwischen 200 und 400°C mindestens 30 h lang geglüht, um so eine umkristallisierte Struktur zu erhalten. Diese Glühstufe kann in einer oder mehreren Temperaturstufen, z. B. bei einer ersten Stufe zwischen 200 und 300°C und einer zweiten zwischen 300 und 400°C, durchgeführt werden. Man schneidet sodann das Band nötigenfalls zu Blechen.
Man erzielt somit eine Verbesserung des Bruchwiderstands R_m und der Dehnungsgrenze R_0,2 in einer Größenordnung von 5% gegenüber der klassischen Legierung 8021B, bei einer Dehnung in der gleichen Größenordnung und einer geringeren Abweichung zwischen den in der Laminierrichtung (Längsrichtung) und in der senkrechten Richtung (Querrichtung) gemessenen Werten von R_m und R_0,2. Diese Eigenschaften wirken sich besonders günstig zur Herstellung von Tellern und Schalen aus.
Beispiele
Beispiel 1
Auf einer Gießmaschine 3C^® von Pechiney Rhenalu wurden 7 mm dicke Bänder aus den beiden Legierungen A (klassische 80215) und B gemäß der Erfindung gegossen, deren Zusammensetzungen in Tabelle 1 angegeben sind: Tabelle 1

Legierung Fe Si Mn Cu Ti

A 1,25 0,22 0,02 0,005 0,007

B 1,55 0,18 0,085 0,007 0,009
Die Bänder wurden in der Kälte ohne Zwischenglühstufe auf eine endgültige Dicke von 58 μm in 9 Durchgängen mit aufeinander folgenden Haltepunkten bei 4,7 mm, 2,7 mm, 1,5 mm, 0,9 mm, 0,6 mm, 0,41 mm, 0,21 mm, 0,12 mm und bei 0,08 mm laminiert. Sie wurden dann 20 h lang bei 260°C und dann 65 h lang bei 340°C geglüht.
Auf den beiden Bändern wurden der Bruchwiderstand R_m (in MPa), die Elastizitätsgrenze R_0,2 (in MPa) und die Bruchdehnung A (in %), jeweils in Längs- und Querrichtung, gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben: Tabelle 2

Legierung R_m Richtung L R_0,2 Richtung L A Richtung L R_m Richtung T R_0,2 Richtung T A Richtung T

A 138 121 20,5 136 123 21

B 149 130 22,5 145 131 22,5
Man stellt fest, dass R_m und R_0,2 für B erhöht, die Dehnungswerte ebenfalls gut und die Differenz zwischen den Ergebnissen in der Richtung L und der Richtung T verringert sind.
Beispiel 2
Es wurden 2 Rollen aus den Legierungen C des Typs 8021B und D gemäß der Erfindung gegossen, deren Zusammensetzung in Tabelle 3 angegeben ist: Tabelle 3

Legierung Fe Si Mn Cu Ti

C 1,17 0,12 0,005 0,008 0,010

D 1,63 0,04 0,09 0,007 0,006
Der Umwandlungsbereich ist identisch mit dem des Beispiels 1, und dies, nachdem eine Zwischenglühstufe von 2 h bei 340°C und einer Dicke von 0,6 mm zugefügt worden war. Die statischen mechanischen Eigenschaften in den Richtungen L und T sind in Tabelle 4 angegeben: Tabelle 4

Legierung R_m (L) R_m (L) A (L) R_m (T) R_0,2 (T) A (T)

C 132 119 23 130 120 22

D 143 127 24 146 129 23,5
Der Vergleich der Ergebnisse zwischen den Legierungen C und D führt zu den gleichen Bemerkungen wie für das vorhergehende Beispiel. Außerdem stellt man fest, dass, obwohl die Legierung D mehr Eisen enthält, die Einführung der Zwischenglühstufe, gegenüber der Legierung B des Beispiels 1, zu einer geringfügigen Absenkung von R_m und R_0,2 und zu einer leichten Steigerung des Dehnungswertes führt.
Beispiel 3
Es wurden 2 Rollen aus den Legierungen E (8021B) und F (gemäß der Erfindung) gegossen, deren Zusammensetzungen in Tabelle 5 angegeben sind: Tabelle 5

Legierung Fe Si Mn Cu Ti

E 1,21 0,08 0,007 0,005 0,007

F 1,72 0,06 0,12 0,009 0,007
Der Herstellungsablauf ist der gleiche wie in Beispiel 2, mit zusätzlich einer Homogenisierstufe des gegossenen Bandes von 10 h bei 520°C. Die statischen mechanischen Eigenschaften in den Richtungen L und T sind in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6

Legierung R_m (L) R_m (L) A (L) R_m (T) R_0,2 (T) A (T)

E 125 113 24 123 110 23

F 134 121 25 132 114 24,5
Der Vergleich der Legierungen E und F führt zu den gleichen Bemerkungen wie für die beiden vorhergehenden Beispiele.
Außerdem führt die Einführung der Homogenisierstufe für die Legierung F, gegenüber der Legierung D des Beispiels 2, zu einer leichten Absenkung von R_m und R_0,2 und einer leichten Verbesserung des Dehnungswertes. Somit hängt die Einführung einer Homogenisier- und/oder Zwischenglühstufe vom angestrebten Kompromiss zwischen der mechanischen Beständigkeit und der Formbarkeit ab.

Claims

Verwendung 30 bis 150 μm dicker Bänder aus einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung (in Gew.-%): Si < 0,4; Fe: 1,5 bis 1,9; Mn: 0,04 bis 0,15; weitere Elemente: < 0,05 jeweils und 0,15 insgesamt, Rest: Aluminium, zur Herstellung von Flachschüsseln und Gefäßen für Lebensmittel.
Verfahren zur Herstellung von Flachschüsseln und Gefäßen für Lebensmittel, umfassend: a. Bereitstellen einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung (in Gew.-%): Si < 0,4; Fe: 1,5 bis 1,9; Mn: 0,04 bis 0,15; weitere Elemente: < 0,05 jeweils und 0,15 insgesamt, Rest: Aluminium, b. kontinuierliches Gießen eines 2 bis 10 mm dicken Bandes zwischen Zylindern, c. gegebenenfalls Homogenisieren dieses Bandes zwischen 420 und 550°C, d. Kaltlaminieren dieses Bandes auf eine Enddicke von 30 bis 150 μm, mit gegebenenfalls einer Zwischenglühstufe zwischen 300 und 350°C 1 bis 4 h lang, e. Endglühen bei einer Temperatur zwischen 200 und 400°C mindestens 30 h lang und f. endgültige Formgebung zum Erhalt der Flachschüsseln oder Gefäße.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das endgültige Glühen in 2 Stufen, die erste zwischen 200 und 300°C und die zweite zwischen 300 und 400°C, durchgeführt wird.