EA009227B1

EA009227B1 - ФОЛЬГА ИЛИ ПОЛОСЫ ИЗ СПЛАВА AlFeSi

Info

Publication number: EA009227B1
Application number: EA200600276A
Authority: EA
Inventors: Армелль Даньелу; Жан-Мари Феппон; Брюно Шеналь
Original assignee: Новелис Инк.
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2007-12-28
Also published as: WO2005010222A2; AR044882A1; SA04250245B1; ZA200600425B; CN100445405C; DK1644545T3; PL1644545T3; DE602004005045D1; AU2004259877A1; DE602004005045T2; EP1644545B1; WO2005010222A3; EA200600276A1; CN1997763A; JP4989221B2; ES2281831T3; NO338970B1; EP1644545A2; UA80778C2; PT1644545E

Abstract

Объектом изобретения является фольга или тонкая полоса толщиной от 6 до 200 мкм, предпочтительно от 6 до 50 мкм, из сплава следующего состава, мас.%: Si - 1,0-1,5; Fe - 1,0-1,5; Cu <0,2; Mn <0,1; остальные элементы в сумме <0,15, из которых каждый элемент <0,05, остальное - Al, прочность на разрыв Rкоторой в отожжённом состоянии составляет более 110 МПа при толщине более 9 мкм и более 100 МПа при толщине от 6 до 9 мкм и предел упругости Rкоторой превышает 70 МПа. Предпочтительно, чтобы сплав содержал кремний в количестве 1,1-1,3% и железо в количестве 1,0-1,2%. Фольга или полосы согласно изобретению могут применяться, в частности, в производстве многослойных композиционных материалов, колпачков для укупорки бутылок или бытового алюминия.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к фольге или полосам толщиной менее 200 мкм, преимущественно толщиной 50 мкм, из алюминиево-железокремниевого сплава в основном без содержания марганца и к способу изготовления такой фольги или полос. Эти полосы могут быть получены обычной полунепрерывной отливкой пластин или их непрерывной разливкой, например, на ленточной установке или на валковом кристаллизаторе.

Предшествующий уровень техники

Тенденция на рынке фольги из алюминиевого сплава состоит в постоянном снижении их толщины при использовании по определённому назначению при сохранении высоких механических свойств и хорошей деформируемости. Часто для фольги применяют сплавы с очень низким содержанием марганца, как это имеет место, например, в сплаве 8111 с составом, мас.%, зарегистрированным в Ассоциации по алюминию: δί - 0,30-1,1; Ее - 0,40-1,0; Си <0,10; Мп <0,10.

Отсутствие марганца упрощает рекристаллизацию при конечном отжиге, однако при толщинах менее 100 мкм прочность на разрыв В_т остаётся недостаточной. Следовательно, для удовлетворения рыночного спроса необходимо создать новые сплавы и/или оптимизировать процессы обработки.

Для повышения механической прочности обычно добавляют марганец, как это имеет место, например, в сплаве 8006, в состав которого, зарегистрированный Ассоциацией по алюминию, входят, мас.%: 8ΐ <0,40; Ее - 1,2-2,0 ; Си <0,30 ; Мп - 0,30-1,0; Мд <0,10.

Добавка марганца способствует повышению твёрдости материала. Как описано в патенте И8 6517646 на имя заявителя, механические свойства, получаемые в сплаве с составом: δί - 0,23%, Ее 1,26%, Си - 0,017%, Мп - 0,37%, Мд - 0,0032%, Τί - 0,008%, в сочетании с оптимальным процессом обработки позволяют получить значение В_т = 103 МПа при толщине 6,6 мкм.

Также можно улучшить механические свойства добавкой небольшого количества марганца в сплавы серии 8000, содержащие железо. В заявке на патент УО 02/64848 (А1сап 1п1егпа1юпа1) описано получение тонких полос непрерывной разливкой сплава А1Ее81 с содержанием 1,2-1,7% Ее и 0,35-0,8% δί. Добавкой марганца в количестве 0,07-0,20% в сплав достигают высокой механической прочности. Такая добавка марганца считается необходимой для получения зёрен малого размера после конечного отжига.

Следовательно, марганец является элементом, позволяющим улучшить механические свойства сплавов 8000. Однако марганец в виде твёрдого раствора или тонкого осадка способен блокировать или замедлять рекристаллизацию при конечном отжиге. Поэтому необходимо тщательно контролировать выделение содержащих марганец фаз на каждом этапе технологического процесса, что часто оказывается сложным. Любое отклонение от процесса обработки ведёт к немаловажным последствиям, влияющим на эффективность конечного отжига. Поэтому очень важно разработать сплав без содержания марганца, но, тем не менее, обладающий высокими механическими свойствами.

В патенте υδ 5503689 (Веупо1бк Ме1а1к) описан способ получения тонкой полосы из сплава с содержанием 0,30-1,0% δί, 0,40-1,0% Ее, менее 0,25% Си и менее 0,1% Мп способом непрерывной разливки и холодной прокаткой без промежуточного отжига. Предпочтительное содержание железа и кремния составляет 0,6-0,75%.

В патенте υδ 5725695 (Веупо1бк Ме1а1к) описан технологический процесс для той же композиции с промежуточным отжигом при 400-440°С (750-825°Е) и конечным рекристаллизационным отжигом при 288°С (550°Е). Соотношение между содержанием δί и Ее равно или более 1. В примерах полученная максимальная прочность на разрыв составляет 90 МПа (13,13 кк1) (кк1 - тысяч футов на кв. дюйм), максимальный предел упругости - 39,1 МПа (5,68 кк1) и относительное удлинение - 11,37% при толщине 46 мкм (0,00185'). Однако для некоторых областей применения такие механические свойства являются недостаточными.

Для полученных непрерывной разливкой сплавов часто требуется проводить высокотемпературную термообработку с целью снижения вредного влияния ликвации ресорбцией скоплений выделившихся частиц и гомогенизацией структуры по толщине. Влияние гомогенизации при температуре 600°С на сплав 8011 (с составом: 0,71% Ее, 0,77% δί, 0,038% Си, 0,006% Мп, 98,45% А1), получаемый разливкой в валковом кристаллизаторе, описано в статье Υ. В1го1 Сеп1ег1ше δед^едаΐ^оп ш а Т\ут-Во11 Сак! АА8011 А11оу, А1ит1шит, № 74, 1998 г., с. 318-321. При этом происходит модификация выделившихся фаз и снижается неоднородность. Уменьшение осевой ликвации позволяет впоследствии ограничить пористость очень тонкой фольги и улучшить деформируемость.

По экономическим причинам целесообразно ограничить температуру термообработки. В сплаве 8111 с составом: 0,7% Ее, 0,7% δί, Мп <0,02, 2п <0,02%, Си <0,02% отмечено начало фазового превращения и полной рекристаллизации при температуре 460°С, даже если для более полного превращения требуется отжиг при 550-580°С (см. М. δ1атονа и др. Векропке ок АА8006 апб АА8111 δίΓίρ-Сак! Во11еб А11оук 1о Ηί§1ι Тетрега!иге АппеаЛпд, 1САА-6, 1998 г.). Следовательно, низкотемпературная гомогенизация может применяться для сплавов, не содержащих марганец.

Однако при обработке после гомогенизации для получения малых толщин принято применять промежуточный отжиг для смягчения металла. Для сплавов с содержанием марганца контролируемый про

- 1 009227 межуточный отжиг, как правило, требует высокотемпературной термообработки (при температуре свыше 400°С) в целях обеспечения рекристаллизации.

Для сплавов типа 8000 без содержания марганца можно применять термообработку при более низкой температуре, чем для сплавов типа 8006.

В заявке на патент 99/23269 (Νΐρροπ I.ίρΙιΙ Ме1а1 апб А1сап 1п1егпайопа1) описан способ, который применим для сплавов А1Ре81 с содержанием 0,2-1,0% 8ΐ и 0,3-1,2% Ре при соотношении δΐ/Ре от 0,4 до 1,2. Для этого сплава промежуточный отжиг проводят в два этапа, на первом этапе при температуре 350450°С и на втором при температуре 200-330°С. Назначение этого способа состоит в снижении поверхностных дефектов фольги. Механические свойства не указаны.

Целью изобретения является получение тонкой фольги или полос из сплава А1Ре81 без добавки марганца, обладающих высокой механической прочностью при сохранении хорошей деформируемости, с помощью наиболее экономичной промышленной технологии.

Сущность изобретения

Объектом изобретения является тонкий лист толщиной от 6 до 200 мкм, предпочтительно от 6 до 50 мкм, из сплава с содержанием, мас.%: 8ΐ - 1,0-1,5; Ре - 1,0-1,5; Си <0,2; Мп <0,1, остальные элементы в сумме <0,15, каждый из которых <0,05, остальное - А1, предпочтительно при условии, что δΐ/Ре > 0,95, при этом прочность на разрыв в отожжённом состоянии составляет К_т > 110 МПа при толщине >9 мкм и >100 МПа при толщине 6-9 мкм. Предел упругости Кд₂ тонкой фольги (замеренный на вырезанных образцах) составляет преимущественно более 70 МПа. В зависимости от толщины фольги удлинение при разрыве превышает следующие величины:

Толщина, мкм	А, %,более:	предпочтительно более :
6-9	3	4
9-15	5	7
15-25	10	15
25-50	18	25
50 - 200	20	25

Предпочтительно, чтобы сплав содержал кремний в количестве 1,1-1,3% и железо в количестве 1,01,2%.

Объектом изобретения является также способ получения тонких полос толщиной менее 200 мкм из сплава А1Ре81 с составом, мас.%: 8ΐ - 1,0-1,5; Ре - 1,0-1,5; Си <0,2; Мп <0,1; остальные элементы в сумме <0,15, из которых каждый элемент <0,05, остальное - А1, предпочтительно при условии, что δΐ/Ре > 0,95, включающий в себя изготовление начальной полосы либо полунепрерывной вертикальной отливкой пластины с последующей горячей прокаткой, либо непрерывной разливкой при необходимости с последующей горячей прокаткой, при этом начальную полосу подвергают холодной прокатке до конечной толщины при необходимости с промежуточным отжигом в течение 2-20 ч при температуре 250-350°С, предпочтительно 280-340°С, и конечному отжигу при температуре 200-370°С.

Фольгу или полосы согласно изобретению изготавливают из сплавов А1Ре81 8000, которые практически не содержат марганца или содержат его в количестве, как правило, менее 0,1%. Содержание железа и кремния существенно превышает их содержание в сплавах 8011 и 8111, которые являются сплавами А1Ре81, наиболее часто применяемыми в производстве фольги без содержания марганца. Предпочтительному составу отвечает сплав, содержащий 1,1-1,3% кремния и 1,0-1,2% железа.

Предпочтительно, чтобы состав сплавов согласно изобретению был таким, чтобы соотношение между содержанием кремния и содержанием железа составляло δΐ/Ре > 0,95. В отожжённом состоянии (состояние 0) он обладает механической прочностью, являющейся необычной для сплавов такого состава, при этом прочность на разрыв К_т достигает более 110 МПа, даже более 115 МПа, при толщине более 9 мкм и более 100 МПа при толщине 6-9 мкм, условный предел упругости при допуске 0,2% И₍,,₂ > 70 МПа. Такая высокая механическая прочность достигается не за счёт деформируемости, так как по сравнению со сплавами 8011 и 8111 показатели относительного удлинения сохраняются, по меньшей мере, прежними, в то же время давление при разрыве выше.

Такие высокие механические свойства получают как для полос, изготовленных из пластин, полученных традиционной вертикальной полунепрерывной отливкой и горячей прокаткой, так и для полос, полученных непрерывной разливкой либо на ленточной установке, либо на валковой. Непрерывная разливка на ленточной установке сопровождается последующей горячей прокаткой.

Полосы, прокатанные в горячем виде или необработанные в случае непрерывной разливки в валковом кристаллизаторе, при необходимости могут подвергаться низкотемпературной гомогенизации (при 450-500°С) для уменьшения осевой ликвации, которая может послужить причиной снижения деформируемости при конечной толщине. Такая низкотемпературная термообработка является достаточной для поглощения возможных осевых ликваций в сплавах без содержания марганца. Затем полосы прокатывают в холодном состоянии либо до конечной толщины, либо до промежуточной толщины от 0,5 до 5 мм, при которой проводится их промежуточный отжиг. В противоположность сплавам с содержанием марганца возможно проводить промежуточный отжиг при относительно низкой температуре от 250 до

- 2 009227

350°С, предпочтительно от 280 до 340°С, в течение более 2 ч. Такой температурный диапазон, хотя уже и описан в литературе, в частности в приведённой выше заявке на патент АО 02/064848, располагается ниже обычного диапазона, составляющего более 400°С.

Заявитель установил, что применение низкотемпературной термообработки для сплава А1Те81, в частности, сплава с составом 81/Те > 0,95, при отказе от промежуточного отжига в случае, когда это технически возможно, приводит к резкому повышению механической прочности, достигающему не менее 15%, по сравнению с состоянием после обычного промежуточного отжига. Такая высокая механическая прочность достигается при повышенной деформируемости, замеренной давлением при разрыве или высотой купола согласно стандарту 18О 2758.

Конечный отжиг проводится при температуре 200-370°С в течение 1-72 ч. Продолжительность отжига обусловлена качеством обезжиривания поверхности фольги. После конечного отжига образуется мелкозернистая структура, в которой размер зёрен, замеренный анализом изображений под электронным сканирующим микроскопом, составляет в среднем менее 3 мкм.

Применение низкотемпературной гомогенизации или её отсутствие и применение низкотемпературного промежуточного отжига или полный отказ от него обеспечивает помимо экономического преимущества также возможность получения зёрен малого размера. Размер зёрен уменьшается приблизительно на 30% по сравнению с термообработкой при более высокой температуре, что приводит к повышению механических свойств Ко,₂ и К_т, которые при малых толщинах изделия определяются количеством уплотненных зёрен. Это преимущество достигается не за счёт ухудшения удлинения, так как рост количества зёрен по толщине ограничивает также опасность локального дефекта при одном или двух зёрнах по толщине фольги.

Фольга согласно изобретению особо пригодна для применения в областях, в которых одновременно требуется хорошая механическая прочность и высокая деформируемость, как, например, в производстве многослойных композиционных материалов, в частности для изготовления крышек для упаковки свежих продуктов, колпачков для укупорки или бытового алюминия.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1.

Для того чтобы показать влияние состава сплава были изготовлены способом непрерывной разливки в валковом кристаллизаторе две полосы толщиной по 6,1 мм из сплава А согласно изобретению и сплава В типа 8111с составом (мас.%), приведённым в табл. 1.

Таблица 1

Сплав	81	Ре	Си	Мп	М_ё	Сг	Τΐ	В
А	1,17	1,11	0,001	0,003	0,0004	0,0007	0,006	0,0005
В	0,7	0,7	0,001	0,003	0,0005	0,001	0,007	0,0005

Полосы прокатали в холодном состоянии до толщины 2 мм и подвергли промежуточному отжигу в течение 5 ч при 320°С. Затем в несколько пропусков их снова прокатали в холодном состоянии до конечной толщины 38 мкм. После этого провели промежуточный отжиг в течение 40 ч при 270°С.

В каждом случае измеряли механические свойства: прочность на разрыв К_т (МПа), условный предел упругости при 0,2% К₀,₂ и относительное удлинение А (%) согласно стандарту Франции ΝΤ-ΕΝ 5462, а также давление при разрыве на воздухе Ре (кПа), замеренное согласно стандарту 18О 2758, и высоту купола Нб (мм). Результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сплав	К_т, МПа	К-0 2, МПа	А, %	Ре, кПа	на
А	123	76	30	394	9,2
В	104	54	15,8	284	6,6

При этом было отмечено, что в противоположность сплаву В типа 8111 прочность на разрыв ленты из сплава А значительно превысила 110 МПа, предел упругости превысил 70 МПа. Кроме того, давление при разрыве и относительное удлинение также были выше, в результате чего данный сплав одновременно обладал прочностью и деформируемостью.

Пример 2.

Способом непрерывной разливки в валковом кристаллизаторе получили полосу из приведённого в примере 1 сплава А толщиной 6,1 мм. Полосу прокатали в холодном состоянии до толщины 2 мм. Часть этой полосы подвергли промежуточному отжигу, обычному для сплава данного типа, в течение 5 ч при 500°С. Другую часть полосы подвергли промежуточному отжигу согласно изобретению в течение 5 ч при 320°С. Обе части полосы затем прокатали в холодном состоянии в несколько пропусков до конечной толщины 10,5 мкм. После этого их подвергли конечному отжигу в течение 40 ч при 270°С.

Замерили те же свойства, что и в примере 1, их результаты приведены в табл. 3.

- 3 009227

Таблица 3

Промежуточный отжиг	К._т, МПа	Ко,2, МПа	А, %	Ре, кПа	Н4, мм
470 °С	99	63	7,3	71	5,1
320 °С	117	84	8,1	92	5,7

При этом было установлено, что снижение температуры промежуточного отжига приводит одновременно к повышению механической прочности, относительного удлинения, сопротивления на разрыв и деформируемости.

Средний размер зёрен, замеренный путём анализа изображений под электронным сканирующим микроскопом, составил 3,6 мкм после отжига при 470°С и 2,3 мкм после отжига при 320°С. Таким образом, улучшение механических свойств после низкотемпературного отжига связано с уменьшением размера зёрен после конечного отжига.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Тонкая полоса толщиной от 6 до 200 мкм из сплава следующего состава, мас.%: δΐ - 1,0-1,5; Ре 1,0-1,5; Си <0,2; Мп <0,1; остальные элементы в сумме <0,15, каждый из которых <0,05, остальное - А1, прочность на разрыв К_т которой в отожжённом состоянии более 110 МПа при толщине более 9 мкм и более 100 МПа при толщине от 6 до 9 мкм.
2. Тонкая полоса по п.1, отличающаяся тем, что она имеет толщину от 6 до 50 мкм.
3. Тонкая полоса по п.1 или 2, отличающаяся тем, что её прочность на разрыв К_т в отожжённом состоянии составляет более 115 МПа при толщине 9 мкм.
4. Тонкая полоса по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что её предел упругости Κμ,₂ в отожжённом состоянии превышает 70 МПа.
5. Тонкая полоса по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что её удлинение А при разрыве составляет в зависимости от толщины:

Толщина, мкм А, %, более : предпочтительно более : 6-9 3 4 9-15 5 7 15-25 10 15 25-50 18 25 50 - 200 20 25
6. Тонкая полоса по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что сплав имеет состав, при котором δΐ/Ре > 0,95.
7. Тонкая полоса по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что содержание кремния в сплаве составляет 1,1-1,3%, содержание железа составляет 1,0-1,2%.
8. Способ получения тонких полос толщиной менее 200 мкм из сплава А1Ре81 следующего состава, мас.%: 8Ϊ - 1,0-1,5; Ре - 1,0-1,5; Си <0,2; Мп <0,1; остальные элементы в сумме <0,15, из которых каждый элемент <0,05, остальное - А1, включающий изготовление начальной полосы либо полунепрерывной вертикальной отливкой пластины и горячей прокаткой, либо непрерывной разливкой с последующей горячей прокаткой, при этом начальную полосу подвергают холодной прокатке до конечной толщины с промежуточным отжигом при температуре 250-350°С и конечным отжигом при температуре 200-370°С.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что промежуточный отжиг проводят при температуре 280340°С.
10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что сплав имеет состав, при котором δΐ/Ре > 0,95.
11. Способ по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что перед холодной прокаткой начальную полосу подвергают гомогенизации при температуре 450-500°С.
12. Способ по любому из пп.8-11, отличающийся тем, что полосу получают непрерывной разливкой в валковом кристаллизаторе.