EP0140827B1 - Verfahren zur Herstellung feinkörniger Aluminiumwalzprodukte - Google Patents

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EP0140827B1
EP0140827B1 EP84810363A EP84810363A EP0140827B1 EP 0140827 B1 EP0140827 B1 EP 0140827B1 EP 84810363 A EP84810363 A EP 84810363A EP 84810363 A EP84810363 A EP 84810363A EP 0140827 B1 EP0140827 B1 EP 0140827B1
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alloy
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Jürgen Timm
Frank Wehner
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Alcan Holdings Switzerland AG
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Schweizerische Aluminium AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of aluminum rolled products with iron as the predominant alloying element, which, after final annealing after annealing at at least 250 ° C., have a grain size of less than 10 ⁇ m.
  • Gram size means the average diameter of all grains present.
  • Such small grains in the annealed condition are, among other things, a good prerequisite for high strength or yield strength with good ductility at the same time; this applies to all thickness ranges from millimeter sheet to film a few micrometers thick.
  • the invention is therefore based on the object of providing a process based on low-alloy aluminum-iron alloys which, using the semi-continuous ingot casting plants which are in widespread use, allows the production of rolled products in which the final roll thickness is at an annealing above 250 ° C, the grains are smaller than 10 ⁇ m.
  • the object is achieved in that an alloy consisting of 0.8 to 1.5% by weight of iron, each up to 0.5% silicon and manganese, the sum of silicon and manganese between 0.2 and 0 .8%, and other components up to 0.3% each, up to 0.8% in total, the rest aluminum, is cast at a solidification rate of 2.5 to 25 cm / min, after hot rolling with a cooling rate of at least 0.5 K / sec brought to temperatures below 120 ° C and then cold rolled to a reduction in thickness of at least 75% without intermediate annealing and that the annealing temperature at final thickness does not exceed 380 ° C.
  • the specified method is less suitable for solidification speeds outside the defined range.
  • the ratio of deformability to strength can be increased as the final annealing temperature increases. It was found for the alloy range according to the invention that the final annealing temperature must not exceed 380 ° C. in order to avoid grains of more than 10 ⁇ m with certainty.
  • the steps following hot rolling are also critical for the production of fine grains.
  • the tests showed that, in order not to endanger the formation of fine grains, the cooling rate in the area between the hot rolling end temperature and about 120 ° C must not fall below 0.5 K / sec; the cooling rate below 120 ° C is insignificant in this regard.
  • Such cooling rates can be achieved when the strip passes through a water tank or when the strip is cooled by means of intensive air flow.
  • the first annealing after hot rolling, a final annealing or, if necessary, an intermediate annealing, must not take place at a thickness which is more than a quarter of the final hot rolling thickness.
  • the proportion by weight of iron must be higher than 0.8%; otherwise grains of more than 10 ⁇ m in size are formed after the final annealing. On the other hand, if there is more than 1.5% iron, the eutectic composition is approached; this harbors the risk of forming coarse precipitates during casting, which would seriously impair the deformability.
  • ingots of both alloys with a cross section of 412x1000mm are cast at a speed of 10cm / min; the solidification rate was 7 cm / min.
  • the bars were milled over, preheated to 540 ° C and hot rolled to 8mm.
  • the hot rolled strip passed through a water box and was cold rolled to 0.7 mm.
  • a three-hour annealing was carried out at 350 ° C; then cold rolling to 0.1 mm.
  • After 20 hours of final annealing at 320 ° C the following values were achieved (the mechanical values measured in the rolling direction):
  • Example 2 Up to 0.1 mm thick, the two alloys were processed in the same way as in Example 1. It was then cold rolled to 13 ⁇ m and finally annealed at 280 ° C.
  • the manufacturing procedure corresponds in one case (AE) to that of Example 1, in the other case (AK) it was modified so that the hot rolled strip was not passed through a water box, but was immediately rewound.
  • Example 2 Up to 0.1 mm the above-mentioned alloy was processed as in Example 1. However, the 20-hour final annealing was carried out in one variant (GE) at 320 ° C and in another variant (GK) at 400 ° C.
  • Alloy E1 was processed as in Example 1 to and with the water cooling of the hot-rolled strip.
  • the strip was further cold-rolled to 2.8 mm, annealed at 360 ° C for 3 hours, further rolled to 0.8 mm, annealed at 350 ° C for 3 hours, finish-rolled to 0.1 mm and finally, as in Example 1, 20 hours at 320 ° C annealed (KW).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250°C, eine Korngrösse von weniger als 10µm 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 von Millimeter-Blech bis zur Folie von wenigen Mikrometern Stärke.
  • Bei Aluminiumwalzprodukten aus hierfür bekannten Legierungen entstehen nach Anwendung üblicher Fertigungsverfahren bei einer Endglühung über 250°C Körner in der Grössenordnung von 15 bis 50gm. Indessen wurde ein Verfahren bekannt, gemäss dem Aluminium-Eisen-Legierungen derart zu Walzprodukten verarbeitet werden, dass nach einer Endglühung im Bereich zwischen 250 und 400°C Korngrössen auftreten, welche unter 3 gm liegen.
  • 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 12cm/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, bei einer Glühung oberhalb 250°C, die Körner kleiner als 10µm 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 120 °C 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 5µm, in jedem Falle aber unter 10 µm erzeugen.
  • 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 380°C nicht übersteigen darf, um mit Sicherheit Körner von über 10µm 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 120°C die Abkühlrate 0,5 K/sec nicht unterschreiten darf; die Abkühlrate unterhalb 120°C 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 gegebenenfalls 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 µm Grösse. 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.
  • Übersteigt 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 µm nur schwer vermieden werden.
  • 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 µm 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.
    • Beispiel 1 Einfluss der Legierung bei Dünnband
  • Figure imgb0001
  • Nach dem Stranggiessverfahren werden Barren beider Legierungen von 412x1000mm Querschnitt mit einer Geschwindigkeit von 10cm/min gegossen; die Erstarrungsgeschwindigkeit betrug dabei 7 cm/min. Die Barren wurden überfräst, auf 540°C vorgewärmt und auf 8mm warmgewalzt. Das Warmwalzband durchlief einen Wasserkasten und wurde auf 0,7 mm kaltgewalzt. Bei dieser Zwischendicke erfolgte eine dreistündige Glühung bei 350°C; danach wurde kalt auf 0,1 mm gewalzt. Nach einer 20stündigen Endglühung bei 320°C wurden folgende Werte erzielt (die mechanischen Werte in Walzrichtung gemessen):
    Figure imgb0002
    • Beispiel 2 Einfluss der Legierung bei Folien
  • Figure imgb0003
  • Bis 0,1 mm Dicke wurden die beiden Legierungen gleich wie im Beispiel 1 verarbeitet. Im Anschluss wurde auf 13 µm kaltgewalzt und bei 280°C endgeglüht.
    Figure imgb0004
    • Beispiel 3 Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Warmwalzen
  • Figure imgb0005
  • Das Fertigungsprozedere 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.
    Figure imgb0006
  • Bis 0,1 mm wurde obgenannte Legierung wie in Beispiel 1 verarbeitet. Die 20stündige Endglühung wurde jedoch in einer Variante (GE) bei 320°C und in einer anderen Variante (GK) bei 400°C durchgeführt.
    Figure imgb0007
    • Beispiel 5 Einfluss des Kaltwalzgrades zwischen Warmwalzdicke und Dicke bei erster Glühung
  • Die Legierung E1 wurde wie im Beispiel 1 bis und mit der Wasserkühlung des warmgewalzten Bandes verarbeitet. Weiter wurde das Band bis 2,8mm kaltgewalzt, 3 Stunden bei 360°C geglüht, bis 0,8mm weitergewalzt, 3 Stunden bei 350°C geglüht, bis 0,1 mm fertiggewalzt und schliesslich, wie in Beispiel 1, 20 Stunden bei 320°C geglüht (KW).
    Figure imgb0008

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzprodukten mit Eisen als vorwiegendes Legierungselement, welche bei Enddicke, nach einer Glühung bei mindestens 250°C, eine Korngrösse von weniger als 10µm 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 25cm/min vergossen wird, nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 0,5 K/sec auf Temperaturen unter 120°C gebracht und sodann bis zu einer Dickenabnahme von mindestens 75% ohne Zwischenglühung kaltgewalzt wird sowie, dass die Glühtemperatur bei Enddicke 380°C nicht übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Aluminiumlegierung 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.
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