EP2270249B2 - AlMgSi-Band für Anwendungen mit hohen Umformungsanforderungen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes aus einer AlMgSi-Legierung, bei welchem ein Walzbarren aus einer AlMgSi-Legierung gegossen wird, der Walzbarren einer Homogenisierung unterzogen wird, der auf Walztemperatur gebrachte Walzbarren warmgewalzt wird und anschließend optional auf Enddicke kaltgewalzt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Aluminiumband aus einer AlMgSi-Legierung sowie dessen vorteilhafte Verwendung.
• Vor allem im Kraftfahrzeugbau aber auch in anderen Anwendungsgebieten, beispielsweise dem Flugzeugbau oder Schienenfahrzeugbau werden Bleche aus Aluminiumlegierungen benötigt, welche sich nicht nur durch besonders hohe Festigkeitswerte auszeichnen, sondern gleichzeitig ein sehr gutes Umformverhalten aufweisen und hohe Umformgrade ermöglichen. Im Kraftfahrzeugbau sind typische Anwendungsgebiete die Karosserie und Fahrwerkteile. Bei sichtbaren, lackierten Bauteilen, beispielsweise außen sichtbaren Karosserieblechen, kommt hinzu, dass das Umformen der Werkstoffe so erfolgen muss, dass die Oberfläche nach der Lackierung nicht durch Fehler wie Fließfiguren oder Zugrilligkeit (Roping) beeinträchtigt ist. Dies ist beispielsweise für die Verwendung von Aluminiumlegierungsblechen zur Herstellung von Motorhauben und anderen Karosseriebauteilen eines Kraftfahrzeuges besonders wichtig. Es schränkt die Werkstoffwahl hinsichtlich der Aluminiumlegierung allerdings ein. Insbesondere AlMgSi-Legierungen, deren Hauptlegierungsbestandteile Magnesium und Silizium sind, weisen relativ hohe Festigkeiten auf bei gleichzeitig gutem Umformverhalten sowie hervorragender Korrosionsbeständigkeit. AlMgSi-Legierungen sind die Legierungstypen AA6XXX, beispielsweise der Legierungstyp AA6016, AA6014, AA6181, AA6060 und AA6111. Üblicherweise werden Aluminiumbänder aus einer AlMgSi-Legierung durch Gießen eines Walzbarrens, Homogenisieren des Walzbarrens, Warmwalzen des Walzbarrens und Kaltwalzen des Warmbandes hergestellt. Die Homogenisierung des Walzbarrens erfolgt bei einer Temperatur von 380 bis 580 °C für mehr als eine Stunde. Durch ein abschließendes Lösungsglühen mit nachfolgendem Abschrecken und Kaltauslagern etwa bei Raumtemperatur für mindestens drei Tage können die Bänder im Zustand T4 ausgeliefert werden. Der Zustand T6 wird nach dem Abschrecken durch eine Warmauslagerung bei Temperaturen zwischen 100 °C und 220 °C eingestellt.
• US-4808247A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumband aus einer AlSiMg-Legierung, wobei die Warmwalzendtemperatur nicht mehr als 350°C beträgt. Im Beispiel weist ein kaltgewalztes Blech im Zustand T4 eine Streckgrenze von 109 MPa und eine Bruchdehnung von 32% auf.
• EP-1533394 A offenbart ein warm- und kaltgewalztes Aluminiumband aus AA6016, welches im Zustand T4 eine Streckgrenze von 115 MPa und einer Bruchdehnung A₈₀ von 25.4% aufweist.
• Problematisch ist, dass in warmgewalzten Aluminiumbändern aus AlMgSi-Legierungen grobe Mg₂Si-Ausscheidungen vorliegen, welche im anschließenden Kaltwalzen durch hohe Umformgrade gebrochen und verkleinert werden. Warmbänder einer AlMgSi-Legierung werden in der Regel in Dicken von 3 mm bis 12 mm hergestellt und einem Kaltwalzen mit hohen Umformgraden zugeführt. Da der Temperaturbereich in dem sich die AlMgSi-Phasen bilden, beim konventionellen Warmwalzen sehr langsam durchlaufen wird, bilden sich diese Phasen sehr grob aus. Der Temperaturbereich zur Bildung der obengenannten Phasen ist legierungsabhängig aber liegt zwischen 550°C und 230°C. Es konnte experimentell nachgewiesen werden, dass diese groben Phasen im Warmband die Dehnung des Endprodukts negativ beeinflussen. Das bedeutet, dass das Umformverhalten von Aluminiumbändern aus AlMgSi-Legierungen bisher nicht vollständig ausgeschöpft werden konnte.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumbandes aus einer AlMgSi-Legierung sowie ein Aluminiumband zur Verfügung zu stellen, welches im Zustand T4 eine höhere Dehnung aufweist und insofern höhere Umformgrade bei der Herstellung von beispielsweise Strukturbauteilen ermöglicht. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, vorteilhafte Verwendungen eines aus dem erfindungsgemäßen Aluminiumband hergestellten Blechs vorzuschlagen.
• Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist das Warmband unmittelbar nach dem Auslauf aus dem letzten Warmwalzstich eine Temperatur von maximal 130 °C, vorzugsweise eine Temperatur von maximal 100 °C auf und wird mit dieser oder einer geringeren Temperatur aufgewickelt.
• Es hat sich gezeigt, dass die Größe der Mg₂Si-Ausscheidungen in einem Warmband einer AlMgSi-Legierung durch ein Abschrecken, d.h. durch eine beschleunigte Abkühlung, deutlich verringert werden kann. Durch das schnelle Abkühlen von einer Warmbandtemperatur zwischen 230 °C und 550 °C auf maximal 130 °C, vorzugsweise maximal 100 °C am Auslauf des letzten Warmwalzstichs wird der Gefügezustand des Warmbandes eingefroren, so dass sich grobe Ausscheidungen nicht mehr bilden können. Das resultierende Aluminiumband weist nach einem Lösungsglühen und Abschrecken an Enddicke eine deutlich verbesserte Dehnung bei üblichen Festigkeiten im Zustand T4 auf und eine gleiche oder sogar verbesserte Aushärtbarkeit zum Zustand T6. Diese Eigenschaftskombination ist bei Bändern aus AlMgSi-Legierungen bisher nicht erreicht worden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dieser Abkühlvorgang innerhalb der letzten beiden Warmwalzstiche, d.h. die Abkühlung auf 130 °C und weniger erfolgt innerhalb von Sekunden, maximal innerhalb von fünf Minuten. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Vorgehensweise die erhöhten Dehnungswerte bei üblichen Festigkeits- bzw. Dehngrenzwerten im Zustand T4 und die verbesserte Aushärtbarkeit im Zustand T6 besonders prozesssicher erreicht werden.
• Erfindungsgemäß wird eine besonders wirtschaftliche Realisierung des Verfahrens dadurch erzielt, dass das Warmband unter Verwendung von mindestens einem Platinenkühler und der mit Emulsion beaufschlagten Warmwalzstiche selbst auf Aufwickeltemperatur abgeschreckt wird. Ein Platinenkühler besteht aus einer Anordnung von Kühl- bzw. Schmiermitteldüsen, welche eine Walzemulsion auf das Aluminiumband sprühen. Der Platinenkühler ist häufig in einem Warmwalzwerk vorhanden, um gewalzte Warmbänder vor dem Warmwalzen auf Walztemperatur zu kühlen und die Aufwickeltemperatur einzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auf konventionellen Anlagen ohne spezielle Zusatzeinrichtungen zum Einsatz gebracht werden. Per Definition liegt die Warmwalztemperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur eines Metalls, also bei Aluminium oberhalb ca. 230 °C. Entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung liegt die Aufwickeltemperatur mit 130 °C aber deutlich unterhalb dieser prozessüblichen Bedingungen.
• Beträgt die Warmwalztemperatur des Warmbandes vor dem vorletzten Warmwalzstich mindestens 230 °C, vorzugsweise über 400 °C, wird gemäß einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, dass besonders kleine Mg₂Si-Ausscheidungen im abgeschreckten Warmband vorhanden sind, da der größte Anteil der Legierungsbestandteile Magnesium und Silizium bei diesen Temperaturen im gelösten Zustand in der Aluminiummatrix vorliegen. Dieser vorteilhafte Zustand des Warmbandes wird durch das Abschrecken quasi "eingefroren".
• Die Dicke des fertigen Warmbandes beträgt 3 mm bis 12 mm, vorzugsweise 3,5 mm bis 8 mm, so dass übliche Kaltwalzgerüste für das Kaltwalzen verwendet werden können.
• Vorzugsweise ist die verwendete Aluminiumlegierung vom Legierungstyp AA6xxx, vorzugsweise AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 oder AA6181. Allen Legierungstypen AA6xxx ist gemein, dass sie ein besonders gutes Umformverhalten gekennzeichnet durch hohe Dehnungswerte im Zustand T4 sowie sehr hohe Festigkeiten bzw. Dehngrenzen im Einsatzzustand T6, beispielsweise nach einem Warmauslagern bei 205 °C / 30 Min. aufweisen.
• Eine Aluminiumlegierung vom Typ AA6016 weist folgende Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent auf: $$\mathrm{0,25}\%\le \mathrm{Mg}\le \mathrm{0,6}\%,$$

  

  $$\mathrm{1}\mathrm{,0}\%\le \mathrm{Si}\le \mathrm{1}\mathrm{,5}\%,$$

  

  $$\mathrm{Fe}\le \mathrm{0,5}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cu}\le \mathrm{0,2}\%,$$

  

  $$\mathrm{Mn}\le \mathrm{0,2}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cr}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Zn}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Ti}\le \mathrm{0,1}\%$$

  

  und Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen maximal in Summe 0,15 %, einzeln maximal 0,05 %.
• Bei Magnesiumgehalten von weniger als 0,25 Gew.-% ist die Festigkeit des Aluminiumbandes, welches für Strukturanwendungen vorgesehen ist zu gering, andererseits verschlechtert sich die Umformbarkeit bei Magnesiumgehalten oberhalb von 0,6 Gew.-%. Silizium ist im Zusammenspiel mit Magnesium im Wesentlichen für die Aushärtbarkeit der Aluminiumlegierung verantwortlich und somit auch für die hohen Festigkeiten, welche im Anwendungsfall beispielsweise nach einem Lackiereinbrennen erzielt werden können. Bei Si-Gehalten von weniger als 1,0 Gew.-% ist die Aushärtbarkeit des Aluminiumbandes verringert, so dass im Anwendungsfall nur verringerte Festigkeiten bereitgestellt werden können. Si-Gehalte von mehr als 1,5 Gew.-% führen aber zu Gießproblemen im Hinblick auf die Herstellung des Walzbarrens. Der Fe-Anteil sollte auf maximal 0,5 Gew-% begrenzt werden, um grobe Ausscheidungen zu verhindern. Eine Beschränkung des Kupfergehalts auf maximal 0,2 Gew.-% führt vor allem zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung in der spezifischen Anwendung. Der Mangangehalt von weniger als 0,2 Gew.-% verringert die Tendenz zur Bildung von gröberen Mangangausscheidungen. Chrom sorgt zwar für ein feines Gefüge, ist aber auf 0,1 Gew.-% zu beschränken, um ebenfalls grobe Ausscheidungen zu vermeiden. Das Vorhandensein von Mangan verbesserte dagegen die Schweißbarkeit durch Verringerung der Rissneigung beziehungsweise Abschreckempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Aluminiumbandes. Eine Reduzierung des Zink-Gehaltes auf maximal 0,1 Gew.-% verbessert insbesondere die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung bzw. des fertigen Blechs in der jeweiligen Anwendung. Dagegen sorgt Titan für eine Kornfeinung während des Gießens, sollte aber auf maximal 0,1 Gew.-% beschränkt werden, um eine gute Gießbarkeit der Aluminiumlegierung zu gewährleisten.
• Eine Aluminiumlegierung vom Typ AA6060 weist folgende Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent auf: $$\mathrm{0,35}\%\le \mathrm{Mg}\le \mathrm{0,6}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,3}\%\le \mathrm{Si}\le \mathrm{0,6}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,1}\%\le \mathrm{Fe}\le \mathrm{0,3}\%$$

  

  $$\mathrm{Cu}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Mn}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cr}\le \mathrm{0,05}\%,$$

  

  $$\mathrm{Zn}\le \mathrm{0,10}\%,$$

  

  $$\mathrm{Ti}\le \mathrm{0,1}\%$$

  

  und
  Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen maximal in Summe 0,15 %, einzeln maximal 0,05 %.
• Die Kombination aus genau vorgegebenem Magnesiumgehalt mit einem im Vergleich zur ersten Ausführungsform reduzierten Si-Gehalt und eng spezifiziertem Fe-Gehalt ergibt eine Aluminiumlegierung, bei welcher besonders gut die Bildung Mg₂Si Ausscheidungen nach dem Warmwalzen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verhindert werden kann, so dass ein Blech mit einer verbesserten Dehnung und hohen Dehngrenzen im Vergleich zu konventionell hergestellten Blechen bereitgestellt werden kann. Die geringeren Obergrenzen der Legierungsbestandteile Cu, Mn und Cr verstärken den Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich. Hinsichtlich der Auswirkungen der Obergrenze von Zn und Ti wird auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform der Aluminiumlegierung verwiesen.
• Eine Aluminiumlegierung vom Typ AA6014 weist folgende Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent auf: $$\mathrm{0,4}\%\le \mathrm{Mg}\le \mathrm{0,8}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,3}\%\le \mathrm{Si}\le \mathrm{0,6}\%,$$

  

  $$\mathrm{Fe}\le \mathrm{0,35}\%$$

  

  $$\mathrm{Cu}\le \mathrm{0,25}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,05}\%\le \mathrm{Mn}\le \mathrm{0,20}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cr}\le \mathrm{0,20}\%,$$

  

  $$\mathrm{Zn}\le \mathrm{0,10}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,05}\%\le \mathrm{V}\le \mathrm{0,20}\%,$$

  

  $$\mathrm{Ti}\le \mathrm{0,1}\%$$

  

  und
  Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen maximal in Summe 0,15 %, einzeln maximal 0,05 %.
• Eine Aluminiumlegierung vom Typ AA6181 weist folgende Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent auf: $$\mathrm{0,6}\%\le \mathrm{Mg}\le \mathrm{1},0\%,$$

  

  $$\mathrm{0,8}\%\le \mathrm{Si}\le \mathrm{1},2\%,$$

  

  $$\mathrm{Fe}\le \mathrm{0,45}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cu}\le \mathrm{0,10}\%,$$

  

  $$\mathrm{Mn}\le \mathrm{0,15}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cr}\le \mathrm{0,10}\%,$$

  

  $$\mathrm{Zn}\le \mathrm{0,20}\%,$$

  

  $$\mathrm{Ti}\le \mathrm{0,1}\%$$

  

  und Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen maximal in Summe 0,15 %, einzeln maximal 0,05 %.
• Eine Aluminiumlegierung vom Typ AA6111 weist folgende Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent auf: $$\mathrm{0,5}\%\le \mathrm{Mg}\le \mathrm{1},0\%,$$

  

  $$\mathrm{0,7}\%\le \mathrm{Si}\le \mathrm{1},1\%,$$

  

  $$\mathrm{Fe}\le \mathrm{0,40}\%$$

  

  $$\mathrm{0,50}\%\le \mathrm{Cu}\le \mathrm{0,90}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,15}\%\le \mathrm{Mn}\le \mathrm{0,45}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cr}\le \mathrm{0,10}\%,$$

  

  $$\mathrm{Zn}\le \mathrm{0,15}\%,$$

  

  $$\mathrm{Ti}\le \mathrm{0,1}\%$$

  

  und
  Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen maximal in Summe 0,15 %, einzeln maximal 0,05 %. Die Legierung AA6111 zeigt grundsätzlich augrund des erhöhten Kupfergehaltes höhere Festigkeitswerte im Einsatzzustand T6, ist aber als korrosionsanfälliger anzustufen.
• Alle aufgezeigten Aluminiumlegierungen sind spezifisch in ihren Legierungsbestandteilen auf unterschiedliche Anwendungen angepasst. Wie bereits ausgeführt, zeigen sie besonders hohe Dehnungswerte im Zustand T4 gepaart mit einer besonders ausgeprägten Steigerung der Dehngrenze beispielsweise nach einem Warmauslagern bei 205 °C / 30 Min..
• Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Aluminiumband bestehend aus einer AlMgSi-Legierung, dadurch erreicht, dass das Aluminiumband im Zustand T4 eine Bruchdehnung A₈₀ von mindestens 30 % bei einer Dehngrenze Rp0,2 von 80 bis 140 MPa aufweist. Der Auslieferungszustand T4 wird üblicherweise durch ein Lösungsglühen mit Abschrecken und einer anschließenden Lagerung bei Raumtemperatur für mindestens drei Tage erreicht, da dann die Eigenschaften der lösungsgeglühten Bleche oder Bänder stabil sind. Die Kombination aus Bruchdehnung A₈₀ und Dehngrenze Rp0,2 des erfindungsgemäßen Aluminiumbandes ist mit bisher bekannten AlMgSi-Legierungen nicht erreicht worden. Das erfindungsgemäße Aluminiumband ermöglicht daher maximale Umformgrade aufgrund der hohen Dehnungswerte mit maximalen Werten für die Dehngrenze Rp0,2 im fertigen Blech bzw. Bauteil.
• Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Aluminiumband im Zustand T6, also im Einsatzzustand bzw. Anwendungszustand, eine Dehngrenze Rp0,2 von mehr als 185 MPa bei einer Dehnung A₈₀ von mindestens 15 % auf. Diese Werte wurden bei erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumbändern im Zustand T6 gemessen, welche eine Warmauslagerung bei 205 °C/30 Min. nach einem Lösungsglühen und Abschrecken (Zustand T4) durchlaufen haben. Aufgrund der hohen Dehngrenzen im Zustand T6 bei sehr guten Dehnungswerten im Zustand T4 ist das erfindungsgemäße Aluminiumband beispielsweise für die Verwendung im Kraftfahrzeugbau besonders gut geeignet.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das lösungsgeglühte und abgeschreckte Aluminiumband nach einer Warmauslagerung bei 205 °C / 30 Min. im Zustand T6 eine Dehngrenzendifferenz ΔRp0,2 zwischen Zustand T6 und T4 von mindestens 80 MPa auf. Die Steigerung der Dehngrenze vom Zustand T4 in den Zustand T6 ist bei dem erfindungsgemäßen Aluminiumband besonders hoch. Das erfindungsgemäße Aluminiumband kann deshalb im Zustand T4 sehr gut umgeformt und anschließend durch ein Warmauslagern in einen hochfesten Einsatzzustand (Zustand T6) versetzt werden kann. Bei den notwendigen, komplexen Formgebungen und den geforderten hohen Festigkeitswerten bzw. Dehngrenzen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbau, ist eine gute Aushärtbarkeit für die Herstellung komplexer Bauteile von besonderem Vorteil.
• Vorzugsweise weisen die Aluminiumbänder eine Dicke von 0,5 mm bis 12 mm auf. Aluminiumbänder mit Dicken von 0,5 mm bis 2 mm werden vorzugsweise für Karosserieteile beispielsweise im Kraftfahrzeugbau verwendet, während Aluminiumbänder mit größeren Dicken von 2 bis 4,5 mm beispielsweise in Fahrwerksteilen im Kraftfahrzeugbau Anwendungen finden. Einzelne Komponenten können im Kaltband auch mit einer Dicke von bis 6 mm gefertigt werden. Daneben können in spezifischen Anwendungen auch Aluminiumbänder mit Dicken von bis zu 12 mm verwendet werden. Diese Aluminiumbänder mit sehr großer Dicke werden üblicherweise nur durch Warmwalzen bereitgestellt.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aluminiumbandes ist die Aluminiumlegierung des Aluminiumbandes vom Legierungstyp AA6xxx, vorzugsweise AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 oder AA6181. Hinsichtlich der Vorteile dieser Aluminiumlegierungen wird auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
• Aufgrund der hervorragenden Kombination zwischen guter Umformbarkeit im Zustand T4, hoher Korrosionsbeständigkeit sowie hohen Werten für die Dehngrenze Rp0,2 im Einsatzzustand (Zustand T6) wird die oben aufgeführte Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung eines aus einem erfindungsgemäßen Aluminiumband hergestellten Blechs als Bauteil, Fahrwerks- oder Strukturteil und -blech im Kraftfahrzeug-, Flugzeug- oder Schienenfahrzeugbau, insbesondere als Komponente, Fahrwerksteil, Außen- oder Innenblech im Kraftfahrzeugbau, vorzugsweise als Karosseriebauelement, gelöst. Vor allem sichtbare Karosserieteile, beispielsweise Motorhauben, Kotflügel etc. sowie Außenhautteile eines Schienenfahrzeugs oder Flugzeugs profitieren von den hohen Dehngrenzen Rp0,2 bei guten Oberflächeneigenschaften auch nach einem Umformen mit hohen Umformgraden.
• Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Aluminiumband und die Verwendung eines daraus hergestellten Blechs auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die in den Patentansprüchen 1 und 6 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
• Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bandes aus einer AlMgSi-Aluminiumlegierung mit den Schritten a) Herstellen und Homogenisieren des Walzbarrens, b) Warmwalzen, c) Kaltwalzen und d) mit Lösungsglühen mit Abschrecken.
• Zunächst wird ein Walzbarren 1 aus einer Aluminiumlegierung mit den folgenden Legierungsbestandteilen in Gewichtsprozent gegossen: $$\mathrm{0,35}\%\le \mathrm{Mg}\le \mathrm{0,6}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,3}\%\le \mathrm{Si}\le \mathrm{0,6}\%,$$

  

  $$\mathrm{0,1}\%\le \mathrm{Fe}\le \mathrm{0,3}\%$$

  

  $$\mathrm{Cu}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Mn}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cr}\le \mathrm{0,05}\%,$$

  

  $$\mathrm{Zn}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Ti}\le \mathrm{0,1}\%$$

  

  und
  Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen maximal in Summe 0,15 %, einzeln maximal 0,05 %.
• Der so hergestellte Walzbarren wird bei einer Homogenisierungstemperatur von etwa 550 °C für 8 h in einem Ofen 2 homogenisiert, so dass die zulegierten Legierungsbestandteile besonders homogen verteilt im Walzbarren vorliegen, Fig 1a).
• In Fig 1b) ist dargestellt, wie der Walzbarren 1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßes Verfahrens durch ein Warmwalzgerüst 3 reversierend warmgewalzt wird, wobei der Walzbarren 1 eine Temperatur von 230 bis 550 °C während des Warmwalzens aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel hat nach Verlassen des Warmwalzgerüsts 3 und vor dem vorletzten Warmwalzstich das Warmband 4 vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 400 °C. Vorzugsweise erfolgt bei dieser Warmbandtemperatur von mindestens 400 °C die Abschreckung des Warmbandes 4 unter Verwendung eines Platinenkühlers 5 und der Arbeitswalzen des Warmwalzgerüstes 3. Der Platinenkühler 5, nur schematisch dargestellt, besprüht das Warmband 4 mit kühlender Walzemulsion und sorgt für eine beschleunigte Abkühlung des Warmbandes 4. Die Arbeitswalzen des Warmwalzgerüstes 3 sind mit Emulsion beaufschlagt und kühlen das Warmband 4 weiter herunter. Nach dem letzten Walzstich hat das Warmband 4 am Ausgang des Platinenkühlers 5' im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich eine Temperatur von 95 °C und wird anschließend über die Aufwickelhaspel 6 aufgewickelt werden.
• Dadurch, dass das Warmband 4 unmittelbar am Auslauf des letzten Warmwalzstichs eine Temperatur von maximal 130 °C bzw. maximal 100 °C aufweist bzw. optional in den letzten beiden Warmwalzstichen unter Verwendung des Platinenkühlers 5 und der Arbeitswalzen des Warmwalzgerüstes 3 auf eine Temperatur unterhalb von 130 °C bzw. unter 100°C gebracht wird, weist das Warmband 4 einen eingefrorenen Kristallgefügezustand auf, da keine zusätzliche Energie in Form von Wärme für nachfolgende Ausscheidungsvorgänge zur Verfügung steht. Das Warmband mit einer Dicke von 3 bis 12 mm, vorzugsweise 3,5 bis 8 mm wird über die Aufwickelhaspel 6 aufgewickelt. Wie bereits ausgeführt, beträgt die Aufwickeltemperatur im vorliegenden Ausführungsbeispiel weniger als 95 °C.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können sich in dem aufgewickelten Warmband 4 jetzt keine oder nur wenige grobe Mg₂Si-Ausscheidungen bilden. Das Warmband 4 hat einen für die Weiterverarbeitung sehr günstigen Kristallzustand und kann von der Abwickelhaspel 7 abgewickelt beispielsweise einem Kaltwalzgerüst 9 zugeführt und wieder auf einer Aufwickelhaspel 8 aufgewickelt werden, Fig. 1c).
• Das resultierende, kaltgewalzte Band 11 wird aufgewickelt. Anschließend wird es einem Lösungsglühen und Abschrecken 10 zugeführt, Fig. 1d). Hierzu wird es erneut vom Coil 12 abgewickelt, in einem Ofen 10 lösungsgeglüht und abgeschreckt wieder zu einem Coil 13 aufgewickelt. Das Aluminiumband kann dann nach einer Kaltauslagerung bei Raumtemperatur im Zustand T4 mit maximaler Umformbarkeit ausgeliefert werden. Alternativ (nicht dargestellt) kann das Aluminiumband 11 in einzelne Bleche vereinzelt werden, welche nach einem Kaltauslagern im Zustand T4 vorliegen.
• Bei größeren Aluminiumbanddicken, beispielsweise bei Fahrwerksanwendungen oder Komponenten wie beispielsweise Bremsankerplatten können auch alternativ durch eine Stückglühungen durchgeführt werden und die Bleche anschließend abgeschreckt werden.
• Im Zustand T6 wird das Aluminiumband oder das Aluminiumblech durch eine Warmauslagerung bei 100 °C bis 220 °C gebracht, um maximale Werte für die Dehngrenze zu erzielen. Beispielsweise kann eine Warmauslagerung bei 205 °C/ 30 Min. durchgeführt.
• Die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel hergestellten Aluminiumbänder weisen nach dem Kaltwalzen beispielsweise eine Dicke von 0,5 bis 4,5 mm auf. Banddicken von 0,5 bis 2 mm werden übicherweise für Karroserieanwendungen bzw. Banddicken von 2,0 mm bis 4,5 mm für Fahrwerksteile im Kraftfahrzeugsbau verwendet. In beiden Anwendungsbereichen sind die verbesserten Dehnungswerte bei der Herstellung der Bauteile von entscheidendem Vorteil, da zumeist starke Umformungen der Bleche durchgeführt werden und trotzdem hohe Festigkeiten im Einsatzzustand (T6) des Endprodukt benötigt werden.
• In Tabelle 1 sind die Legierungszusammensetzungen von Aluminiumlegierungen angegeben, aus welchen konventionell oder erfindungsgemäß Aluminiumbänder hergestellt wurden. Neben den gezeigten Gehalten an Legierungsbestandteilen enthalten die Aluminiumbänder als Restanteil Aluminium und Verunreinigungen, einzeln maximal 0,05 Gew.-% und in Summe maximal 0,15 Gew.-%. Tabelle 1

  Proben	Si Gew.-%	Fe Gew.-%	Cu Gew.-%	Mn Gew.-%	Mg Gew.-%	Cr Gew.-%	Zn Gew.-%	Ti Gew.-%
  409	1,29	0,17	0,001	0,057	0,29	<0,0005	<0,001	0,02
  410	1,30	0,17	0,001	0,056	0,29	<0,0005	<0,001	0,0172
  491-1	1,39	0,18	0,002	0,062	0,30	0,0006	0,01	0,0158
  491-11	1,40	0,18	0,002	0,063	0,31	0,0006	0,0104	0,0147

• Die Bänder 409 und 410 wurden mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, bei welchem das Warmband innerhalb der letzten beiden Warmwalzstiche von etwa 400°c auf 95 °C unter Verwendung eines Platinenkühlers sowie der Warmwalzen selbst abgekühlt und aufgewickelt wurde. In Tabelle 2 sind die Messwerte dieser Proben mit "Inv." gekennzeichnet. Anschließend erfolgte ein Kaltwalzen auf eine Enddicke von 1,04 mm.
• Die Proben 491-1 und 491-11 wurden mit einem konventionellen Warmwalzen und Kaltwalzen hergestellt und mit einem "Konv." gekennzeichnet.
• Die in Tabelle 2 dargestellten Resultate der mechanischen Eigenschaften zeigen deutlich den Unterschied in den erzielbaren Dehnungswerten A₈₀. Tabelle2

  Proben			T4			T6
  						205 °C / 30 Min.
  		Dicke	Rp0,2	Rm	A80	Rp0,2	Rm	A80	ΔRp0,2
  		(mm)	(MPa)	(MPa)	(%)	(MPa)	(MPa)	(%)	(MPa)
  409	Inv.	1,04	100	220	31,3	187	251	16,2	87
  410	Inv.	1,04	98	217	30,3	195	256	15,5	97
  491-1	Konv.	1,04	92	202	27,8	180	235	14,7	88
  491-11	Konv.	1,04	88	196	27,4	179	232	14,3	91

• Zur Erzielung des T4-Zustands wurden die Proben einem Lösungsglühen mit nachfolgender Abschreckung und einer anschließender Kaltauslagerung bei Raumtemperatur unterworfen. Der T6-Zustand wurde durch eine Warmauslagerung bei 205 °C für 30 Minuten erreicht.
• Es zeigte sich, dass das vorteilhafte Gefüge, welches über das erfindungsgemäße Verfahren in den Proben 409 und 410 eingestellt wurde, bei gestiegener Dehngrenze Rp0,2 und Festigkeit Rm eine Steigerung der Dehnung A₈₀ ermöglichte. Dieses Gefüge führt zu der besonders vorteilhaften Kombination aus hoher Bruchdehnung A₈₀ von mindestens 30 % bzw. mindestens 30 % bei sehr hohen Werten für die Dehngrenze Rp0,2 von 80 bis 140 MPa. Im Zustand T6 kann die Dehngrenze bis auf über 185 MPa ansteigen, wobei die Dehnung A₈₀ weiterhin bei mehr als 15 % verbleibt. Die Aushärtbarkeit mit einem ΔRp0,2 von 87 bzw. 97 MPa zeigt, dass die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele trotz der erhöhten Dehnungswerte von mehr als 15 % eine sehr gute Steigerung der Dehngrenze im warmausgelagerten Zustand T6 bei einer Warmauslagerung bei 205 °C / 30 Min. erreichen.
• Die Bruchdehnungswerte A₈₀, die Dehngrenzwerte Rp0,2 und die Zugfestigkeitswerte Rm in den nachfolgenden Tabellen wurden nach DIN EN gemessen.
• Die Messwerte konnten im Zustand T4 durch Messungen an weiteren Bändern verifiziert werden. Die Aluminiumlegierung der Proben A und B wiesen folgende Zusammensetzung auf: $$\mathrm{0}\mathrm{.25}\%\le \mathrm{Mg}\le \mathrm{0,6}\%,$$

  

  $$\mathrm{1}\mathrm{.0}\%\le \mathrm{Si}\le \mathrm{1}\mathrm{,5}\%,$$

  

  $$\mathrm{Fe}\le \mathrm{0,5}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cu}\le \mathrm{0,2}\%,$$

  

  $$\mathrm{Mn}\le \mathrm{0,2}\%,$$

  

  $$\mathrm{Cr}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Zn}\le \mathrm{0,1}\%,$$

  

  $$\mathrm{Ti}\le \mathrm{0,1}\%$$

  

  und Rest Al sowie unvermeidbare Verunreinigungen maximal in Summe 0,15 %, einzeln maximal 0,05 %.
• Die Proben A und B wurden unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Abschrecken des Warmbandes innerhalb der letzten zwei Warmwalzstiche auf 95 °C aufgewickelt und anschließend auf eine Enddicke von 1,0 mm respektive 3,0 mm kaltgewalzt. Um den Zustand T4 zu erreichen wurden die Proben A und B lösungsgeglüht und nach einem Abschrecken kalt ausgelagert.
• Folgende Messwerte konnten an beiden Proben ermittelt werden: Tabelle 3

  Proben		T4
  	Dicke	Rp0,2	Rm	A80
  	(mm)	(MPa)	(MPa)	(%)
  A	1,0	107	221	31,1
  B	3,0	108	212	32,0

• Die noch einmal gesteigerten Dehnungswerte A₈₀ zeigen die herausragende Eignung dieser Aluminiumbänder für die Herstellung von Bauteilen, bei welchen sehr hohe Umformgrade während der Herstellung im Zustand T4 mit maximalen Zugfestigkeiten Rm und Dehngrenzen Rp0,2 im Zustand T6 kombiniert werden müssen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bands aus einer AlMgSi-Legierung, bei welchem ein Walzbarren aus einer AlMgSi-Legierung gegossen wird, der Walzbarren einer Homogenisierung unterzogen wird, der auf Warmwalztemperatur gebrachte Walzbarren warmgewalzt wird und anschließend optional auf Enddicke kaltgewalzt,
   dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband unmittelbar nach dem Auslauf aus dem letzten Warmwalzstich eine Temperatur von maximal 130 °C, vorzugsweise eine Temperatur von maximal 100 °C aufweist und das Warmband mit dieser oder einer geringeren Temperatur aufgewickelt wird, wobei das Warmband unter Verwendung von mindestens einem Platinenkühler und der emulsionsbeaufschlagten Warmwalzstiche selbst auf die Auslauftemperatur abgeschreckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalztemperatur des Warmbandes vor dem Abkühlprozess während des Warmwalzens, insbesondere vor vorletzten Warmwalzstich mindestens 230 °C, vorzugsweise über 400 °C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des fertigen Warmbandes 3 mm bis 12 mm, vorzugsweise 3,5 mm bis 8 mm beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
   dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung vom Legierungstyp AA6xxx, vorzugsweise AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 oder AA6181 ist.
5. Aluminiumband bestehend aus einer AlMgSi-Legierung mit, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
   dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumband im Zustand T4 eine Bruchdehnung A₈₀ von mindestens 30 % bei einer Dehngrenze von Rp0,2 von 80 bis 140 MPa aufweist.
6. Aluminiumband nach Anspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet, dass das lösungsgelühte und abgeschreckte Aluminiumband nach einer Warmauslagerung bei 205 °C / 30 Minuten im Zustand T6 eine Dehngrenze von Rp0,2 von mehr als 185 MPa. Beschreibung: bei einer Dehnung von A₈₀ von mindestens 15 % aufweist.
7. Aluminiumband nach Anspruch 5 oder 6,
   dadurch gekennzeichnet, dass das lösungsgelühte und abgeschreckte Aluminiumband nach einer Warmauslagerung bei 205 °C / 30 Minuten im Zustand T6 eine Dehngrenzendifferenz ΔRp0,2 zwischen Zustand T6 und T4 von mindestens 80 MPa aufweist.
8. Aluminiumband nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
   dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumband eine Dicke von 0,5 bis 12 mm aufweist.
9. Aluminiumband einem der Ansprüche 5 bis 8,
   dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung vom Legierungstyp AA6xxx, vorzugsweise AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 oder AA6181 ist.
10. Verwendung eines Blechs hergestellt aus einem Aluminiumband nach einem der Ansprüche 5 bis 9 als Bauteil, Fahrwerks- oder Strukturteil bzw. Blech im Kraftfahrzeug-, Flugzeug- oder Schienenfahrzeugbau, insbesondere als Komponente, Fahrwerksteil, Außen- oder Innenblech im Kraftfahrzeugbau, vorzugsweise als Karosseriebauelement.

Images