ES2257389T3 - Procedimiento de fabricacion de bandas muy delgadas en aleacion de aluminio-hierro. - Google Patents
Procedimiento de fabricacion de bandas muy delgadas en aleacion de aluminio-hierro.Info
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Abstract
Procedimiento de fabricación de bandas en aleación de aluminio de un espesor inferior o igual a 12 µm, que comprende: - la elaboración de una aleación de composición (%en peso): Si : 015-0, 4 Fe:1, 10-1, 70 Mg<0, 02 Mn:0, 30-0, 50 otros elementos <0, 05 cada uno y <0, 15 en total, resto aluminio, - la colada continua entre cilindros de una banda de esta aleación de un espesor comprendido entre 2 y 10 mm, - la homogeneización de esta banda a una temperatura comprendida entre 450 y 620ºC de una duración comprendida entre 8 y 40 h, - el laminado en frío de esta banda, - el recocido intermedio de la banda laminada en frío a una temperatura comprendida entre 200 y 400ºC, y de una duración comprendida entre 8 y 15 h, - el laminado en frío de la banda recocida hasta un espesor final inferior o igual a 12 µm, - el recocido final de la banda a una temperatura comprendida entre 200 y 300ºC, de una duración de al menos 50h.
Description
Procedimiento de fabricación de bandas muy
delgadas en aleación de aluminio-hierro.
La invención se refiere a un procedimiento de
fabricación de bandas muy delgadas de un espesor inferior o igual 12
\mum, en aleación del tipo aluminio-hierro. Se
utilizan bandas de este tipo en particular para la fabricación de
complejos multicapa que comprenden una capa de papel o de cartón,
una capa de aleación de aluminio y una capa de polímero,
susceptibles de ser utilizados para la confección de embalajes
alimentarios asépticos, flexibles o rígidos del tipo
"brick".
Las propiedades de uso buscadas para las bandas
muy delgadas en aleación de aluminio son una buena resistencia
mecánica, un alargamiento suficiente, un número muy pequeño de
orificios por unidad de superficie y una buena resistencia al
desgarro y al plegado. La ausencia de orificios va unida
esencialmente al tamaño del grano, que debe, en cualquier hipótesis,
ser inferior al espesor final.
Por otra parte, en el marco de la fabricación
industrial del producto, es importante que la aleación escogida
pueda colarse y laminarse con facilidad, que su elaboración no sea
demasiado costosa, en particular que no exija un contenido de
silicio demasiado bajo, y que finalmente la gama de transformación
del producto no sea demasiado complicada, en particular que evite un
número demasiado grande de tratamientos térmicos.
Las aleaciones utilizadas habitualmente para una
aplicación son unas aleaciones del tipo 1100 ó 1200 que contienen
menos del 1% en peso para la suma de los contenidos de silicio y
hierro. También es conocido el uso, para mejorar la resistencia
mecánica, de unas aleaciones de mayor contenido en hierro y adición
de manganeso, tales como las aleaciones 8006 y 8015, registradas en
la Aluminum Association respectivamente en 1978 y 1988.
La composición registrada del 8006 es (% en
peso):
\vskip1.000000\baselineskip
Si < 0,4
\hskip0,5cmFe: 1,2-2
\hskip0,5cmCu <0,30
\hskip0,5cmMn: 0,3-1
\hskip0,5cmMg < 0,10
\hskip0,5cmZn < 0,10
\vskip1.000000\baselineskip
La composición registrada del 8015 es:
\vskip1.000000\baselineskip
Si < 0,3
\hskip0,5cmFe: 0,8-1,4
\hskip0,5cmCu < 0,10
\hskip0,5cmMn: 0,10-0,40
\hskip0,5cmMg < 0,10
\hskip0,5cmZn < 0,10
\vskip1.000000\baselineskip
Un inconveniente importante de las aleaciones con
alto contenido de hierro es la dificultad de reciclar los desechos
de fabricación para otras aplicaciones; en efecto, la fabricación de
bandas muy delgadas es una operación delicada que conduce una carga
bruta por tonelada importante generando muchos rechazos. Un medio
para evitar este inconveniente es utilizar, para la producción de
semielaborados, una máquina de colada continua, por ejemplo una
colada continua entre cilindros, que permite reciclar directamente
los desechos y los rechazos de fabricación en el horno de
alimentación de la máquina. Esta ventaja se añade a las ventajas
intrínsecas de la colada continua, en particular el bajo coste de
inversión.
La patente US nº 5.380.379, presentada en 1993 a
nombre de Alcoa Aluminio Do Nordeste, describe una banda de aluminio
de composición (% en peso):
\vskip1.000000\baselineskip
Si < 0,2
\hskip0,5cmFe: 1,35-1,6
\hskip0,5cmCu < 01-0,4
\hskip0,5cmMn: 0,3-0,6
\hskip0,5cmB: 0,01-0,02
\vskip1.000000\baselineskip
elaborada por colada continua entre
cilindros con un espesor comprendido entre 4,8 y 10 mm, recocido a
más de 450ºC y laminado en frío. En el caso en que el espesor final
de la banda es inferior a 9 \mum, la patente preconiza un recocido
intermedio
suplementario.
La patente EP 0750685 (Alcan Internacional),
presentada en 1994, se refiere a una hoja delgada de un espesor
comprendido entre 5 y 40 \mum, de una composición (% en peso):
\vskip1.000000\baselineskip
Si < 0,4
\hskip0,5cmFe: 1,2-2,0
\hskip0,5cmMn: 0,2-1,0
\hskip0,5cmMg y/o Cu: 0,1-0,5
\hskip0,5cmZn<:0,1
\newpage
con un tamaño medio de grano
inferior a 5 \mum después del recocido final. El metal puede ser
colado por colada semicontinua convencional, o por colada continua
entre cilindros o entre
correas.
La solicitud WO 98/45492 (Alcan Internacional)
describe una hoja delgada reciclable, destinada en particular a las
aplicaciones domésticas, de composición:
\vskip1.000000\baselineskip
Si: 0,2-0,5
\hskip0,5cmFe: 0,4-0,8
\hskip0,5cmCu: 0,1-0,3
\hskip0,5cmMn: 0,05-0,3
\vskip1.000000\baselineskip
que contiene al menos 2% en peso de
dispersoides y al menos 0,1% de cobre y/o de manganeso en solución
sólida. La aleación es colada en continuo y se procede a un recocido
intermedio durante el laminado en
frío.
El objetivo de la invención es proporcionar un
procedimiento de fabricación de bandas de aleación del tipo
aluminio-hierro de un espesor inferior o igual a 12
\mum, y preferentemente inferior a 9 \mum, utilizando una colada
continua entre cilindros, y que conducen a unas bandas que presentan
a la vez una buena resistencia mecánica y una resistencia elevada al
desgarro y al plegado, en unas condiciones técnicas y económicas
compatibles con una producción industrial importante.
La invención tiene por objeto un procedimiento de
fabricación de bandas de aleación de aluminio de un espesor inferior
o igual a 12 \mum, y preferentemente inferior a 9 \mum, que
comprende:
- -
- la elaboración de una aleación de composición (% en peso):
\vskip1.000000\baselineskip
- Si:
0,15-0,4
\hskip0,5cm
Fe: 1,10-1,70\hskip0,5cm
Mg < 0,02\hskip0,5cm
Mn: 0,30-0,50
\vskip1.000000\baselineskip
- -
- otros elementos <0,05 cada uno y <0,15 en total, resto aluminio,
- -
- la colada continua entre cilindros de una banda de esta aleación de un espesor comprendido entre 2 y 10 mm,
- -
- la homogeneización de esta banda a una temperatura comprendida entre 450 y 620ºC de una duración comprendida entre 8 y 40 h,
- -
- el laminado en frío de esta banda,
- -
- el recocido intermedio de la banda laminada en frío a una temperatura comprendida entre 200 y 400ºC, y de una duración comprendida entre 8 y 15 h,
- -
- el laminado en frío de la banda recocida hasta un espesor final inferior o igual a 12 \mum,
- -
- el recocido final de la banda a una temperatura comprendida entre 200 y 300ºC, de una duración de al menos 50 h.
El procedimiento según la invención combina una
composición particular en el interior de la composición AA del 8006
y una gamma de fabricación, que conduce a unas propiedades de empleo
interesantes para la fabricación de los complejos para embalajes
alimentarios, evitando las obligaciones penalizantes en el plano
industrial.
La composición de la aleación presenta un
contenido de silicio, comprendido entre 0,15 y 0,40%, que no
necesita la utilización de una base pura y por lo tanto no necesita
ser particularmente controlada, contrariamente a las enseñanzas de
la patente US nº 5.380.379 que preconiza un contenido en silicio
inferior a 0,2% para evitar la formación de intermetálicos AlFeSi y
AlMnSi. El contenido de hierro, comprendido entre 1,1 y 1,7%, y
preferentemente <1,4%, se sitúa en la horquilla baja del 8006, y
se sitúa en la del 8015. El contenido de manganeso, comprendido
entre 0,3 y 0,5%, está también comprendido en la horquilla baja del
8006. Los contenidos de magnesio y cobre son mantenidos a unos
niveles bajos.
La aleación es colada con ayuda de una máquina de
colada continua de bandas entre dos cilindros refrigerados, como por
ejemplo el Jumbo 3C^{TM} de la sociedad Pechiney Rhenalu. La
colada se realiza con un espesor comprendido entre 2 y 10 mm, a una
velocidad de colada comprendida entre 0,5 y 3 m/mn. Es posible
reciclar la totalidad de los desechos y rechazos de fabricación en
el horno de alimentación de la máquina. La banda colada es
homogeneizada después a una temperatura comprendida entre 450 y
620ºC durante una duración comprendida entre 8 y 40 h, y es enfriada
a continuación lentamente.
Se procede a continuación a un laminado en frío
de desbastado hasta un espesor comprendido entre 0,8 y 0,3 mm, se
procede después a un recocido intermedio a una temperatura
comprendida entre 200 y 400ºC, de manera que se obtenga una
estructura fina, y preferentemente entre 302ºC y 370ºC para obtener
una estructura recristalizada, con un tamaño de grano que no
sobrepase los 30 \mum, y preferentemente 15 \mum. La banda es
laminada a continuación en frío hasta el espesor final según la
técnica habitual, sometida después a un recocido final de desgrasado
a una temperatura comprendida entre 200 y 300ºC, durante una
duración de al manos 50 h, dependiendo en particular de la anchura
de la banda.
Las bandas según la invención presentan una
resistencia a la ruptura superior a 100 MPa, un límite elástico
superior a 80 MPa, un alargamiento a la ruptura superior al 3% y una
porosidad según la norma EN 546-4 inferior a 10
orificios por dm^{2}. Presentan también una resistencia al
desgarro y al plegado mejoradas con respecto a las bandas salidas de
coladas clásicas.
Se puede constatar que se obtiene una banda de
menos de 12 \mum con unas propiedades de empleo totalmente
satisfactorias que no tienen más que un recocido intermedio,
mientras que, para la misma gama de espesor, la patente US nº
5.380.379 preconiza un primer recocido intermedio entre 200 y 250ºC,
con un espesor comprendido entre 0,31 y
0,38 mm, después un segundo recocido intermedio entre 200 y 300ºC, con un espesor comprendido entre 20 y 45 \mum.
0,38 mm, después un segundo recocido intermedio entre 200 y 300ºC, con un espesor comprendido entre 20 y 45 \mum.
Se obtienen estas prestaciones gracias a un
control preciso de la recristalización por medio del tamaño, la
morfología y la distribución de las partículas intermetálicas. Una
distribución homogénea de las partículas con un tamaño
suficientemente importante y una desaturación máxima de la solución
sólida de manganeso conducen a una recristalización con granos finos
y homogéneos, que contribuye a las buenas propiedades mecánicas, en
particular la resistencia al desgarro y al plegado, así como a la
baja porosidad del producto.
Las bandas obtenidas mediante el procedimiento
según la invención convienen particularmente para la fabricación de
complejos multicapa, por ejemplo los complejos papel o
cartón-aluminio-polímero destinados
a la confección de embalajes alimentarios asépticos del tipo
"brick". Pueden también ser utilizados en bruto, lacados o
barnizados para diversos tipos de embalajes.
Se prepara una aleación de composición:
Si=0,23% Fe=1,26% Cu=0,017%
Mn=0,37% Mg=0,0032% Ti=
0,008%.
0,008%.
La aleación ha sido colada con una anchura de
1500 mm, con un espesor de 8 mm a una velocidad de 0,96 m/mn en una
máquina de colada entre dos cilindros refrigerados de la marca Jumbo
3C^{TM} de la sociedad Pechiney Rhenalu. La banda colada ha sido
homogeneizada durante 12 h a una temperatura de 600ºC. La banda ha
sido laminada en frío a continuación hasta un espesor de 0,5 mm, y
después sometida a un recocido intermedio en bobina de 12 h a 350ºC
para que el metal recristalice con granos finos. Después es laminada
de nuevo hasta un espesor final de 6,60 \mum, y es sometida a
continuación a un recocido final de desgrasado durante
aproximadamente 80 h a 280ºC.
Se ha medido la resistencia a la ruptura R_{m},
el límite de elasticidad convencional al 0,2% de alargamiento
R_{0,2} (en MPa) y el alargamiento a la ruptura A (en %),
comparándolos con las propiedades de las bandas con el mismo espesor
de aleación 1200 en colada semicontinua tradicional. Los resultados
están indicados en la tabla 1.
| Invención | 1200 | |
| R_{m}(Mpa) | 103 | 73 |
| R_{0,2} (Mpa) | 86 | 50 |
| A(%) | 3,2 | 2,7 |
Se ha medido asimismo la porosidad de la banda
por el número de orificios por dm^{2} según la norma
EN-546-4. Esta porosidad es de 6
orificios por dm^{2}, a comparar con un valor medio de 13
orificios por dm^{2} para la aleación 1200 en colada clásica.
Se ha procedido a unos ensayos de resistencia al
desgarro de unas hojas recortadas en unas bandas en aleación 1200
salidas de una colada clásica y de unos espesores de 6,3, 6,6 y 9
\mum, y en unas bandas según la invención con los mismos
espesores. Los ensayos han sido realizados por el método Elmendorf
según la norma EN 21974 (ISO 1974). El ensayo consiste en determinar
la fuerza necesaria para propagar un desgarro en una probeta. Una
primera prueba sin ranura predefinida da un indicador de la
resistencia al inicio y a la propagación de una fisura, y una
segunda con ranura predefinida permite cuantificar la resistencia a
la propagación sola. La fuerza seleccionada en la lista del párrafo
1 del anexo A de la norma es de 4 N para el desgarro iniciado, y de
32 N para el desgarro no iniciado. Cada probeta está constituida por
un sándwich de 8 hojas, cuya dirección de laminado coincide con la
dirección de propagación de la fisura. Los resultados (media de
varios ensayos) relativos a la fuerza media necesaria para el
desgarro F1 (con inicio de fisura) y F2 (sin inicio de fisura) están
agrupados en la tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
| Aleación | Espesor (\mum) | F1 (mN) | F2 (mN) |
| 1200 | 6,3 | 52 | 236 |
| 1200 | 6,6 | 53 | 224 |
| 1200 | 9 | 45 | 280 |
| Invención | 6,3 | 78 | 435 |
| Invención | 6,6 | 56 | 440 |
| Invención | 9 | 94 | 560 |
\vskip1.000000\baselineskip
Se constata que las hojas según la invención
presentan una resistencia al desgarro más elevada que las elaboradas
mediante la colada clásica.
Se ha procedido a unas mediciones de resistencia
al plegado según la norma ISO 5626, utilizando el aparato de
Lhomargy. La solicitación de plegado es realizada mediante un
movimiento de vaivén de una ranura situada entre 4 cilindros que
controlan el ángulo de plegado. El dispositivo de enganche de la
banda y el esfuerzo de tensión han sido ligeramente modificados para
tener en cuenta la diferencia entre el aluminio y el papel. La
distancia entre las mordazas ha sido alargada a 35 mm (en lugar de
28,5 mm) y el sistema de contrapesos ajustado para dar unas
tensiones de 0,4 N, 1,7 N y 3 N (en lugar de 9,81 N y 8 N). Las
muestras utilizadas tienen las dimensiones de 170 mm x 15 mm (en
lugar de 100 x 15 mm), estando la dirección de laminado alineada con
la hoja de plegado, es decir perpendicular a la dirección del
esfuerzo de tensión. Los ensayos han sido realizados sobre unas
bandas de aleación 1200 de un espesor de 6,6 y 9 \mum, salidas de
colada clásica, y unas bandas según la invención con los mismos
espesores.
Se ha medido el número de ciclos para ruptura C
para diferentes tipos de solicitaciones (tensión y esfuerzo). Los
resultados (media de varios ensayos) están indicados en la tabla
3.
\vskip1.000000\baselineskip
| Aleación/ep. | Tensión (N) | Esfuerzo (MPa) | C |
| 1200 6,6 \mum | 0,4 | 4 | 170 |
| 1,7 | 17 | 45 | |
| 3 | 30 | 26 | |
| 8 | 80 | 5 | |
| Invención 6,6 \mum | 0,4 | 4 | 184 |
| 1,7 | 17 | 50 | |
| 3 | 30 | 29 | |
| 8 | 80 | 8 |
| Aleación/ep. | Tensión (N) | Esfuerzo (MPa) | C |
| 1200 9 \mum | 0,4 | 3 | 209 |
| 1,7 | 13 | 47 | |
| 3 | 22 | 27 | |
| Invención 9 \mum | 0,4 | 3 | 184 |
| 1,7 | 13 | 45 | |
| 3 | 22 | 33 |
Se constata que las bandas según la invención,
aunque más resistentes, mecánicamente, presentan una resistencia al
plegado casi mejor que la aleación 1200 en colada clásica para el
espesor de 6,6 \mum, y aproximadamente equivalente para 9
\mum.
Claims (6)
1. Procedimiento de fabricación de bandas en
aleación de aluminio de un espesor inferior o igual a 12 \mum, que
comprende:
- -
- la elaboración de una aleación de composición (% en peso):
\vskip1.000000\baselineskip
- Si :
015-0,4
\hskip0,5cm
Fe:1,10-1,70\hskip0,5cm
Mg<0,02\hskip0,5cm
Mn:0,30-0,50
\vskip1.000000\baselineskip
- otros elementos <0,05 cada uno y <0,15 en total, resto aluminio,
- -
- la colada continua entre cilindros de una banda de esta aleación de un espesor comprendido entre 2 y 10 mm,
- -
- la homogeneización de esta banda a una temperatura comprendida entre 450 y 620ºC de una duración comprendida entre 8 y 40 h,
- -
- el laminado en frío de esta banda,
- -
- el recocido intermedio de la banda laminada en frío a una temperatura comprendida entre 200 y 400ºC, y de una duración comprendida entre 8 y 15 h,
- -
- el laminado en frío de la banda recocida hasta un espesor final inferior o igual a 12 \mum,
- -
- el recocido final de la banda a una temperatura comprendida entre 200 y 300ºC, de una duración de al menos 50h.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el espesor de la banda es inferior a 9
\mum.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el contenido de
hierro de la aleación es inferior al 1,40%.
4. Procedimiento según unas de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el recocido
intermedio es único, es decir que no existe otro entre dos etapas de
laminado en frío.
5. Banda de aleación de aluminio de un espesor
inferior o igual a 12 \mum, fabricada por un procedimiento según
una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque
presenta una resistencia a la ruptura R_{m}> 100 MPa, un límite
elástico R_{0,2}>80 MPa, un alargamiento a la ruptura A> 3%
y una porosidad según la norma EN 546-4<10
orificios/dm^{2}.
6. Utilización de bandas según la reivindicación
5 para la fabricación de embalajes alimentarios asépticos del tipo
"brick".
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