NO178550B - Fremgangsmåte for fremstilling av en aluminiumlegeringstrimmel med redusert rynking - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av råmateriale i form av aluminiumlegeringsbånd egnet for trekking og dimensj ons-dyptrekking og med redusert rynking, hvor aluminiumlegerings-smelte kontinuerlig støpes i båndform i en støpeinnretning, idet båndene er egnet for fremstilling av bokslegemer.

Aluminiumlegeringer i form av kaldvalsede bånd er på vel-lykket måte blitt bearbeidet til bokser for drikkevarer ved trekking og dimensjons-dyptrekking. Flere prosesser er kjente for fremstilling av aluminiumbånd for anvendelse i disse drikkevare-bokser. Typisk støpes aluminium ved hjelp av kjente metoder, så som horisontal og vertikal direkte kokillestøping eller båndstøping for viderebehandling. Én slik prosess er beskrevet i US-patent nr. 3 787 248. Det beskrives at denne prosess fremstiller bånd som har en høy rynkingsgrad.

US-patent nr. 4 238 248 beskriver en flertrinnsprosess for fremstilling av et aluminiumholdig bånd, som beskrives å ha forbedret formbarhet og minsket rynking. Dette patent er i sin helhet inkorporert her som referanse.

Et typisk mål for rynking er 45° rynking eller valsetek-stur. Denne verdi bestemmes ved å måle høyden på rynker som rager opp i et beger minus høyden på fordypningene mellom ryn-kene. Denne differanse divideres med høyden på fordypningene ganger 100 for å omregne til prosent. 45° rynkingen måles ved 45° i forhold til båndets langsgående akse.

Mens prosessen beskrevet i US-patent nr. 4 238 248 er anvendbar for fremstilling av materialer med redusert rynking, er det nå blitt funnet at rynking i støpte bånd kan reduseres under opprettholdelse av konvensjonell flytegrense ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumholdig, båndformet råmateriale som er egnet for trekking og dimensjons-dyptrekking, og som har redusert rynking. Ved fremgangsmåten støpes en aluminiumholdig smelte kontinuerlig i båndform i en støpeinnretning. Båndet som har en første tykkelse, fjernes fra støpeinnretningen, og føres inn i en varmvalse-prosess ved en båndtemperatur mellom 471"C og 538°C. Båndet varmvalses for å redusere båndets tykkelse med minst 70% og for å tilveiebringe et varmvalset bånd med en andre tykkelse. Uttakstemperaturen for båndet fra varmevalsebearbeidingen er ikke høyere enn 343°C . Båndet kaldvalses så for å tilveiebringe et kaldvalset bånd med en tredje tykkelse. Dette kaldvalsede bånd glødes ved mellomliggende glødetemperatur for å tilveiebringe et glødet bånd. Det glødede bånd behandles videre ved kaldvalsing som er tilstrekkelig for å optimere balansen mellom 45° rynking og konvensjonell flytegrense og for å tilveiebringe et produktbånd med en fjerde tykkelse.

I en ytterligere utførelse omfatter foreliggende oppfinnelse bearbeiding av en 5017-legering ved å føre et støpt bånd av legeringen inn i en varm valse ved en temperatur mellom 482°C og 524°C. Dette bånd yarmvalses for å redusere tykkelsen med minst 70%, idet båndet forlater de varme valser ved en temperatur under 332°C. Båndet kaldvalses for å redusere tykkelsen med minst 35%, idet det kaldvalsede bånd kveiles opp. Båndkveilen glødes ved en mellomliggende glødetemperatur på mellom 3 68,4 og 373,9°C. Det glødede bånd kaldbearbeides så mellom 40% og 50%.

I en annen utførelse omfatter foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av et aluminiumholdig, båndformet råmateriale, egnet for fremstilling av bokslegemer, og med redusert rynking. Aluminiumholdig smelte støpes kontinuerlig i båndform i en støpeinnretning, og føres inn i en varmvalse-operasjon ved en båndtemperatur på mellom 471°C og 524°C. Båndet varmvalses for å redusere tykkelsen med minst 80%, idet båndet går ut av varmvalse-bearbeidingen med en båndtemperatur som ikke er høyere enn 332,2°C. Båndet kveiles opp, og tillates å krystallisere for å danne korn med en glødet tekstur. Det resulterende bånd kaldvalses for å redusere tykkelsen med minst 3 5%, idet det resulterende bånd kveiles opp. Kveilen gjennomgår en mellomliggende gløde-prosess, idet det glødede bånd kaldvalses ved en kald-bearbeidingsprosent tilstrekkelig til å optimere balansen mellom 45° rynkingen og den konvensjonelle flytegrense. Fig. 1 viser grafisk en sammenligning av 45° rynking og konvensjonell flytegrense i forhold til kaldbearbeidings-prosent. Fig. 2 viser grafisk prosentgraden av 45° rynking i forhold til utgangstemperaturen fra varmvalsen.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumark som har forbedret konvensjonell flytegrense og redusert rynking. Fremgangsmåten omfatter en kombinasjon av spesielle varmvalse- og kaldvalse-prosessbe-tingelser. Bånd-råmaterialet som fremstilles er spesielt egnet for fremstilling av dyptrukkede og dimensjons-dyptrukkede ar-tikler, så som bokser for drikkevarer eller lignende.

En båndstøper som er spesielt anvendbar i foreliggende oppfinnelse er detaljert beskrevet i US-patenter nr. 3 709 281, 3 744 545, 3 759 313, 3 774 670 og 3 835 917, som alle er inkorporert her som referanse i sin helhet, samt US-patent nr. 4 238 248.

For å minimere slitasje på fremstillingsverktøyet, samt overflatehull og revnede flenser i den ferdige boks, er det viktig å sikre intern metallkvalitet. Dette kan oppnås ved at det smeltede metall føres gjennom en mellomliggende av-gassingsenhet og til slutt gjennom et stivt mellomfilter for å tilveiebringe minimal inneslutning av gassformig og fast metalloksyd i smeiten. Det er foretrukket at gassinnholdet i hovedsak er null, målt ved hjelp av en gassanalysator, og at det er en maksimal inneslutning av 0,03 mm<2> pr. kg prøve, bestemt metallografisk fra en prøve tatt fra en filtreringsenhet for smeltet metall like før metallet strømmer inn i støpe-innretningen.

I støpeinnretningen som er foretrukket for foreliggende prosess, anvendes to sett kjøleblokker som roterer i motsatt retning, for å.danne et støpehulrom inn i hvilket aluminiumlegeringen bringes gjennom et termisk isolert dysesystem. Dette apparat er detaljert beskrevet i US-patent nr. 4 238 248, som er inkorporert, heri i det foregående. Det flytende metall av-kjøles og blir fast ved kontakt med kjøleblokkene. Metall-båndet går gjennom denne kjøle- og størkningsfase sammen med kjøleblokkene inntil båndet går ut av støpehulrommet hvor kjøleblokkene løftes av støpebåndet og beveges til en kjøler hvor kjøleblokkene avkjøles.

Ved denne støpeprosess er det to viktige temperatur-områder ved kjøling av aluminiumlegering fra den flytende tilstand. Det første temperaturområde er temperaturen mellom liguidus og solidus for aluminiumlegeringen. Det andre temperaturområde er mellom solidus og en temperatur 100"C under solidus. Avkjølingshastigheten når det støpte bånd går gjennom støpehulrommet i båndstøpemaskinen reguleres ved hjelp av forskjellige prosess- og produktparametre. Disse parametre omfatter sammensetningen av materialet som støpes, båndets dimensjoner, kjøleblokkmaterialet, lengden av støperommet, støpehastigheten og kjøleblokksystemets effektivitet.

Det er blitt funnet at bånd fremstilt under anvendelse av støpeinnretningen beskrevet i US-patent nr. 4 238 248 både har et minimalt 8 - 12 /im tykt overflate-segregeringssj ikt og en struktur som nominelt inneholder 60% SiFeMnAl6-omvandlet alfafase. Under størkningsprosessen omvandles betafasen til minst 60% alfafase. Denne struktur trenger gjennom og inn i det endelige bånd.

Det er foretrukket at det støpte bånd er så tynt som mulig. Dette minimerer den påfølgende bearbeidelse av båndet. Vanligvis er en begrensende faktor når det gjelder å oppnå minimal båndtykkelse det å være i stand til på jevn måte å føre metall gjennom fordelingsspissen og inn i støpeinnret-ningen. På det nåværende tidspunkt støpes båndet med en tykkelse mellom 15,2 og 20,3 mm. Det forventes imidlertid at tynnere bånd kan støpes i fremtiden.

Støpebåndet føres til en varmvalse som består av en serie varmvalse-trinn. Båndet går normalt ut av støpeinnretningen med et temperaturområde på 454°C - 593°C, og går fortrinnsvis inn i den første varmvalse med en temperatur i området 471°C - 538°C, og mer foretrukket i området 482°C - 524°C. Det er uventet blitt funnet at båndprodukt med forbedrede egenskaper kan oppnås dersom, i tillegg til de andre prosesstrinn som her er angitt, temperaturen i båndet som går ut av varmvalsen minimeres. For å oppnå de ønskede produktegenskaper, bør utgangstemperaturen fra varmvalsen ikke være mer enn ca. 343°C. Som angitt i det foregående, bør denne temperatur minimeres. Ettersom det bånd som forlater varmvalse-bearbeidingen vanligvis kveiles opp, er den praktiske nedre grense kveiletemperaturen. Slik den er anvendt her, anvendes betegnelsen "kveiletemperatur" slik at den betyr den laveste temperatur ved hvilken et bånd kan kveiles opp med det spesielle kveile-utstyr som anvendes. Den minimale anvendbare temperatur ved hvilken båndet kan forlate varmvalsen er kveiletemperaturen. Vanligvis er den laveste kveiletemperaturgrense i området 260°C - 295°C. Fortrinnsvis er temperaturen ved hvilken båndet kveiles opp (her også angitt som "varmkveiletemperaturen") mindre enn 338°C og mer foretrukket mindre enn 332°C.

Det er blitt funnet at for å oppnå de ønskede egenskaper, bør dimensjonen eller tykkelsen av båndet minimeres under varmvalsingen, dvs. reduksjonen i tykkelse bør maksimeres. Fortrinnsvis reduseres tykkelsen av båndet med minst 70%, mer foretrukket minst 75% og mest foretrukket minst 80% under varmvalsingen. Dimensjonen eller tykkelsen av båndet er normalt begrenset av den kraft som er tilgjengelig ved hjelp av det spesielle valseutstyr som anvendes. Normalt er tykkelsen av båndet fra varmvalsene i området 1-2 mm. Denne tykkelse avhenger selvsagt av tykkelsen på det støpte bånd. Dimen-sjonene for det varmvalsede bånd, tilveiebrakt i det foregående, er basert på et støpt bånd med en tykkelse mellom 15 og 20 mm. Et tynnere støpt bånd kunne selvsagt muliggjøre dannelsen av et tynnere bånd fra varmvalse-prosessen.

Hastigheten på båndet gjennom varmvalse-operasjonen jus-teres med henblikk på den nødvendige utgangstemperatur for båndet. Båndets hastighet avhenger også av det spesielle valseutstyr som anvendes. En typisk utgangshastighet for bånd med en dimensjon på ca. 2 mm er i området 46 - 61 m pr. minutt.

Båndet fra varmvalsene kveiles så fortrinnsvis opp. Det kveilede bånd kan tillates å kjøle seg av til omgivelsestemperatur før videre bearbeiding, så som gløding. For å oppnå de ønskede metallurgiske egenskaper for legeringen, er det viktig å rekrystallisere kornet fra varmvalse-teksturen til glødet tekstur. Dersom kveilen har tilstrekkelig masse, kan denne krystallisering gjennomføres ved ganske enkelt å tillate at kveilen avkjøles til omgivelsestemperatur. Dersom imidlertid kveilen har en mindre masse, kan det være nødvendig å gløde kveilen for å oppnå den ønskede krystallisering. Dersom det anvendes et glødetrinn, er det foretrukket at den varme kveil gjennomgår glødetrinnet før avkjøling for å minimere energi-behovet. Glødingen gjennomføres normalt ved en temperatur i området 316°C - 427°C og mer foretrukket i området 316 °C - 371°C. Kveilen holdes på den maksimale glødetemperatur eller "utjevnings"-temperatur i 2 - 6 timer. Normalt er den totale tid som medgår for varming av kveilen til glødetemperatur, utjevning ved glødetemperaturen og avkjøling av kveilen til omgivelsestemperatur 8-12 timer.

Kveilen fra glødetrinnet gjennomgår så en kaldvalse-bearbeiding. Ved denne bearbeiding kaldvalses båndet for å redusere båndets tykkelse. Fortrinnsvis reduseres båndets tykkelse med minst 3 0%, mer foretrukket minst 35%, og mest foretrukket minst 40% i dette kaldvalse-trinn. Dette bånd kveiles så opp for å danne en kaldvalset kveil. Denne kveil gjennomgår et mellomliggende glødetrinn, fulgt av ytterligere kaldvalsing. Tykkelsen av båndet under denne glødeoperasjon er her angitt som kaldkveil-dimensjon eller mellomglødings-dimensjon. Det endelige kaldbearbeidings-trinn er en viktig faktor når det gjelder regulering av produktets rynking. Graden av reduksjon i tykkelse som er nødvendig i det endelige kaldvalse-trinn, dvs. den endelige kaldbearbeidings-prosent, bestemmer graden av reduksjon i tykkelse som kreves i det første kaldvalse-trinn.

Den foretrukne endelige kaldbearbeidings-prosent er det punkt ved hvilket den optimale balanse mellom den konvensjonelle flytegrense (målt i pund pr. kvadratinch) og rynking oppnås. Dette punkt er vist i fig. 1 som den kaldbearbeidings-prosent ved hvilken kurven for den konvensjonelle flytegrense krysser 45° rynkekurven. Dette punkt kan lett bestemmes for en spesiell legeringssammensetning ved å føre opp hver av flytegrense-verdiene og rynkingsverdiene mot kaldbearbeidings-prosenten. Straks den foretrukne kaldbearbeidings-prosent er bestemt for det endelige kaldvalsede bånd, kan båndets dimensjon under det mellomliggende glødetrinn, og som en konsekvens av dette, kaldbeårbeidings-prosenten for det innledende kaldbearbeidings-trinn bestemmes.

Den endelige kaldbearbeidings-prosent som kreves for å minimere rynking er avhengig av sammensetningen av den spesielle legering. For eksempel er den foretrukne endelige kaldbearbeidings-prosent for legering 5017 omtrent 40 - 50%, mest foretrukket ca. 45%. 5017-legeringen har en sammensetning omfattende de følgende bestanddeler i de angitte vektprosent-områder: Mangan - 0,6 til 0,8; silisium - 0,15 til 0,4; jern - 0,3 til 0,7; kobber - 0,18 til 0,28; magnesium - 1,3 til 2,2; sporma-terialer - mindre enn 0,25, idet resten er aluminium. Det er forventet at aluminiumlegeringer med høyere magnesiuminnhold har høyere kaldbearbeidings-prosenter.

I en foretrukket utførelse av foreliggende fremgangsmåte gjennomgår legering 5017, som har gjennomgått varmvalsing og gløding for å tilveiebringe et bånd med en tykkelse på ca. 2 mm, kaldvalsing for å tilveiebringe et bånd med en tykkelse på ca. 0,64 mm. Dette bånd kveiles så fortrinnsvis opp, og gjennomgår et mellomliggende glødetrinn ved en temperatur mellom 368°C og 374°C. Det glødede bånd kaldvalses til en tykkelse på 0,35 mm, tilsvarende en endelig kaldbearbeidings-prosent på 45%.

Mellomglødingen gjennomføres for å tilveiebringe en utjevning ved glødetemperaturen på minst 2,5 timer. Fortrinnsvis er utjevningstiden 3 og 3,5 timer. Normalt kreves det 9-12 timer for å varme opp kveilen til glødetemperaturen, utjevning ved glødetemperaturen og avkjøling av kveilen ned til omgivelsestemperatur .

De følgende eksempler er ment å være illustrerende og ikke på noen måte begrensende.

Eksempler

En Taguchi multivarianttest ble lagt opp for å bedømme virkningen av visse produksjonsvariabler på rynking, bestemt ved en gjentrekkings-prøving (engelsk: redraw cup). En serie på 10 kveiler ble fremstilt under anvendelse av de samme støpebetingelser (innenfor de områder som er beskrevet i det foregående) og den samme legering (legering 5017), så nær som disse kunne reguleres. Virkningene av (a) magnesiumkonsentra-sjon i legeringen, (b) utgangsdimensjon fra varmvalsing, (c) varmvalse-glødetemperatur (°C) og (d) mellomliggende gløde-temperatur (°C) ble målt. Resultatene er vist i tabell 1. Det kan sees at både varmvalsings-dimensjonen og den mellomliggende glødetemperatur i betydelig grad påvirker rynkingen av produktet. Mengden av magnesium og varmvalse-glødetempera-tur har liten effekt.

Ytterligere tester ble gjennomført for å bestemme om varmvalse-utgangstemperaturen i båndet hadde noen effekt på rynking. Resultatene av gjennomførte forsøk under anvendelse av konstante støpebetingelser med én enkel legeringssammensetning (legering 5017) er vist i fig. 2. Varmvalse-utgangs-tempera turen ble endret fra 326,7 "C til over 343,3°C. 45° rynking ble bestemt. Disse resultater viser at varmvalse-utgangstemperaturen bør minimeres for å minimere rynking.

Den kumulative effekt ved regulering av variablene innenfor området ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i tabell 2. Variablene som ble regulert er angitt. Verdien for rynking angitt for en variabel både "før regulering" og "etter regulering" inkluderer reguleringen av den foregående variabel eller de foregående variabler, dvs. den verdi angitt for "45% endelig kaldbearbeiding" inkluderer regulering av varmvalse-utgangsdimensjon, 371,1°C mellomliggende gløding og varmvalse-utgangstemperatur. For materialer laget "før regulering" var utgangstemperaturen fra varmvalsingen fra 343 °C til 371°C, både varmvalse-temperaturer og mellomliggende glødetemperatur var 423,9°C og den endelige kaldbearbeiding var 54%.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av råmateriale i form av aluminiumlegerings-bånd egnet for trekking og dimensjons-dyptrekking og med redusert rynking, hvor aluminiumlegerings-smelte kontinuerlig støpes i båndform i en støpeinnretning, karakterisert ved at den omfatter (a) innføring av aluminiumlegeringsbåndet fra støpeinnret-ningen, idet båndet har en første tykkelse, i varmvalser med en båndtemperatur mellom 471°C og 538°C; (b) varmvalsing av båndet for å redusere båndets tykkelse med minst 70% under tilveiebringelse av et varmvalset bånd med en andre tykkelse; (c) uttaking av det varmvalsede bånd fra varmvalsene ved en temperatur som ikke er høyere enn 343°C; (d) kaldvalsing av det varmvalsede bånd, tilveiebrakt i trinn (c) for å tilveiebringe et kaldvalset bånd med en tredje tykkelse; (e) gløding av det kaldvalsede bånd ved en mellomglødetempe-ratur for å tilveiebringe et glødet bånd; og (f) ytterligere kaldvalsing av det glødede bånd i tilstrekkelig grad til å optimere balansen mellom 45° rynking og konvensjonell flytegrense og tilveiebringelse av et bånd med en fjerde tykkelse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at aluminiumlegeringsbåndet føres inn i varmvalsene ved en temperatur mellom 482°C og 524°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første tykkelse av båndet ved varmvalsingen reduseres med minst 75%.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at båndet fra varmvalsene kveiles opp og at kveilen glødes ved en temperatur mellom 316°C og 427"C i en tid på minst 2 timer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det tilveiebringes en tredje tykkelse som ikke er større enn 65% av den andre tykkelse.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det tilveiebringes en fjerde tykkelse som er mindre enn 60% av den tredje tykkelse.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes et aluminiumbånd med en sammensetning som omfatter 0,6 - 0,8 vekt% mangan, 1,3 - 2,2 vekt% magnesium, 0,15 - 0,4 vekt% silisium, 0,3 - 0,7 vekt% jern, 0,18 - 0,28 vekt% kobber, mindre enn 0,25 vekt% sporelementer, idet resten er aluminium.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det varmvalsede bånd fjernes fra varmvalsene med en temperatur mellom 316°C og 332 °C.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det kaldvalsede bånd glødes ved en temperatur mellom 368°C og 374°C.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det varmvalsede bånd tillates å krystallisere for å danne korn med en glødet tekstur.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at båndet går inn i varmvalsene med en temperatur mellom 482°C og 524°C, at båndet varmvalses for å redusere tykkelsen med minst 80%, at båndet forlater de varme valser med en temperatur som er under 332°C, at det varmvalsede bånd tillates å krystallisere for å danne korn med en glødet tekstur, at kaldvalsingen tilveiebringer en tredje tykkelse som er mindre enn 60% av den andre tykkelse, at det kaldvalsede bånd glødes ved en mellomglødetemperatur mellom 368°C og 374°C, og at det mellomglødede bånd kaldbearbeides mellom 40% og 50%.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at det aluminiumlegeringsbånd som anvendes har en sammensetning som omfatter 0,6 - 0,8 vekt% mangan, 1,3 - 2,2 vekt% magnesium, 0,15 - 0,4 vekt% silisium, 0,3 - 0,7 vekt% jern, 0,18 - 0,28 vekt% kobber, mindre enn 0,25 vekt% sporelementer, idet resten er aluminium.

13. Fremgangsmåte for fremstilling av råmateriale i form av aluminiumlegerings-bånd egnet for fremstilling av bokslegemer, og med redusert rynking, hvor aluminiumlegerings-smelte kontinuerlig støpes i båndform i en støpeinnretning, karakterisert ved at den omfatter (a) innføring av aluminiumlegeringsbåndet fra støpe-innretningen i en varmvalseinnretning med en båndtemperatur mellom 471°C og 524°C; (b) varmvalsing av båndet for å redusere båndets tykkelse med minst 70% under fremstilling av et varmvalset bånd; (c) uttaking av det varmvalsede bånd fra varmvalseinnretningen ved en temperatur under 338°C, gløding av det varmvalsede bånd ved en temperatur mellom 316°C og 427 "C i en tidsperiode på minst 2 timer for å tilveiebringe et glødet bånd; (e) kaldvalsing av det glødede bånd for å tilveiebringe et kaldvalset bånd med en tykkelse som er mindre enn 65% av det glødede bånd, gløding av det kaldvalsede bånd ved en mellomglødetemperatur mellom 366°C og 377°C; og (f) ytterligere kaldvalsing av det mellomglødede bånd ved en kaldvalse-prosent som er tilstrekkelig til å optimere balansen mellom rynkingen ved 45° og den konvensjonelle flytegrense for det fremstilte båndformede produkt.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at båndet som utvinnes fra varmvalsene kveiles opp og at kveilen glødes ved en temperatur mellom 315,6°C og 371,1°C i en tidsperiode på minst 2 timer, og ved at det kaldvalsede bånd kveiles opp før gløding ved en mellomliggende glødetemperatur.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at det varmvalsede bånd som fjernes fra varmvalseinnretningen kveiles opp, og at kveilen tillates å avkjøle seg til omgivelsestemperatur for å krystallisere kornet til en glødet tekstur.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at det kaldvalsede bånd kveiles opp før glødingen.