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AT14897U1 - Durchlaufglühofen zur Verarbeitung von Blechmaterial aus Aluminiumlegierung - Google Patents

Durchlaufglühofen zur Verarbeitung von Blechmaterial aus Aluminiumlegierung Download PDF

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AT14897U1
AT14897U1 ATGM272/2015U AT2722015U AT14897U1 AT 14897 U1 AT14897 U1 AT 14897U1 AT 2722015 U AT2722015 U AT 2722015U AT 14897 U1 AT14897 U1 AT 14897U1
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AT
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annealing furnace
continuous annealing
temperature
sheet
tset
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ATGM272/2015U
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Aleris Aluminum Duffel Bvba
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Publication date
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Abstract

Die Neuerung bezieht sich auf einen Durchlaufglühofen (1), der eingerichtet ist, um ein Aluminiumblech (2) bei einer festgelegten Haltetemperatur (TSET) in einem Temperaturbereich von 450°C bis 590°C mittels Konvektionswärme-Transfer zu glühen, und wobei das bewegliche Aluminiumblech (2) sich im Wesentlichen waagrecht in einer Schwebeanordnung bewegen kann, der Durchlaufglühofen (1) einen Eingangsabschnitt (4) und einen Ausgangsabschnitt (5) hat, und wobei zusätzlich zur Gasfeuerungseinrichtung nahe dem Eingangsabschnitt (4) des Durchlaufglühofens (1) eine Heizvorrichtung (7) vorgesehen ist, um das bewegliche Aluminiumblech (2) nahe dem Eingangsabschnitt (4) von Umgebungstemperatur zu einer Temperatur von 5°C bis 100°C unter der TSET mit einer mittleren Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke von mindestens Y = -31.In(X) +50 vorzuwärmen, wobei Y die Aufwärmrate in °C/sec und X die Blechdicke in mm ist.

Description

Beschreibung
DURCHLAUFGLÜHOFEN ZUR VERARBEITUNG VON BLECHMATERIAL AUS ALUMINIUMLEGIERUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
[0001] Die Erfindung betrifft einen Durchlaufglühofen, der eingerichtet ist, um ein abgewickeltes und bewegtes wärmebehandelbares Aluminiumblech auf eine festgelegte Haltetemperatur (TSet) in einem Temperaturbereich von 450°C bis 590°C zu glühen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[0002] Die industrielle Herstellung von Kfz-Blechen aus den wärmebehandelbaren Legierungen der AlMgSi-Serie, auch bekannt als Aluminiumlegierungen der 6000-Serie, weist mehrere getrennte Schritte auf, nämlich halbkontinuierliches direktes Kokillengießen (DC) oder elektromagnetisches Gießen (EMC-Guss) einer Walzbramme oder-block, Vorwärmen der Bramme bei etwa 500°C bis 580°C für mehrere Stunden zur Homogenisierung der Mikrostruktur, Warmwalzen in ein warmgewalztes Band mit einer Stärke von etwa 3 bis 12 mm, das warmgewalzte Band wird typischerweise warmgewickelt und auf Umgebungstemperatur abgekühlt, das warmgewalzte Band wird in mehreren Durchgängen auf die Endstärke kaltgewalzt, optional wird ein Zwischenglühen vor dem Kaltwalzen oder während des Kaltwalzverfahrens angewendet, und in Endstärke wird das Band geglüht, um die geforderten Materialeigenschaften anzupassen. Das Glühen kann entweder in einem Durchlaufglühofen oder in einem Ofen für unterbrochenen Betrieb durchgeführt werden.
[0003] Leider leiden auf diese Weise aus halbkontinuierlich gegossenen Blöcken erzeugte Blechprodukte oft an einer Erscheinung, die als Bildung von Roping, Ridging oder einer "Pin-sel"-Linie (nachfolgend wird der Begriff "Roping" verwendet) bekannt ist, d.h. die Bildung schmaler Streifen mit einer anderen kristallographischen Struktur als das übrige Metall, resultierend aus dem Metallwalzvorgang und allgemein in der Walzrichtung ausgerichtet. Während der nachfolgenden Querdehnung der Blechprodukte, während sie in Kfz-Teile geformt werden, äußern diese Streifen sich als sichtbare Flächenwelligkeiten, die die finale Oberflächenbeschaf-fenheit des Kfz-Produkts beeinträchtigen. Roping wurde von vielen anderen Fachleuten auf diesem Gebiet gefunden, und es hat sich herausgestellt, dass das Roping durch eine derartige Veränderung des Blecherzeugungsverfahrens verhindert werden kann, dass die Rekristallisation als ein Zwischenschritt der Verarbeitung auftritt. Das Verhindern des Ropings wird zum Beispiel im US Patent Nr. 5,480,498 (Reynolds), US Patent Nr. 4,897,124 (Sky Aluminum) und auch im US Patent Nr. 6,120,623 (Alcan) angesprochen. In diesen Patenten wird das Roping durch Einführen eines Haubenglühschritts in einer Zwischenstufe der Formung des Blechprodukts gesteuert, z.B. nach dem Warmwalzen, aber vor dem Kaltwalzen, oder nach einem frühen Stadium des Kaltwalzens.
[0004] Ein wirtschaftlich interessantes Verfahren zur Herstellung von Blechmaterial aus Aluminium der 6000-Serie erfolgt mittels eines Durchlaufglühens bei Endstärke. Am Ende eines Durchlaufglühofens wird das Bandmaterial schnell auf Umgebungstemperatur gekühlt, zum Beispiel mittels Zwangsluftkühlung oder Sprühkühlsystemen. Durch dieses Lösungsglühen werden die Hauptlegierungselemente Mg und Si aufgelöst, was zu einer guten Formbarkeit, Steuerung der Streckgrenze und Bake-Hardening-Verhalten führt, und es bringt das Blechmaterial auf eine T4- Härtestufe.
[0005] Um ein Blechmaterial aus AlMgSi-Legierung auf wirtschaftlich interessante Weise industriell zu erzeugen, ist es erforderlich, dass ausreichend hohe Maschinengeschwindigkeiten aufrechterhalten werden können, während das Blechmaterial sich durch den Durchlaufglühofen bewegt. Zu hohe Maschinengeschwindigkeiten können aber einen Einfluss auf die Haltezeit des Bandmaterials bei der erforderlichen Glühtemperatur haben und dadurch unter anderen die mechanischen Eigenschaften des Aluminiumbands beeinträchtigen.
[0006] Folglich besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren und ein entsprechendes Gerät zur Erzeugung von Kfz-Blechprodukten aus Aluminiumlegierung, die wenig oder kein Roping aufweisen und wünschenswerte T4-Eigenschaften beibehalten.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0007] Es ist ein Gegenstand der Erfindung, einen Durchlaufglühofen bereitzustellen, der ideal geeignet ist zur Anwendung eines Verfahrens zum Durchlaufglühen eines Blechs aus AlMgSi-Aluminiumlegierung bei Endstärke mit einem guten Roping-Verhalten in Kombination mit guten mechanischen Eigenschaften.
[0008] Dieser und andere Gegenstände und weitere Vorteile werden erhalten oder übertroffen von der vorliegenden Erfindung, die einen Durchlaufglühofen bereitstellt, der eingerichtet ist, um ein abgewickeltes und bewegliches bzw. bewegtes wärmebehandelbares Aluminiumblech bei einer festgelegten Haltetemperatur (TSet) in einem Temperaturbereich von 450°C bis 590°C mittels eines Konvektionswärme-Transfers zu glühen, insbesondere mittels Gasfeuerung, und wobei das in Richtung seiner Länge bewegliche bzw. bewegte Aluminiumblech sich im Wesentlichen waagrecht in einer schwebenden Anordnung bewegen kann, der Durchlaufglühofen einen Eingangsabschnitt und einen Ausgangsabschnitt hat, und wobei zusätzlich zur Gasfeuerungseinrichtung nahe dem Eingangsabschnitt des Durchlaufglühofens eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, um das bewegliche bzw. bewegte Aluminiumblech nahe dem Eingangsabschnitt von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von 5°C bis 100°C unter der TSet mit einer mittleren Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke von mindestens Y = -31 .In(X) vorzuwärmen, wobei Y die Aufwärmrate in °C/sec und X die Blechdicke in mm ist.
[0009] Der erfindungsgemäße Durchlaufglühofen kann zum Durchlaufglühen eines Blechs aus Aluminiumlegierung bei Enddicke durch kontinuierliches Bewegen eines abgewickelten wärmebehandelbaren Blechs aus AlMgSi-Aluminiumlegierung durch den Durchlaufglühofen verwendet werden, der bei einer festgelegten Lösungsglühtemperatur oder festgelegten Haltetemperatur (Tset) eingerichtet ist, die im Fall von AlMgSi-Legierungen im Temperaturbereich von etwa 500°C bis 590°C, bevorzugter etwa 520°C bis 580°C liegt, und wobei das bewegte Aluminiumblech von der TSet bis unter etwa 100°C schnell gekühlt oder abgeschreckt wird, nachdem es den Ausgangsabschnitt verlassen hat, und wobei direkt vor oder nahe dem Eingangsabschnitt des Durchlaufglühofens das bewegte Aluminiumblech von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von etwa 5°C bis 100°C unter der TSet mit der bestimmten durchschnittlichen Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke und mit bevorzugten höheren durchschnittliche Aufwärmraten vorgewärmt wird. In einem üblichen Durchlauf-Lösungsglühverfahren hat das resultierende Blech aus AlMgSi-Aluminium ein gutes Roping-Verhalten, muss aber bei relativ niedrigen Maschinengeschwindigkeiten verarbeitet werden, wenn auch gute mechanische Eigenschaften erforderlich sind. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass zumindest bei zu Roping neigenden AlMgSi-Legierungen ein verbessertes Gleichgewicht durch Aufrechterhaltung eines guten Roping-Verhaltens kombiniert mit verbesserten mechanischen Eigenschaften im T4-Zustand (z.B. Streckgrenze, Zugfestigkeit) erhalten wird, während sie gleichzeitig aufgrund der höheren erlaubten Maschinengeschwindigkeiten mittels eines wirtschaftlich interessanteren Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Für AlMgSi-Legierungen, bei denen das Crashverhalten eine sehr kritische Materialeigenschaft ist, z.B. Legierungen der AA6005- und AA6005A-Serie, wurde gefunden, dass ein verbessertes Crashverhalten erhalten wird, wenn sie in einem neuerungsgemäßen Durchlaufglühofen erzeugt werden.
[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform des Ofens wird das bewegliche Aluminiumblech sehr schnell von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur in einem Bereich von bis zu 75°C unter der TSet, und noch bevorzugter auf eine Temperatur in einem Bereich von bis zu 60°C unter der TSet, vorgewärmt. In einer Ausführungsform wird das bewegliche Aluminiumblech sehr schnell von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur bis zu etwa 10°C unter der TSet vorgewärmt.
[0011] Der Durchlaufglühofen wird durch Konvektionsheizung unter Verwendung einer Gasfeu- erungsvorrichtung mit vielen Luftzirkulationsvorrichtungen erwärmt, und die Öfen des Stands der Technik haben Temperatursteuervorrichtungen, um die festgelegte Lösungsglühtemperatur mit einer Steuergenauigkeit von +/- 3°C oder besser zu steuern.
[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorwärmvorrichtung oder Vorwärmeinrichtung eine Induktionsheizeinrichtung oder eine Induktionsheizvorrichtung auf. Noch bevorzugter umfassen die Induktionsheizeinrichtungen eine Transversalfluss-Induktionsheizvorrich-tung. Vorzugsweise ist die Induktionsheizvorrichtung im Wesentlichen waagrecht angeordnet, so dass das bewegliche bzw. bewegte Aluminiumblech sich waagrecht über den Eingangsabschnitt in den Durchlaufglühofen bewegt.
[0013] In einer Ausführungsform erfolgt die Vorwärmung mit einer mittleren Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke von mindestens Y = -50.ln(X) + 80, wobei Y die mittlere Kühlrate in °C/sec und X die Blechdicke in mm ist. Eine bevorzugte mittlere Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke beträgt mindestens Y = - 62.ln(X) + 100. Eine bevorzugtere mittlere Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke beträgt mindestens Y = -93.ln(X) + 150. Eine höhere Aufwärmrate ist vorteilhaft für verschiedene Eigenschaften des resultierenden Aluminiumblechs und ist auch günstig für das Gleichgewicht bei Blecheigenschaften und zulässigen erhöhten Maschinengeschwindigkeiten.
[0014] In einer Ausführungsform ist der Ofen zur Verarbeitung eines Blechs aus Aluminiumlegierung mit einer Endstärke im Bereich von 0,3 bis 4,5 mm, bevorzugter von 0,7 bis 4,5 mm, eingerichtet. Die Blechbreite liegt typischerweise im Bereich von etwa 700 bis 2700 mm.
[0015] In einer Ausführungsform ist der Ofen eingerichtet, um das Aluminiumblech im Wesentlichen waagrecht über eine Länge von mindestens etwa 20 Metern, vorzugsweise mindestens 40 Metern, und noch bevorzugter von mindestens etwa 55 Metern durch den Durchlaufglühofen zu bewegen. Eine praktische maximale Länge beträgt etwa 125 Meter. Die Erfindung ist aber nicht auf diese maximale Länge beschränkt.
[0016] In einer Ausführungsform des Ofens ist die Haltezeit des beweglichen Aluminiumblechs bei der TSet so eingerichtet, dass sie mindestens 1 Sekunde und vorzugsweise mindestens 5 Sekunden beträgt. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Haltezeit des beweglichen Aluminiumblechs bei der TSet mindestens 20 Sekunden, und bevorzugter mindestens 25 Sekunden. Die Haltezeit (tSoAK) wird als die Zeit definiert, die bei der festgelegten Lösungsglühtemperatur oder der festgelegten Haltetemperatur (TSoak) ± 5°C verbracht wird; wenn zum Beispiel die TSoak 560°C beträgt, betrifft sie die Zeit, die das bewegliche Aluminiumblech bei der Temperatur von 560 ± 5°C ist.
[0017] Die Erfindung wurde unter Bezug auf wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen der 6000-Serie erläutert, die typischerweise bei Endstärke in einem Temperaturbereich von 500°C bis 590°C lösungsgeglüht werden. Die Vorrichtung selbst kann aber auch auf eine breitere Palette von wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen angewendet werden, die geglüht oder lösungsgeglüht werden sollen und abhängig von der tatsächlichen Legierungszusammensetzung niedrigere Lösungsglühtemperaturen erfordern, z.B. 460°C oder 480°C, während weitere Verbesserungen an den Aluminiumblechen erreicht werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0018] Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der: [0019] Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung ist; und [0020] Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen eines Temperaturprofils abhängig von der
Durchlaufzeit eines Aluminiumblechs durch einen Durchlaufglühofen gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Neuerung sind, und [0021] Fig. 3 eine schematische Darstellung der erforderlichen Mindest-Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke und mit bevorzugten Ausführungsformen ist; [0022] Fig. 4 ein Foto einer typischen Crashboxkonfiguration mit Axialfaltung zur
Verwendung in einem dynamischen Crashtest ist.
[0023] Fig. 1 liefert eine schematische Darstellung der Erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Durchlaufglühofen (1) ist eingerichtet, um ein abgewickeltes Aluminiumblech auf Endstärke (2) zu transportieren und wärmezubehandeln, das sich in Richtung seiner Länge bewegt. Das Aluminiumblech wird von einer Rolle (8) abgewickelt. Es bewegt sich durch den Durchlaufglüh-ofen, der einen Eingangsteil (4) und einen Ausgangsteil (5) hat. Beim Verlassen des Ausgangsteils (5) wird das bewegliche Aluminiumblech im Kühlabschnitt (6) schnell auf unter etwa 100°C, z.B. auf etwa Raumtemperatur, gekühlt. Ein industrieller Durchlaufglühofen stellt eine beträchtliche Kapitalanlage dar; wenn er in Auftrag gegeben und betriebsbereit ist, sind wesentliche Änderungen wie die Vergrößerung seiner Länge oft aufgrund von Gestaltungszwängen im Fertigungsbereich nicht durchführbar.
[0024] Das bewegliche oder fahrbare Aluminiumblech bewegt sich über eine Länge von mindestens etwa 20 Metern, vorzugsweise über mindestens 55 Meter, im Wesentlichen waagrecht durch den Durchlaufglühofen. Warmluftdüsen (nicht gezeigt) über die ganze Ofenlänge erwärmen das Band und halten es schwebend auf einem Luftkissen. So bewegt sich das Band in einem Schwebezustand; ein solcher Ofen wird manchmal auch als Schwebe-Konvektionsofen bezeichnet. Die Beseitigung eines mechanischen Kontakts bei hoher Temperatur im Glühofen äußert sich in einer fehlerfreien Bandoberfläche. Der Durchlaufglühofen kann von modularer Gestaltung sein, an sich weist der Ofen mehrere Heizzonen (3) auf, die Turbinen (nicht gezeigt) verwenden, um einen Luftkanal zu erzeugen, der aus oberen und unteren Luftströmen besteht. Die Luft wird von Brennern erwärmt, die vorzugsweise mit vorgewärmter Verbrennungsluft arbeiten. Die Temperatursteuerung der festgelegten Haltetemperatur ist mit einer Steuerungsgenauigkeit von +/- 3°C oder besser.
[0025] Das bewegliche bzw. bewegte Blech (2) tritt in den Eingangsabschnitt (4) mit hoher Bandgeschwindigkeit oder Maschinengeschwindigkeit bei Umgebungstemperatur ein und wird, während es durch den Durchlaufglühofen läuft, nach und nach auf eine vorgegebene Lösungsglühtemperatur (z.B. etwa 560°C) erwärmt, die von der Aluminiumlegierung abhängt. In einem üblichen Durchlaufglühofen liegt die mittlere Aufwärmrate des Aluminiumblechs typischerweise in einem Bereich von etwa 10-15°C/sec für etwa 1 mm Blechmaterial. Abhängig von der Bandgeschwindigkeit kann die Bandtemperatur die eigentliche vorgegebene Lösungsglühtemperatur nur weit in der zweiten Hälfte der Ofenlänge oder sogar nahe dem Ende des Durchlaufglühofens erreichen, und wird eigentlich für eine sehr kurze Zeit bei der Lösungsglühtemperatur gehalten, z.B. einige Sekunden, wonach das bewegliche Blech den Glühofen im Ausgangsabschnitt (5) verlässt und sofort im Kühlabschnitt (6) abgeschreckt wird. Dies ist auch schematisch in Fig. 2A gezeigt, wo das bewegliche Aluminiumblech nach und nach von Raumtemperatur (RT) auf die Lösungsglühtemperatur (TSet) aufgewärmt und für eine Anzahl von Sekunden (tsoAK) bei der festgelegten Lösungsglühtemperatur oder festgelegten Haltetemperatur gehalten wird. Die Haltezeit (tsoAx) wird als die Zeit definiert, die bei der festgelegten Lösungsglühtemperatur oder der festgelegten Haltetemperatur (TSoak) ± 5°C verbracht wird.
[0026] Abhängig von der Zusammensetzung der Aluminiumlegierung oder der Blechdicke kann eine längere Haltezeit bei der vorgegebenen Lösungsglühtemperatur sehr wünschenswert sein, um das gewünschte Gleichgewicht eines guten Roping-Verhaltens und mechanischer Eigenschaften im T4-Zustand zu erreichen, aber für viele AlMgSi-Legierungen kann dies aufgrund der bestimmten Abmessungen des Glühofens nur bei niedrigerer Bandgeschwindigkeit erreicht werden, was es wirtschaftlich deutlich weniger interessant macht, wenn die Bandgeschwindigkeit oder Maschinengeschwindigkeit von zum Beispiel 60 m/min auf etwa 30 oder 40 m/min reduziert werden muss.
[0027] Erfindungsgemäß wurde dieses Gleichgewicht von Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch den Einbau einer Vorwärmvorrichtung direkt vor dem Eingangsabschnitt (4) oder am Eingangsabschnitt (4) des Glühofens verbessert. Die Vorwärmvorrichtung (7) ist eingerichtet, um eine sehr schnelle Aufwärmrate zu ermöglichen, die durch die Gleichung der
Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke von mindestens Y = -31.ln(X) + 50 bestimmt wird, wobei Y die Kühlrate in °C/sec und X die Blechdicke in mm ist, und mit bevorzugten höheren Aufwärmraten, und die zum Beispiel mittels einer Transversalfluss- Induktionsheizvorrichtung erreicht werden kann, wie sie zum Beispiel im US Patent Nr. 5,739,506 (Ajax Magnethermic) offenbart ist. Es ist wünschenswert, dass die Vorwärmung des Aluminiumblechs in der Vorwärmvorrichtung (7) eine Sicherheitsmarge beachtet, um zu vermeiden, dass die Temperatur des beweglichen Bands überschritten wird und dadurch relevante technische Eigenschaften aufgrund eines lokalen Schmelzens von Mikrostrukturbestandteilen in der Aluminiumlegierung negativ beeinflusst werden. Vorzugsweise geht das Vorwärmen auf eine Temperatur von etwa 5°C bis 100°C, bevorzugter von etwa 5°C bis 75°C, unter der vorgegebenen Lösungsglühtemperatur oder Haltetemperatur, bei der die Wärmebehandlung des Blechmaterials aus Aluminiumlegierung ausgeführt werden sollte. So zum Beispiel Vorwärmen des beweglichen Aluminiumblechs auf etwa 510°C, wenn die vorgegebene Lösungsglühtemperatur 555°C ist. Ein weiteres Aufwärmen des beweglichen Blechs tritt im Durchlaufglühofen durch Konvektionsheizung auf. Dies ist auch schematisch in Fig. 2B gezeigt, wo das bewegliche Aluminiumblech schnell von der Raumtemperatur (RT) auf die Vorwärmtemperatur (TPRE) vorgewärmt und dann weiter auf die festgelegte Lösungsglühtemperatur (TSet) erwärmt wird. Die Aufwärmrate von RT auf Tpre ist in der Praxis nicht genau linear, und aus diesem Grund ist die verwendete durchschnittliche Aufwärmrate die Temperaturdifferenz zwischen TPRE minus RT dividiert durch die zum Erreichen von TPRE erforderliche Zeit; also zum Beispiel für 1 mm Blechmaterial, wenn von einer Raumtemperatur von 25°C eine TPRE von etwa 500°C in etwa 5 sec erreicht wird, ist die durchschnittliche Aufwärmrate etwa 95°C/sec. Im Vergleich mit der Situation, in der keine schnelle Vorwärmung angewendet wird, ermöglicht dies eine deutlich längere Haltezeit bei der festgelegten Lösungsglühtemperatur, während etwa die gleiche Bandgeschwindigkeit beibehalten wird. Alternativ ermöglicht es eine deutlich erhöhte Maschinengeschwindigkeit, während man eine in etwa gleiche Haltezeit (tsoAx) im Vergleich mit der Situation des Stands der Technik hat. Für einen gegebenen Durchlaufglühofen, abhängig von der speziellen AlMgSi- Legierung, gibt es also jetzt deutlich mehr Flexibilität bei der Optimierung der Haltezeit in Kombination mit der Maschinengeschwindigkeit, um zu einem verbesserten Gleichgewicht zwischen der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und den Blecheigenschaften zu kommen.
[0028] Durch die Verwendung der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung kann auch Blechmaterial mit dickerer Stärke bei relativ hohen Bandgeschwindigkeiten verarbeitet werden. Wo zum Beispiel ein 1 mm dickes Blechmaterial mit Maschinengeschwindigkeiten von bis zu 70 m/min bearbeitet werden kann, kann ein 2 mm dickes Blechmaterial der gleichen Legierung aufgrund der deutlich höheren Aufwärmzeit, wenn es in einem Konvektionsofen erhitzt wird, nur mit einer Maschinengeschwindigkeit von bis zu 35 m/min bearbeitet werden. Mit der Erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Blechmaterial sehr schnell auf etwa 510°C vorgewärmt wird und die Lösungsglühtemperatur etwa 560°C beträgt, kann das 2 mm dicke Blechmaterial nun durchlaufend bei deutlich höheren Maschinengeschwindigkeiten im Bereich von etwa 55 bis 65 m/min wärmebehandelt werden, während es eine etwa gleiche tSoAK wie das 1 mm dicke Blechmaterial hat.
[0029] Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der erforderlichen mittleren Mindestaufwärmrate abhängig von der Blechdicke (Linie 1) und mit bevorzugten Ausführungsformen (Linien 2-4) angewendet in der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung. Die Beziehung wird für Blechstärken im bevorzugten Stärkenbereich von 0,3 bis 4,5 mm gezeigt. Für die Linien 1 bis 4 gelten die folgenden natürlichen logarithmischen Gleichungen: [0030] Linie 1: Y =-31.ln(X) + 50 ; [0031] Linie 2: Y = -50.ln(X) + 80 ; [0032] Linie 3: Y = -62.ln(X) + 100; [0033] Linie 4: Y = -93.ln(X) + 150; [0034] und wobei Ύ” die mittlere Aufwärmrate in °C/sec und “X” die Blechdicke in mm darstellt.
[0035] Die Erfindung wird nun unter Bezug auf nicht einschränkende Beispiele gemäß der Erfindung veranschaulicht. BEISPIEL 1.
[0036] Kaltgewalztes AA6016-Blechmaterial von 1,1 mm Stärke wurde mittels Stranggießen, Vorwärmen, Warmwalzen auf 7,5 mm, Kaltwalzen auf 1,1 mm mit einem Zwischenglühen auf 400°C hergestellt, und dann weiterbearbeitet mittels Lösungsglühen bei etwa 560°C in einem Schwebe-Konvektionsofen bei verschiedenen Maschinengeschwindigkeiten, gefolgt von Abschrecken. Die Streckgrenze und Zugfestigkeit wurden nach 17 Tagen natürlicher Alterung (T4-Zustand) bei etwa 25°C getestet. Eine zweite Serie des gleichen Materials wurde nach einem simulierten Lackeinbrennzyklus (2% Vorspannung + 185°C@20 min) getestet. Ein Zugfestigkeitstest wurde in der LT-Richtung ausgeführt und gemäß dem Teststandard EN-10002 “Metallische Materialien - Zugfestigkeitstest-Teil 1: Testverfahren bei Umgebungstemperatur” durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Zusätzlich hat sich herausgestellt, dass für alle angewendeten Verarbeitungsstrategien das resultierende Aluminiumblech immer noch ein sehr gutes Roping-Verhalten nach Sichtprüfung hat, nachdem eine 15%-Vorspannung an einer 100x300 mm Probe lotrecht zur Walzrichtung und anschließendem Abschleifen mit Schleifpapier angewendet wurde.
[0037] Tabelle 1.
[0038] Aus den Ergebnissen der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass es einen starken Einfluss der Maschinengeschwindigkeit im Schwebe-Konvektionsofen auf die Eigenschaften des Aluminiumblechs sowohl in der T4-Härtestufe als auch nach einem simulierten Lackeinbrennzyklus gibt. Der Trend geht dahin, dass mit zunehmender Maschinengeschwindigkeit die relevanten Eigenschaften wie Streckgrenze und Zugfestigkeit abnehmen. Abhängig von der Legierungsqualität gibt es auch eine Kundenanforderung, wenn Materialrollen zum Beispiel in einem T4-Zustand mit einigen Tagen natürlicher Alterung oder einem T4-Zustand mit einem Pre-Bake geliefert werden. Eine übliche Kundenanforderung ist, dass im T4-Zustand die Streckgrenze mindestens 90 MPa, die Zugfestigkeit mindestens 190 MPa betragen sollte. Zusätzlich gibt es Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften nach einem simulierten Lackeinbrennzyklus von 2% Vorspannung und 185°C@20 min, wie eine Streckgrenze von mindestens 200 MPa. Dies kann einen starken Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des angewendeten Wärmebehandlungsverfahrens als eine Einrichtung mit niedrigerer Maschinengeschwindigkeit in einem Durchlaufverfahren haben, wobei viele Rollen der gleichen Legierung nacheinander bei einer niedrigeren Maschinengeschwindigkeit und dadurch einem geringeren Durchsatz pro Zeiteinheit verarbeitet werden. Dies bedeutet zum Beispiel, dass für das vorliegende Beispiel eine hohe Maschinengeschwindigkeit von zum Beispiel 60 m/min ein Material liefert, das die Kundenanforderungen nicht erfüllt, während eine Maschinengeschwindigkeit von 40 m/min gerade die geforderte Untergrenze der Streckgrenze nach einem Lackeinbrennzyklus erfüllt, und folglich das Blechmaterial bei deutlich niedrigeren und wirtschaftlich weniger interessanten Maschinengeschwindigkeiten verarbeitet werden muss.
[0039] Erfindungsgemäß wurde aber gefunden, dass, wenn das Blech in einem Glühofen mit einem schnellen Vorwärmen, zum Beispiel im Mittel etwa 150°C/sec, verarbeitet wird, eine günstige längere Haltezeit bei der festgelegten Lösungsglühtemperatur erhalten werden kann, während etwa die gleiche Maschinengeschwindigkeit beibehalten wird, und dadurch ein Aluminiumblech mit verbesserten mechanischen Eigenschaften geliefert wird, insbesondere auch nach einem Lackeinbrennzyklus. Alternativ ermöglicht es eine deutlich erhöhte Maschinengeschwindigkeit, z.B. bei 60 m/min, während man im Vergleich mit der Situation ohne schnelles Vorwärmen in etwa die gleiche Haltezeit (tSoAi<) hat, wodurch ein Aluminiumblech geliefert wird, das ähnliche mechanische Eigenschaften wie diejenigen hat, die ohne schnelle Vorwärmung bei einer Maschinengeschwindigkeit von etwa 40 m/min erhalten werden, was eine Herstellung bei einer wirtschaftlich interessanteren Maschinengeschwindigkeit erlaubt, während ein hoher Grad an Roping- Verhalten durch das Verfahren gemäß dieser Erfindung aufrechterhalten wird. BEISPIEL 2.
[0040] AA6005A-Blechmaterial einer Stärke von 2,5 mm im T4-Zustand wurde mittels zweier Strategien erzeugt und in einem dynamischen Crashtest getestet. Die erste Strategie umfasste die Herstellung über ein Lösungsglühen bei 550°C in einem Schwebe-Konvektionsofen gefolgt von Abschrecken. Die zweite Strategie war ähnlich wie die erste Strategie, vor ihr lag aber ein schnelles Aufwärmen mittels Induktionsheizen von Raumtemperatur bis etwa 490°C unter Verwendung einer mittleren Aufwärmrate von etwa 65°C/sec.
[0041] Fig. 4 zeigt ein Foto einer typischen Crashboxkonfiguration mit Axialfaltung wie im Stand der Technik bekannt zur Verwendung in einem dynamischen Crashtest.
[0042] Die hohle Crashbox besteht aus dem in U-Form gebogenen, 2,5 mm starken Aluminiumblech mit einer Länge von 400 mm und einem flachen hinteren Abdeckblech von 2,5 mm aus dem gleichen Material. Beide werden mittels Nieten verbunden, unter Verwendung von 13 Nieten auf beiden Seiten der U-Form und in einem Abstand von 30 mm zueinander. Die Höhe der U-Form beträgt 90 mm, und die Breite des flachen Deckels der U-Form beträgt 64 mm; es gibt einen 87°- Winkel zwischen dem flachen hinteren Abdeckblech und der 90 mm hoch stehenden Rippe der Crashbox. Zwei flache Abdeckplatten (120x140 mm versehen mit einem Mittelloch mit einem Durchmesser von 40 mm) aus dem gleichen Aluminiumblechmaterial werden oben und unten an die Box geschweißt. Die ganze Box wird einem simulierten Lackeinbrennzyklus von 180°C@20 min unterzogen. Danach wird die Crashbox in einem Fallturm-Prüfstand angeordnet, wo ein geführtes Fallgewicht von 250 kg von einer Höhe von 4,25 Meter losgelassen wird, was zu einem Aufprall auf die Crashbox mit einer Geschwindigkeit von etwa 35 km/h führt. Während des Aufpralls absorbiert die Crashbox die kinetische Energie und verformt sich plastisch durch Falten. Ein Bruch der Crashbox wird unter anderem durch Aufzeichnen des Zeitpunkts der Bildung des ersten Risses unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitskamerafilms erfasst.
[0043] Die mittels der Strategie 1 hergestellte Legierung hatte eine Zeit bis zum ersten Riss von 3,5 msec in der axialen Richtung, während die mittels der Strategie 2 hergestellte Legierung eine Zeit bis zum ersten Riss von 6,3 msec in der gleichen Testrichtung hatte.
[0044] Dieses Beispiel veranschaulicht, dass bei Legierungen der AlMgSi-Serie, bei denen das Crashverhalten eine wichtige Materialeigenschaft ist, das mittels eines Durchlaufglühofens gemäß dieser Erfindung hergestellte Blechmaterial zu einer fast doppelten Zeit bis zum ersten Riss bei einem dynamischen Crashtest führt. Dies bedeutet eine sehr große Verbesserung der Fähigkeit eines mit einem in einem Ofen gemäß der Erfindung erzeugten Material hergestellten Bauteils, kinetische Energie im Fall eines Crashs zu absorbieren, verglichen mit einem Bauteil, das mit einem Material der gleichen Zusammensetzung und Stärke hergestellt wird, das gemäß der Strategie 1 erzeugt wird.

Claims (14)

  1. Ansprüche
    1. Durchlaufglühofen (1), der eingerichtet ist, um ein abgewickeltes und bewegliches wärmebehandelbares Aluminiumblech (2) bei einer festgelegten Haltetemperatur (TSet) in einem Temperaturbereich von 450°C bis 590°C mittels eines Konvektionswärme-Transfers zu glühen, insbesondere mittels Gasfeuerung, und wobei das in Richtung seiner Länge bewegliche Aluminiumblech sich im Wesentlichen waagrecht in einer schwebenden Anordnung bewegen kann, der Durchlaufglühofen einen Eingangsabschnitt (4) und einen Ausgangsabschnitt (5) hat, und wobei zusätzlich zur Gasfeuerungseinrichtung nahe dem Eingangsabschnitt (4) eine Heizvorrichtung (7) vorgesehen ist, um das bewegliche Aluminiumblech nahe dem Eingangsabschnitt (4) von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von 5°C bis 100°C unter TSet mit einer durchschnittlichen Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke von mindestens Y = -31.ln(X) + 50 aufzuwärmen, wobei Y die Aufwärmrate in °C/sec und X die Blechdicke in mm ist.
  2. 2. Durchlaufglühofen nach Anspruch 1, wobei die Heizvorrichtung (7) eine Induktionsheizvorrichtung umfasst.
  3. 3. Durchlaufglühofen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heizvorrichtung (7) eine Transver-salfluss-lnduktionsheizvorrichtung umfasst.
  4. 4. Durchlaufglühofen nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Heizvorrichtung im Wesentlichen waagrecht angeordnet ist.
  5. 5. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die durchschnittliche Aufwärmrate abhängig von der Blechdicke mindestens Y = - 50.ln(X) + 80, und bevorzugter mindestens Y = -62.ln(X) + 100 beträgt.
  6. 6. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das bewegliche Aluminiumblech auf eine Temperatur von 5°C bis 75°C unter der TSet, und bevorzugter auf eine Temperatur von 5°C bis 60°C unter der TSet, vorgewärmt wird.
  7. 7. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das bewegliche Aluminiumblech auf eine Temperatur von 10°C bis 100°C unter der TSET, vorzugsweise auf eine Tem-peratur von 10°C bis 75°C unter der TSet, vorgewärmt wird.
  8. 8. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Aluminiumlegierungsblech in Endstärke eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 4,5 mm, und vorzugsweise im Bereich von 0,7 bis 4,5 mm hat.
  9. 9. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das bewegliche Aluminiumblech sich im Wesentlichen waagrecht über eine Länge von mindestens 20 Metern und vorzugsweise über eine Länge von mindestens 40 Metern durch den Durchlaufglühofen bewegt.
  10. 10. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Ausgangsabschnitt mit einem Kühlabschnitt (6) zum schnellen Kühlen des beweglichen Aluminiumblechs von der TSet bis unter etwa 100°C beim Verlassen des Ausgangsabschnitts versehen ist.
  11. 11. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Ofen eingerichtet ist, um das bewegliche Aluminiumblech auf eine festgelegte Haltetemperatur (TSet) im Temperaturbereich von 500°C bis 590°C zu erwärmen.
  12. 12. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Ofen viele Heizzonen (3) aufweist, die Turbinen verwenden, welche einen Luftkanal erzeugen, der aus oberen und unteren Luftströmungen besteht.
  13. 13. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Temperatursteuerung der festgelegten Haltezeit mit einer Steuergenauigkeit von +/- 3°C oder besser ist.
  14. 14. Durchlaufglühofen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Ofen ein Schwebe-Konvektionsofens ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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