DE69820058T2

DE69820058T2 - Verfahren zur herstellung eines bleches aus wärmebehandlungsfähiger aluminium-legierung

Info

Publication number: DE69820058T2
Application number: DE69820058T
Authority: DE
Inventors: Kumar Alok GUPTA; William Paul JEFFREY; James David LLOYD; Bruce Gene BURGER; Ronald Daniel EVANS; Henry Pierre MAROIS
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: WO1998059086A1; JP2002508030A; DE69820058D1; BR9810204A; NO996280D0; EP0990058B1; NO996280L; EP0990058A1; CA2294122A1

Description

Technischer Bereich
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumlegierungsblechmaterials mit guter Verbesserung der Formbarkeit und der Streckfestigkeit, wenn es den Lackierungs- und Ausbackvorgängen, die typischerweise bei der Herstellung von Automobilteilen angewandt werden, unterworfen wird. Genauer, wenn auch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung die Herstellung eines Aluminiumlegierungsblechmaterials, das zur Herstellung von Automobilteilen geeignet ist, die in den fertigen Fahrzeugen sichtbar sind, beispielsweise von Automobilaußenpaneelen und dergleichen.
Stand der Technik
Die Automobilindustrie hat zum Zweck der Reduzierung des Gewichts von Automobilen in zunehmendem Maße Stahlpaneele durch Aluminiumlegierungspaneele ersetzt. Leichtgewichtigere Paneele helfen selbstverständlich bei der Reduzierung des Automobilgewichts, wodurch der Treibstoffverbrauch verringert wird, jedoch erzeugt die Einführung von Aluminiumlegierungspaneelen eine eigene Reihe von Bedürfnissen. Damit es für Automobilanwendungen geeignet ist, muß ein Aluminiumlegierungsblechprodukt gute Formgebungseigenschaften im wie erhaltenen (durch den Autohersteller) T4 Temperzustand aufweisen, so daß es wie gewünscht ohne Bruchbildung, Rißbildung oder Faltenbildung gebogen oder geformt werden kann. Gleichzeitig müssen die Legierungspaneele nach dem Lackieren und Ausbacken eine ausreichende Festigkeit aufweisen, so daß sie verbeulungsbeständig sind und anderen Krafteinwirkungen widerstehen.
Für Automobilpaneelanwendungen werden üblicherweise verschiedene Aluminiumlegierungen der AA (Aluminum Association) 2000 und 6000 Serien in Betracht gezogen. Die AA6000 Serien-Legierungen enthalten Magnesium und Silizium, sowohl mit als auch ohne Kupfer, sie können jedoch in Abhängigkeit vom Cu-Gehalt als AA2000 Serien-Legierungen klassifiziert werden. Diese Legierungen sind im T4 Temperzustand formbar und werden nach dem Lackieren und Ausbacken (Schritte, die üblicherweise an geformten Automobilteilen durch die Fahrzeughersteller durchgeführt werden) fester. Gute Zunahmen der Festigkeit nach dem Lackieren und Ausbacken sind in hohem Maße wünschenswert, so daß dünnere und daher leichtere Paneele verwendet werden können.
Zur Vereinfachung des Verständnisses wird nachfolgend eine kurze Erläuterung der Terminologie, wie sie zur Beschreibung von Legierungstempern verwendet wird, gegeben. Der als T4 bezeichnete Temper ist allgemein bekannt (siehe beispielsweise Aluminum Standards and Data (1984), Seite 11, veröffentlicht von The Aluminum Association) und kennzeichnet in herkömmlicher Weise hergestellte Legierungen, d. h. ohne intermediäres diskontinuierliches Glühen und Voralterung. Dies ist der Temper, in dem Automobilblechprodukte üblicherweise an die Teilehersteller zur Ausbildung von Außenpaneelen und dergleichen ausgeliefert wird. T8 Temper kennzeichnet eine Legierung, die lösungswärmebehandelt, kaltverarbeitet und dann künstlich gealtert wurde. Künstliche Alterung schließt ein Halten der Legierung bei einer oder mehreren erhöhten Temperatur (en) über einen Zeitraum hinweg ein. T8X Temper kennzeichnet ein T4 Tempermaterial, das unter Spannung um 2% verformt und nachfolgend einer 30-minütigen Behandlung bei 177°C unterworfen wurde, was die Formgebungs- und Lackausbackbehandlung darstellt, die geformte Automobilpaneele üblicherweise erfahren. Eine Legierung, die nur lösungswärmebehandelt und künstlich auf maximale Festigkeit gealtert wurde, wird als T6 Temper bezeichnet, wohingegen dann, wenn die Alterung in natürlicher Weise unter Raumtemperaturbedingungen stattgefunden hat, die Legierung als im T4 Temper befindlich bezeichnet wird, wie oben angegeben. Material, das eine intermediäre diskontinuierliche Temperung aber keine Voralterung erfahren hat, wird als im T4A Temper befindlich bezeichnet. Material, das eine Voralterung aber keine intermediäre diskontinuierliche Temperung durchlaufen hat, ist im T4P Temper und Material, das sowohl eine intermediäre Temperung als auch eine Voralterung durchlaufen hat, wird T4PA als Temper bezeichnet.
Im früheren US-Patent 5,616,189, erteilt am 1. April 1997, von Jin et al. und vom gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung, ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumblechen der 6000er Serie beschrieben, die T4 und T8X Temper aufweisen, die für die Herstellung von Automobilteilen wünschenswert sind. Das Verfahren beinhaltet, nach dem Kaltwalzen, die Durchführung einer Lösungsbehandlung (Erwärmen auf 500 bis 570°C), gefolgt von einem Quench- oder Abkühlprozeß, das sorgfältig gesteuerte Abkühlschritte beinhaltet, wodurch ein "Voralterungs"-Grad hervorgebracht wird. Diese Vorgehensweise resultiert in der Ausbildung feiner stabiler Niederschlagscluster, die eine feine, gut dispergierte Niederschlagsstruktur während der Lackier/Ausbackprozedur, der Automobilpaneele unterworfen werden, und demzufolge einen relativ hohen T8X Temper fördert.
Genauer beinhaltet das Quench- oder Abkühlverfahren die Abkühlung der Legierung von der Lösungswärmebehandlungstemperatur auf eine Zwischentemperatur ohne Unterbrechung und, ohne weitere Unterbrechung, die Abkühlung der Aluminiumlegierung auf Umgebungstemperatur mit signifikant geringerer Geschwindigkeit. Die angestrebte Zwischentemperatur kann in einem oder mehreren Schritt (en) erreicht werden.
Unglücklicherweise leiden Blechprodukte, die auf diese Weise aus direkt gekühlten (DC) Gußbarren hergestellt werden, häufig an einem Phänomen, das als Roping, Ridging oder "Farbbürsten"-Linienbildung bekannt ist (folgend wird der Ausdruck "Roping" verwendet). Dies entwickelt sich durch die Spannungskomponente senkrecht zur Walzrichtung bei der Blechherstellung, die angelegt wird, wenn das Blech zu einem Automobilteil geformt wird. Roping ist das ungleichförmige Muster des Oberflächenreliefs, das durch lokal inhomogene Verformung hervorgerufen wird, das stark in der Walzrichtung des blechförmigen Artikels ausgerichtet ist. Diese Bänder lokal inhomogener Verformung manifestieren sich als sichtbare Oberflächenwellung, die die finale Oberflächenpolitur des Automobilprodukts beeinträchtigen.
Roping wurde auch von anderen im vorliegenden Bereich erfahren, und es wurde gefunden, daß das Roping durch Modifizieren des Blechherstellungsverfahrens in einer solchen Weise, daß eine Rekristallisation in einer Zwischenstufe der Verarbeitung auftritt, inhibiert werden kann. Die Inhibierung von Roping ist beispielsweise in US-Patent 5,480,498, erteilt am 2. Januar 1996 von Armand J. Beaudoin et al., angemeldet von Reynolds Metals Company angesprochen, sowie in US-Patent 4,897,124, erteilt am 30. Januar 1990 von Matsuo et al., angemeldet von Sky Aluminum Co., Ltd.. In diesen Patenten wird das Roping durch Einführung eines diskontinuierlichen Temperungsschrittes (z. B. Erwärmen auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 316 bis 538°C) in einer intermediären Stufe der Blechproduktbildung gesteuert, z. B. nach dem Heißwalzen aber vor dem Kaltwalzen oder nach einer frühen Stufe des Kaltwalzens.
Es wurde jedoch herausgefunden, daß in dem Fall, daß eine intermediäre diskontinuierliche Temperung dieser Art mit einem Blech aus einer Aluminiumlegierung der 6000er oder 2000er Serie durchgeführt wird, eine Verringerung nicht nur der T4 Temperfestigkeit sondern auch der T8X Temperfestigkeit auftritt, wenn die Legierung der Lösungsbehandlung/den gesteuerten Abkühlungsschritten aus dem Jin et al. Patent unterworfen werden. Folglich werden durch Versuche, das Roping zu steuern oder zu verhindern, die Vorteile der bevorzugten T4/T8X Tempercharakteristiken, die sonst mit diesen Legierungstypen erreicht werden, verringert oder eliminiert.
Demzufolge besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungs-Automobilblechprodukten aus den 6000er oder 2000er Serien, die wenig oder kein Roping zeigen und gleichzeitig wünschenswerte T4/T8X Charakteristiken aufrechterhalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäßes Ziel ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Verringerung oder Inhibierung der Tendenz zur Ausbildung von Roping bei Aluminiumlegierungsblechprodukten der 6000er oder 2000er Serien unter Beibehaltung annehmbarer T4 und T8X Eigenschaften.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ziel ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Verringerung oder Inhibierung der Ropingtendenz in 6000er Serien oder 2000er Serien Aluminiumlegierungsblechprodukten.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung blechförmiger Artikel aus Aluminiumlegierung der 6000er oder 2000er Serien bereitgestellt, worin ein Gußbarren durch Direktkühlguß gebildet wird, der Barren wird unter Ausbildung einer geschälten Barrens abgeschält, der geschälte Barren wird bei einer Temperatur zwischen 480 und 580°C für weniger als 48 Stunden homogenisiert, wodurch ein homogenisierter Barren gebildet wird, und der homogenisierte Barren wird unter Ausbildung eines blechförmigen Artikels auf Enddicke gewalzt, worin die Dicke des homogenisierten Barrens durch Heißwalzen und gegebenenfalls Kaltwalzen verringert wird, wodurch ein Artikel mit einer Zwischendicke gebildet wird, der eine Verringerung der Dicke im Bereich von 15% bis weniger als 30% zum Erreichen der Enddicke benötigt, gefolgt von Kaltwalzen des Artikels mit Zwischendicke unter Ausbildung des blechförmigen Artikels mit Enddicke, mit der Maßgabe, daß wenn sowohl Heißwalzen als auch Kaltwalzen zur Herstellung des Artikels mit Zwischendicke angewandt werden, zur Temperung des Artikels vor dem Kaltwalzen auf die Enddicke ein Wärmebehandlungsschritt mit dem Artikel mit Zwischendicke durchgeführt wird.
In der vorliegenden Anmeldung kann der Ausdruck "Kaltwalzen" als Walzvorgänge verstanden werden, die bei Temperaturen von Raumtemperatur bis zu einem Maximum von ungefähr 150°C durchgeführt werden. Der Ausdruck "Heißwalzen" kann als Walzvorgänge verstanden werden, die bei Temperaturen von oberhalb ungefähr 300°C und vorzugsweise bei ungefähr 520°C durchgeführt werden.
Dieses Verfahren basiert auf dem Befund, daß es der Kaltwalzschritt ist, der die Tendenz zur Hervorbringung von Roping im endbehandelten Blechprodukt hervorruft. Wenn die Verringerung der Dicke, die im Kaltwalzschritt bewirkt wird, exzessiv ist (30% oder mehr), werden die Ropingeffekte unakzeptabel.
Beim Kaltwalzen auf die Enddicke wird die Dicke des Legierungsblechs vorzugsweise in einem Ausmaß im Bereich von 18 bis weniger als 30% auf die Enddicke verringert, weiter bevorzugt 20 bis 30%.
Das erfindungsgemäße Verfahren, in dem Kaltwalzen auf die Zwischendicke angewandt wird, beinhaltet auch einen Wärmebehandlungsschritt (z. B. Erwärmen des Blechs auf eine Temperatur im Bereich von 280 bis 560°C für bis zu 18 Stunden), der durch eine Temperung in einer Stufe der Verringerung der Dicke des Blechs nach, sofern erforderlich, dem Heißwalzschritt bewirkt wird, z. B. vor dem Beginn des Kaltwalzens oder wie beansprucht zwischen den Kaltwalzschritten, wenn mehr als einer angewandt wird. Wenn der Wärmebehandlungsschritt zwischen Kaltwalzschritten durchgeführt wird, wird er üblicherweise zwischen dem vorletzten und dem letzten Kaltwalzschritt durchgeführt. Die 15 bis weniger als 30%ige Verringerung der Dicke wird dann im letzten Kaltwalzschritt bewirkt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren beinhalten ferner vorzugsweise einen Lösungsschritt (z. B. Erwärmen auf eine Temperatur von 480 bis 580°C), der mit dem blechförmigen Artikel in der Enddicke durchgeführt wird. Dem folgt vorzugsweise ein gesteuerter Voralterungsschritt von dem Typ wie im oben diskutierten Patent von Jin et al. beschrieben, z. B. durch rasches Abkühlen des blechförmigen Artikels von der Lösungsbehandlungstemperatur auf eine Zwischentemperatur und anschließendes Abkühlen von der Zwischentemperatur auf Umgebungstemperatur mit geringerer Geschwindigkeit (z. B., ≤ 2°C/h).
Die Legierung, mit der die angegebenen Prozesse durchgeführt werden, ist vorzugsweise eine AA6111 Aluminiumlegierung, die Prozesse sind jedoch auch für andere Legierungen der 6000er oder 2000er Serien wirksam, insbesondere wenn sie Cu enthalten, z. B. Legierung AA6016.
Folglich beinhaltet eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform den Direktkühlguß der Legierung unter Herstellung eines Gußbarrens, Abschälen des Gußbarrens unter Ausbildung eines geschälten Barrens, Homogenisieren des geschälten Barrens bei einer Temperatur zwischen 480 und 580°C für weniger als 48 Stunden, wodurch ein homogenisierter Barren gebildet wird, Heiß- und Kaltwalzen des homogenisierten Barrens auf eine Zwischendicke, wodurch ein intermediärer Blechartikel gebildet wird, Wärmebehandeln des intermediären Blechartikels bei einer Temperatur zwischen 280 und 560°C für bis zu 18 Stunden, wodurch eine wärmebehandelter intermediärer Artikel gebildet wird, und Kaltwalzen des intermediären Artikels um zwischen 15 und weniger als 30% auf die Enddicke. Der blechförmige Artikel in Enddicke wird dann zwischen 480 und 580°C lösungsbehandelt, vorzugsweise in einem kontinuierlichen Wärmebehandlungsofen, rasch abgekühlt und dann wie in dem zuvor beschriebenen Verfahren von Jin et al. vorgealtert. Schließlich wird das vorgealterte Material verschiedenen Endbehandlungsmaßnahmen unterworfen, einschließlich Nivellierung, wodurch ein flacher blechförmiger Artikel erhalten wird.
Das in dieser Weise hergestellte Material zeigt verbesserte Biegeformbarkeit, kein oder verringertes Roping ((Farbbürsten)-linien) nach der Umformung zu Paneelen und eine höhere Festigkeit während der Lackaushärtung als in herkömmlicher Weise behandelte Legierungen der gleichen Art (z. B. AA6111-T4 Material).
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist ein Fließdiagramm, das die Schritte einer erfindungsgemäß bevorzugten Vorgehensweise zeigt;
2 ist ein Fließdiagramm ähnlich 1, das ein nicht zur Erfindung gehörendes Verfahren zeigt; und
3 ist eine schematische Darstellung der bevorzugten Ausrüstung, die für die Vorgehensweisen gemäß 1 und 2 verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie oben festgestellt, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung unerwartet entdeckt, daß Legierungsblechmaterialien der 6000er Serie, wie beispielsweise AA6111 und AA6016, und einige Legierungsblechmaterialien der 2000er Serie nach alleinigem Heißwalzen kein Roping zeigen. Die heißgewalzten Materialien neigen dazu, Anzeichen von Roping nach anschließendem Kaltwalzen auf ≥ 30% zu zeigen, und zeigen vollständiges Roping bei ungefähr 40% Reduktion. Folglich beeinflußt der Grad der Kaltbearbeitung das Roping, obwohl der zugrundliegende Mechanismus hierfür noch nicht vollständig verstanden wird.
In der folgenden Beschreibung wird auf Vorgehensweisen Bezug genommen, die mit Legierung AA6111 durchgeführt wurden, es ist jedoch verständlich, daß dies repräsentativ für andere Legierungen der 6000er und 2000er Serien ist.
Herkömmliches AA6111 Legierungsblech wird aus einem Barren kommerzieller Größe hergestellt, der geschält, homogenisiert und auf ≥ 60% heiß- und kaltgewalzt wurde, bevor er zur Einstellung des T4 Tempers lösungswärmebehandelt (solutioniert) wird. Ein solches Material neigt bei Formgebung zu Roping (der Standardtest ist es, das Blech in der transversalen Richtung um 15% zu verformen und dann die Oberfläche leicht zu steinen ("stone")). Erfindungsgemäß kann ein im wesentlichen ropingfreies Blechmaterial hergestellt werden, vorausgesetzt, daß das Ausmaß der Kaltreduktion nach dem Heißwalzen zwischen 15 und weniger als 30%, weiter bevorzugt 18% bis weniger als 30%, noch weiter bevorzugt zwischen 20 und 30%, beträgt. Unterhalb von 15 Kaltreduktion können während der Lösungsbehandlung grobe Körner gebildet werden, und diese erzeugen ein "Orangenhaut"-Muster nach der Formgebung. Ein solches Erscheinungsbild wird als inakzeptabel angesehen, insbesondere in Automobilaußenpaneelanwendungen.
Die Herstellung eines heißgewalzten Qualitätsmaterials (Nachwalzblech), das zwischen 15 und 30% Endkaltwalzung mitmacht, in einer kommerziellen Anlage ist sehr schwierig. Anders als bei der Herstellung von Nachwalzmaterial mit sehr geringer Dicke ist der einzige Weg zur Erzielung solcher Bedingungen der Einschluß einer Wärmebehandlung bei Zwischendicke nach anfänglichem Kaltwalzen. Es ist festzuhalten, daß der Zweck der Zwischenwärmebehandlung die Verringerung der gespeicherten Energie des heiß- und kaltgewalzten Materials ohne übermäßige Vergröberung von Niederschlagteilchen ist. Grobe Teilchen sind während der Lösungsbehandlung schwierig vollständig aufzulösen und sind nicht wünschenswert, da sie die Festigkeitszunahme, die durch das Voralterungsverfahren erzielt wird, das im Anschluß an die Lösungsbehandlung des Materials in Enddicke durchgeführt wird, wie im Jin et al. Patent (US-Patent 5,616,189) beschrieben, nachteilig beeinflussen. Darüber hinaus sind ungelöste Teilchen unerwünscht, da sie es schwierig machen, konsistente mechanische Eigenschaften zu erzielen.
Die Zwischenwärmebehandlung beinhaltet vorzugsweise eine Erwärmung des Blechs auf eine Temperatur zwischen 280 und 560°C und Halten im Wärmebad für bis zu 18 Stunden. Die minimale Zeit, die für die Wärmebehandlung erforderlich ist, hängt von der verwendeten Temperatur ab. Am oberen Ende des Temperaturbereichs kann die minimale erforderliche Zeit sehr kurz sein (praktisch keine Zeit bei der Spitzentemperatur), für den Fachmann ist jedoch die in jedem beliebigen Fall erforderliche Zeit leicht ersichtlich. Vorzugsweise wird das Material diskontinuierlich in Spulenform bei einer Temperatur von ≤ 350°C für bis zu 18 Stunden behandelt. Alternativ können höhere diskontinuierliche Temperungstemperaturen und kürzere Zeiten angewandt werden, indem das Material für ungefähr 1 Stunde einer Temperatur von ungefähr 400°C ausgesetzt wird. Bei Temperaturen zwischen 350 und 400°C sollten die Wärmebehandlungszeiten aus den obengenannten Gründen jedoch minimiert werden, damit eine übermäßige Teilchenvergröberung vermieden wird.
Nach der Wärmebehandlung wird mit dem Kaltwalzen auf die Enddicke begonnen oder diese vervollständigt, und das Material in Enddicke wird vorzugsweise einem Lösungsschritt bei einer Temperatur von 480 bis 580°C unterworfen, vorzugsweise in einer kontinuierlichen Temper- und Lösungswärmebehandlungsstraße, und wird dann der Voralterung unterworfen.
Ein bevorzugtes Voralterungsverfahren beinhaltet die rasche Abkühlung des Blechs von der Lösungstemperatur auf eine Temperatur im Bereich von 65 bis 75°C, gefolgt von einer langsameren Abkühlung auf Umgebungstemperatur mit einer Geschwindigkeit von ≤ 2°C/h.
Ein komplexeres Voralterungsverfahren beinhaltet jedoch vier ununterbrochene Abkühlphasen oder -sequenzen: zuerst wird von der Temperatur der Lösungswärmebehandlung auf eine Temperatur zwischen ungefähr 350 und 220°C mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10°C/sek aber nicht mehr als 2000°C/sek abgekühlt; als zweites wird das Legierungsblech von ungefähr 350 bis ungefähr 220°C auf zwischen ungefähr 270 und 140°C mit einer Geschwindigkeit von mehr als ungefähr 1°C aber weniger als ungefähr 50°C/sek abgekühlt; drittens wird weiter auf ungefähr 120 bis 50°C mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5°C/min aber weniger als 20°C/sek abgekühlt; und viertens wird von ungefähr 120 bis 50°C mit einer Geschwindigkeit von weniger als ungefähr 10°C/h auf Umgebungstemperatur gekühlt.
Das obige Voralterungs(oder Quench)-verfahren kann mit einem zusätzlichen Schritt des Aufwickelns des Blechs vor dem letzten Schritt des Kühlens des Blechs auf Umgebungstemperatur mit einer Geschwindigkeit von weniger als 10°C/h durchgeführt werden.
Alternativ kann das Quenchverfahren die erzwungene Abkühlung des Blechs durch Wasserkühlung, Wassernebelkühlung oder Druckluftkühlung, Aufwickeln des Blechs bei einer Temperatur von 50 bis 100°C und anschließende Abkühlung der Spule mit einer Geschwindigkeit von weniger als ungefähr 10°C/h beinhalten. Am meisten bevorzugt verläßt das Blech die erzwungene Kühlung mit einer Temperatur von zwischen 120 und 150°C, und das Blech wird vorzugsweise bei einer Temperatur von zwischen 60 und 85°C aufgewickelt.
Die allgemeinen Stufen der oben angegebenen Vorgehensweise sind in 1 der anliegenden Zeichnungen gezeigt. Diese zeigt die Anwendung von Kaltwalzschritten und einer intermediären Wärmebehandlung. Im Gegensatz dazu zeigt 2 der anliegenden Zeichnungen eine Vorgehensweise, die nicht zur Erfindung gehört, worin keine Kaltwalzschritte stattfinden und das Heißwalzen bis zur Enddicke durchgeführt wird. In beiden Fällen werden Quench- und Voralterungsschritte mit dem Material in der Enddicke durchgeführt.
3 ist repräsentativ für die Vorrichtung, die für die verschiedenen Schritte der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens verwendet wird. Ein DC-Gußbarren 10 wird zuerst bei 11 homogenisiert und dann in einer Walzmühle 12 zur Ausbildung eines heißgewalzten Materials (Nachwalzmaterial) in Spulenform 13 heißgewalzt. Die Pfeile 14, 15 und 16 kennzeichnen alternative Routen. Der Pfeil 14 betrifft ein Nachwalzmaterial 13, das auf die Enddicke heißgewalzt ist, ein Verfahren, das nicht zur vorliegenden Erfindung gehört. Dieses Material wird einem Lösungsbehandlungsschritt und einer Voralterungsprozedur in einer kontinuierlichen Temper- und Lösungswärmebehandlungsstraße 17 unterworfen, wodurch ein Endprodukt im T4 Temper erhalten wird, das zur Auslieferung an Automobilteilehersteller geeignet ist.
Der Pfeil 15 kennzeichnet eine Route, die von dem heißgewalzten Material 13 genommen wird, das noch nicht in der Enddicke vorliegt. Das Material wird zuerst einem Kaltwalzschritt bei 18 unterworfen, wodurch ein Material erhalten wird, das immer noch nicht in der Enddicke vorliegt. Dieses Material wird dann einer Wärmebehandlung in einem diskontinuierlichen Temperofen 19 oder in einer kontinuierlichen Temperstraße 20 unterworfen. Das wärmebehandelte Produkt wird dann in einer Walzmühle 21 einer Endkaltwalzung auf die Enddicke unterworfen, wobei es die genannte Verringerung der Dicke von 15 bis weniger als 30 erfährt. Die gleichen Lösungs- und Voralterungsschritte wie zuvor beschrieben können dann in der Straße 17 durchgeführt werden.
Der Pfeil 16 kennzeichnet die Möglichkeit, daß das Kaltwalzen nur nach der Wärmebehandlung im Ofen 19 oder der Straße 20 wie zuvor beschrieben durchgeführt wird (d. h. in diesem Fall gibt es keine Vorab-Kaltwalzung in der Mühle 18). Die anschließenden Schritte sind dann die gleichen wie bei dem Material, das dem Pfeil 15 folgt.
In allen erfindungsgemäßen Fällen wird Kaltwalzen nach der Wärmebehandlung zur Verringerung der Dicke des intermediären Produkts auf die Enddicke in einem Ausmaß im Bereich von 15 bis weniger als 30% durchgeführt. Wenn dieser Grad der Abnahme der Dicke zwischen dem heißgewalzten Nachwalzmaterial 13 und dem Produkt in Enddicke nicht ausreichend ist, kann vor der Wärmebehandlung eine Vorab-Kaltwalzung in der Walzmühle 18 durchgeführt werden. Der Grad der Abnahme der Dicke, die durch das Kaltwalzen vor dem Wärmebehandlungsschritt hervorgerufen wird, beeinflußt den Ropingeffekt nicht. Es ist das Kaltwalzen nach dieser Wärmebehandlung, das sorgfältig gesteuert werden muß, damit die Einführung von Ropingcharakteristiken in das Produkt vermieden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist darauf ausgelegt, ein optimierten Blechmaterial mit einer guten Kombination aus Biegeformbarkeit, Oberflächenerscheinungsbild nach der Formgebung und Lackbrennreaktion herzustellen. Das in dieser Weise hergestellte Material wird als gegenüber dem herkömmlichen Produkt, das gegenwärtig kommerziell erhältlich ist, überlegen angesehen.
Die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden anhand der nachfolgenden Vergleichsbeispiele und Beispiele verständlich, sind aber nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkend anzusehen sind.
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
Drei Barren mit AA6111 Zusammensetzung in kommerzieller Größe wurden durch Direktkühlguß hergestellt. Die Barren wurden geschält, bei 560°C homogenisiert und auf 2,54 mm Dicke heißgewalzt. Zwei der heißgewalzten Spulen wurden zusammen durch Erwärmen auf bis zu 400°C in einem diskontinuierlichen Ofen, Halten für 1 Stunde und anschließendem Abkühlen mit einem Gebläse getempert. Alle Spulen wurden mit 59 und 64 Reduktion auf die Enddicke von 1,03 bzw. 0,93 mm kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Spulen wurden bei 560°C einer Lösungsbehandlung unterworfen, zwischen 65 und 75°C aufgewickelt und mit einer Geschwindigkeit von ≤ 2°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Materialien wurden dann Endbehandlungen unterworfen, die Reinigung, Nivellierung und Zuschnittsmaßnahmen einschlossen. Die zugeschnittenen Proben wurden zur Charakterisierung der Materialien verwendet.
Die Dehnungseigenschaften in der senkrechten Richtung wurden unter Verwendung von Standard ASTM Proben mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 2,54 mm/min auf 0,025 Belastung, gefolgt von 12,7 mm/min bis zum Versagen bestimmt. Die Biegefähigkeit der Materialien wurden unter Verwendung des Standard ASTM E290-B7 Testverfahrens bestimmt. Die Mikrostruktur des Materials wurde optisch untersucht. Ein Ropingtest wurde durchgeführt durch Verformung 45 mm breiter Paneele um 15% in der senkrechten Richtung und anschließendes leichtes Steinen der Oberfläche zur Verdeutlichung der Topographie.
Tabelle 1 faßt die Eigenschaften herkömmlicher und diskontinuierlich getemperter Materialien wie aus der Anlage erhalten zusammen.
Herkömmliche AA6111 Eigenschaften, Beispiel 1 in Tabelle 1, in Temperzuständen wie erhalten und lackgebrannt, liegen bei 140 MPa YS, 276 MPa UTS und 26% El, bzw. 269 MPa YS, 344 MPa und 19% El. Das Material wie erhalten zeigte Biegeformbarkeiten (r/t) von 0,4 bzw. 0,5 in der Längs- und der Querrichtung. Die Körngröße des Materials betrug 35 × 15 μm. Das Material zeigte nach einer Verformung um 15 in Querrichtung deutliches Roping.
Die Beispiele 2 und 3 in Tabelle 1 repräsentieren Eigenschaften von zwei AA6111 Spulen, die zusammen in einem diskontinuierlichen Ofen diskontinuierlich getempert wurden. Es ist ersichtlich, daß die Eigenschaften der beiden Spulen signifikant voneinander abweichen, woran sich deutlich die Probleme zeigen, die mit dem diskontinuierlichen Temperprozeß verbunden sind, wenn man versucht, konsistente Eigenschaften zu erzielen. Diese Unterschiede bestanden aufgrund unterschiedlicher Mengen an ausgefälltem grobem Mg₂Si/Si. Die Legierung gemäß Beispiel 2 zeigte mehr grobe Teilchen als diejenige aus Beispiel 3. Im allgemeinen war die Lackbrennreaktion des diskontinuierlich getemperten Materials geringer als diejenige ihres nicht-diskontinuierlich getemperten Gegenstücks (vgl. Beispiel 1 mit Beispielen 2 und 2 in Tabelle 1). Wie oben festgestellt, steht dieser Unterschied überwiegend mit der Tatsache in Zusammenhang, daß das diskontinuierlich getemperte Material nicht auf die Voralterungsbehandlung anspricht.
Das diskontinuierlich getemperte Material zeigte kein Roping, was mit der Lehre der US-Patente 4,897,124 und 5,480,498 von Sky Aluminum bzw. Reynolds Metal Company konsistent ist. Die diskontinuierlich getemperten Produkte konnten jedoch keine Lackbrennfestigkeit in einem Ausmaß hervorbringen, wie sie normalerweise bei den nicht diskontinuierlich getemperten Produkten beobachtet wird. Darüber hinaus sind die Eigenschaften des diskontinuierlich getemperten Materials in einer kommerziellen Verarbeitungsumgebung schwer zu steuern.
Das illustriert den Bedarf nach der Entwicklung eines besseren Herstellungsverfahrens für Automobilblechanwendungen.
Beispiele 1 und 2
Das vorliegende Beispiel 2 ist nicht erfindungemäß.
Zwei Barren mit AA6111 Zusammensetzung in kommerzieller Größe wurden kommerziell im Direktkühlguß hergestellt. Die Barren wurden geschält und bei 560°C vollständig homogenisiert. Einer der Barren wurde auf 2,54 mm Dicke und der andere auf 2,3 mm Dicke heißgewalzt. Die heißgewalzten Spulen mit einer Dicke von 2,54 bzw. 2,3 mm wurden auf eine Dicke von 1,5 bzw. 1,3 mm kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Spulen wurden dann bei 550°C in einem kontinuierlichen Temperofen wärmebehandelt und rasch abgekühlt. Die wärmebehandelten Spulen von 1,5 bzw. 1,3 mm Dicke wurden dann um 33 bzw. 20% auf die Enddicke von 1,0 mm kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Spulen wurden bei 550°C lösungsbehandelt, rasch abgekühlt, zwischen 65 und 75°C aufgewickelt und dann bei einer Geschwindigkeit von ≤ 2°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Materialien wurden dann ohne Nivellierung zugeschnitten. Die zugeschnittenen Proben wurden zur Charakterisierung der Materialien verwendet.
Es ist ersichtlich, daß die YS-Werte der Materialien der Beispiele 1 und 2 in Tabelle 2 sowohl im Temper wie erhalten als auch im Lackbrenntemper recht eng beieinander liegen.
Die YS-Werte der Materialien wie erhalten in Tabelle 2 sind niedriger als im Vergleichsbeispiel 1 (Tabelle 1). Der Grund für diesen Unterschied liegt vorwiegend darin, daß die Materialien keiner Nivellierungsbehandlung unterworfen wurden. Die Biegeformbarkeit der Materialien aus den Beispielen 1 und 2 sind unterschiedlich, repräsentieren jedoch eine Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Material -vgl. Vergleichsbeispiel 1 in Tabelle 1 mit den Beispielen 1 und 2 aus Tabelle 2. Die Lackbrennreaktion der Materialien aus den Beispielen 1 und 2 ist besser als diejenige, die mit den diskontinuierlich getemperten Materialien aus Tabelle 1 erhalten wird.
Das 33% kaltgewalzte Material zeigte ein verringertes Roping, wohingegen das 20% gewalzte Material überhaupt kein Roping zeigte. Allgemein war das oberflächliche Erscheinungsbild der beiden Materialien nach dem Ropingtest besser als beim herkömmlichen Material. Die Korngröße des 20% kaltgewalzten Materials ist größer als die seines 33 kaltgewalzten Gegenstücks. Die Korngrößenbereiche, die aus diesen beiden Beispielen erhalten wurden, liegen innerhalb des normalen Produktbereichs.
Beispiel 3
Ein Barren mit AA6111 Zusammensetzung kommerzieller Größe wurde im Direktkühlguß hergestellt, geschält, bei 560°C homogenisiert, und auf eine Zwischendicke von 1,25 mm heiß- und kaltgewalzt. Das Material wurde dann für 4 Stunden bei 300°C in einem diskontinuierlichen Ofen wärmebehandelt und auf eine Enddicke von 1,00 mm kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Spulen wurden in einer kontinuierlichen Temperstraße bei 550°C lösungsbehandelt und rasch abgekühlt, zwischen 65 und 75°C aufgewickelt und dann mit einer Geschwindigkeit von ≤ 2°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt. Zur Bestimmung verschiedener Eigenschaften wurde eine Materialprobe genommen.
Die Dehnungseigenschaften des AA6111 Materials sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3 Mechanische Eigenschaften von erfindungsgemäß hergestellter AA6111 Legierung
Die Eigenschaften sind denjenigen ähnlich, die mit den Beispielen 1 und 2 in Tabelle 2 erhalten wurden. Biegeverformbarkeit und die Lackbrennreaktion sind besser als beim herkömmlichen Material (Vergleichsbeispiel 1 in Tabelle 1). Die Ropingcharakteristiken des Materials sind ebenfalls besser als beim herkömmlichen Material.
Aus den obigen Beispielen ist deutlich, daß das vorgeschlagene Verfahren ein Blechprodukt liefert, das hinsichtlich Biegeformbarkeit, Roping und Lackbrennreaktion besser ist als das gegenwärtig auf dem Markt erhältliche Produkt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Blechartikeln aus Aluminiumlegierung der 6000er Serie, worin ein Gußbarren durch Direktkühlguß gebildet wird, der Barren wird unter Bildung eines geschälten Barrens geschält, der geschälte Barren wird bei einer Temperatur zwischen 480 und 580°C für weniger als 48 Stunden homogenisiert, wodurch ein homogenisierter Barren gebildet wird, und der Barren wird unter Ausbildung eines Blechartikels auf Enddicke gewalzt, worin die Dicke des homogenisierten Barrens durch Heiß- und gegebenenfalls Kaltwalzen verringert wird, wodurch ein Artikel in Zwischendicke gebildet wird, der eine Verringerung der Dicke im Bereich von 15 bis weniger als 30% zum Erreichen der Enddicke benötigt, gefolgt von Kaltwalzen des Artikels in Zwischendicke, wodurch der Blechartikel in Enddicke gebildet wird, mit der Maßgabe, daß wenn sowohl Heißals auch Kaltwalzen zur Herstellung des Artikels in Zwischendicke angewandt wird, ein Wärmebehandlungsschritt mit dem Artikel in Zwischendicke zur Temperung des Artikels vor dem Kaltwalzen auf die Enddicke durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Heißwalzen ein Artikel in Zwischendicke gebildet wird, der eine weitere Verringerung der Dicke von 18 bis weniger als 30% zum Erreichen der Enddicke benötigt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Heißwalzen ein Artikel in Zwischendicke gebildet wird, der eine weitere Verringerung der Dicke von 20 bis weniger als 30% zum Erreichen der Enddicke benötigt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kaltwalzschritt nach dem Heißwalzschritt zur Vervollständigung der Ausbildung des Artikels in Zwischendicke angewandt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung die Erwärmung des Artikels auf eine Temperatur im Bereich von 280 bis 560°C für bis zu 18 Stunden umfaßt .
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lösungsbehandlungsschritt mit dem Artikel in Enddicke durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsbehandlungsschritt bei einer Temperatur im Bereich von 480 bis 580°C durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Artikel im Anschluß an den Lösungsbehandlungsschritt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 2°C/h auf eine Zwischentemperatur und dann von dieser Zwischentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 2°C/h oder weniger auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumlegierung AA6111 ist.