DE69223435T2

DE69223435T2 - Aluminiumblech und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69223435T2
Application number: DE69223435T
Authority: DE
Inventors: Paul Mariette Clement Neutjens
Original assignee: Hoogovens Aluminium BV
Current assignee: Aluminium Duffel BV
Priority date: 1991-04-02
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: NL9100565A; DE69223435D1; ATE161056T1; ES2111035T3; EP0507411B1; EP0507411A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von weichem, verforinbarem SSF-Aluminiumblech, das eine zu der bekannten AA 5000-Reihe von Al-Mg-Legierungen gehörende Zusammensetzung mit einem Mg-Anteil von über 0,8 % Mg hat, und ein Blech von dieser Art. Das Blech ist zu Umformungszwecken wie beispielsweise die Herstellung von Karosserieteilen für Autos durch Pressen geeignet.
In dieser Beschreibung wird hinsichtlich des Aluminiumbleches der oben beschriebenen Art der Begriff "weich" so verstanden, daß er den Lieferzustand des Bleches beschreibt. Innerhalb des Rahmens dieser Anmeldung bezieht sich der Lieferzustand "weich" auf den Zustand nach dem Rekristallisationsglühen, der manchmal von einer leichten Nachbehandlung wie einem Flachdrücken gefolgt sein kann. In diesem "weichen" Zustand ist das Material für eine Formgebung durch Umformung, welche die Krümmung in zwei Ebenen umfaßt, bereit.
In dieser Beschreibung werden unter dem Begriff "Blech" nicht nur Bleche verstanden, die durch Abschneiden erhalten werden, sondern auch bandförmige Bleche, die bis zum Abschneiden noch in Coils vorliegen.
In dieser Beschreibung wird der Begriff "SSF" (Stretcher Strain Free (fließfigurenfrei)) in seiner im Stand der Technik normalen Bedeutung verstanden, d. h. um Blech zu definieren, das bei einer plastischen Kaltumformung frei von Fließfigurmarkierungen der Klasse A, sogenannten Lüder- Linien, bleibt. Diese körnchenähnlichen Unebenheiten in der Oberfläche des Materials treten auf, wenn das Material fließt, und sind für sichtbare äußere Karosserieteile nicht akzeptierbar, weil sie nach dem Anstreichen sichtbar bleiben.
Lüder-Linien sind auch in Stahl bekannt. Aus diesem Grund wird Umformungsstahl üblicherweise tempergewalzt. Dies ist bei Aluminium nicht üblich, weil diese Kalthärtung die Umformbarkeit in einem erheblichen Maß verringert. In ihrem weichen Zustand sind Al-Mg-Legierungen der 5000-Reihe sehr anfällig gegen Lüder-Linien. Bei Al-Mg-Legierungen besteht der herkömmliche Weg, das Material unanfällig gegen Lüder- Linien der Klasse A zu machen, darin, zu gewährleisten, daß die Korngröße des Materials im ferrigen Produkt größer als 50 µm ist. Mit einer Korngröße von über 50 pm ist dann das Risiko eines Auftretens von Lüder-Linien der Klasse A gering. Dies wird durch Rekristallisationsglühung bei einer Materialdicke, die größer als die Enddicke ist, einer der sogenannten Zwischenglühung, erreicht. Anschließend wird in einer zweiten Kaltwalzstufe das Material mit einer präzise bestimmten Reduzierung in dem Bereich von 15 bis 20 % in die Enddicke gebracht und wird wieder rekristallisationsgeglüht, die sogenannte Endglühung. Wenn es weiter reduziert wird, ist die Korngröße kleiner als 50 µm und es treten Lüder-Linien auf. Wenn es weniger reduziert wird, ist die Korngröße des Materials nach der Rekristallisation so groß, daß das sogenannte Elefantenhaut-Phänomen beim Pressen auftritt. Alles in allem ist dieser klassische Weg zur Herstellung von SSF-Al-Mg-Blech eine ziemlich kritische Prozedur, die leicht zu Beanstandungen von Blechverwendern über Lüder-Linien oder Elefantenhauteffekten führen kann, nachdem sie das Blech bearbeitet haben.
Die US-A-4 151 013 beschreibt ein AA-5000 Al-Mg-Legierung SSF-Blech. Das Dokument diskutiert die Nachteile und Fehler eines Verfahrens zur Behandlung von Klasse A-Linien, welches ein Glühen bei 500ºC (oder 300ºC), dann ein Abschrecken in kaltem Wasser und schließlich ein leichtes Walzen oder Richten umfaßt. Das von dem Dokument vorgeschlagene neue Verfahren umfaßt ein kurzes Glühen gefolgt von einem leichten, aber beträchtlichen Strecken von etwa 0,5 %. Es wird gesagt, daß das Glühen ein Abschrecken mit Geschwindigkeiten, die niedriger sind als ein Kaltwasserabschrecken, umfaßt. Die Einzelheiten des bestimmten, beschriebenen Verfahren implizieren, daß eine sehr schnelle Heizgeschwindigkeit während des Glühens nicht verwendet wurde. Die Korngröße dieses Produktes ist nicht erwähnt.
Die GB-A-2 024 861 beschreibt ein SSF-Blech aus einer Al-Mg- Legierung mit einem Zn-Anteil (0,5 bis 2,0 %), der es außerhalb der AA-5000-Reihe plaziert. Dieses Blech hat eine Korngröße von weniger als 50 µm. Vergleichstests in diesem Dokument schlagen vor, daß ein AA-5000-Blech mit einer Korngröße von weniger als 50 µm nicht SSF sind.
Die EP-A-259 700 schlägt vor, daß nach einer T4-Lösung Wärmebehandlung und Nachrichtung einer Al-Mg-Legierung mit 2 bis 6 % Mg eine Wärmenachbehandlung mit einer schnellen Erwärmung und Abkühlung durchgeführt wird. Diese Wärmenachbehandlung ist eine künstliche Alterung, nicht eine Rekristallisationswärmebehandlung. Die Legierung ist von der sogenannten wärmebehandelbaren Art. Die Legierungen der vorliegenden Erfindung sind nicht für eine T4-Behandlung geeignet.
Die US-A-4 021 271 beschreibt eine unterschiedliche Art von Aluminiumprodukt, die 2 bis 9 % Mg enthält und weiterhin 0,75 bis 5 % Aluminid-bildende übergangselemente wie Fe, Co, Ni enthält, deren Funktion es ist, die Bildung von feinen Aluminid-Partikeln beim Gießen zu verursachen. Beim Glühen rekristallisiert die kalt bearbeitete Struktur, um eine ultra-feine Struktur mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 15 µm zu ergeben. Kontinuierliches und Chargenglühen ist erwähnt, aber keine Erwärmungs- oder Abkühlgeschwindigkeiten sind angegeben. Die vorliegende Erfindung schließt Aluminiumprodukte von dieser Art aus, in denen Aluminid bildende Elemente vorhanden sind, um eine feine Korngröße zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes SSF Al-Mg-Blechmaterial und ein verbessertes Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.
Ein Aspekt der Erfindung ist in Anspruch 1 angegeben. Vorzugsweise beträgt die Korngröße des Bleches nach der Rekristallisationsglühung bei Endmaterialdicke weniger als 40 µm. In dieser Beschreibung wird die Korngröße als der durchschnittliche Korndurchmesser gemäß ASTM E 112 verstanden.
In der Erfindung wird das Aluminiumblech bei Enddicke in einem kontinuierlichen Glühofen mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit in dem Heizabschnitt des kontinuierlichen Durchlaufglühofens von über 50ºC/s und vorzugsweise von über 80ºC/s rekristallisationsgeglüht, wonach das Blech schnell abgeschreckt wird. Vorzugsweise wird das Aluminiumblech in dem kontinuierlichen Durchlaufglühofen durch Induktionsheizung homogen erwärmt.
Obwohl eine Zwischenrekristallisation beim Kaltwalzen ausgeführt werden kann, ist es bevorzugt, daß das Blech nur bei Enddicke rekristallisationsgeglüht wird.
Überraschend ist herausgefunden worden, daß kontinuierlich geglühtes Material, das durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wird und dessen Korngröße kleiner als 50 µm ist, keine Lüder-Linien nach plastischer Kaltumformung zeigt. Bis jetzt haben Spezialisten allgemein angenommen, daß kontinuierlich geglühtes Material wegen der kleinen Korngröße, die beim kontinuierlichen Glühen erhalten wird, nicht frei von Fließfiguren sein würde.
Die Erfindung hat viele Vorteile. Zunächst ist die Umformbarkeit des Bleches gemäß der Erfindung exzellent und die Elastizitätsgrenze hoch. Als ein Ergebnis der kleinen Korngröße zeigt das Material keinen Elefantenhauteffekt bei Verformung, so daß in den verformten Zonen ein sehr glattes Oberflächenerscheinungsbild erhalten wird. Zweitens bildet sich wegen der sehr kurzen Glühzeit an der Oberfläche des Bleches praktisch keine Oxidschicht auf dem Blech, so daß keine Verfärbungen auftreten und weniger Probleme während des Fressens auftreten. Auch führt in dem Fall eines kontinuierlichen Glühens nach dem Kaltwalzen das Walzöl zu weit weniger Problemen, weil keine Punkte als ein Ergebnis einer Teilverbrennung zurückgelassen werden. Wenn keine Zwischenglühung vorgesehen ist, ist der Energieverbrauch viel niedriger und die Durchlaufzeit des Produktes viel kürzer.
Das Verfahren zur Herstellung von Blech gemäß der Erfindung stimmt allgemein mit den herkömmlichen Prinzipien überein, außer daß, wie beschrieben, ein Aluminiumlegierungsblech dieser Art auf eine geeignete Dicke für das anschließende Kaltwalzen warmgewalzt wird.

Beispiel

Es wurden Versuche mit AA 5051 A-Material durchgeführt; dies ist ein Material aus der AAA 5000-Reihe, das 1,8 % Mg enthält, und standardisiert in DIN als AlMg 1.8. beträgt der Fe + Ni + Co-Anteil weniger als 0,50 %. Das Material wurde mit einer Reduzierung von 75 % von einer Anfangsdicke von 4 mm auf eine Enddicke von 1 mm kaltgewalzt.
Die folgenden Proben wurden hergestellt:
Bemerkungen:
1) bei Enddicke
2) eine Reduzierung von 15 % bis 20 % fand nach einer Zwischenglühung statt
3) Verfahren zum Endglühen
Beim Endglühen betrug die Heizgeschwindigkeit in dem Chargenverfahren (Proben A und B) 40ºC/Stunde und für die kontinujerlich geglühten Proben (C und D) 80ºC/s.
Die Heiztemperaturen und Haltezeiten betrugen eine Stunde bei 400ºC beim Chargenglühen und 1 bis 15 Sekunden bei 440ºC beim kontinuierlichen Glühen. Beim kontinuierlichen Glühen erfolgte das Abschrecken durch Wasser mit einer Kühlgeschwindigkeit von 400ºC/s (in der Erfindung ist eine minimale Kühlgeschwindigkeit beim Abschrecken von 200ºC/s bevorzugt).
Es wurden Zugversuche durchgeführt, deren Ergebnisse in den beiliegenden Figuren 1A bis 1D und in der nachstehenden Tabelle angegeben sind.
Die Figuren 1A bis 1D zeigen den Übergang vom elastischen zum plastischen Teil der Spannung/verformungs-Graphen der Proben A bis D.
Es wurde herausgefunden, daß nur die Probe A einen ausgeprägten Fließpunkt (horizontales Plateau) hat; für den Spezialisten ist dies ein Anzeichen dafür, daß Lüder-Linien bei einer plastischen Kaltverformung auftreten können.
Die Probe B, ein Material, das gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist, hat kein horizontales Plateau. Horizontale Plateaus wurden jedoch auch nicht bei den Proben C und D, welche die Erfindung verkörpern, gefunden. Die Probe D, welche keiner Zwischenglühung unterworfen wurde, ist die beste Ausführungsform der Erfindung. Tabelle
Bemerkungen:
1) bei einer Anfangsmeßlänge von 50 mm
2) beim Zugtest
3) für eine Probendicke von 1,2 mm.
Die Tabelle zeigt, daß insbesondere kontinuierliches Glühen ohne Zwischenglühung (Probe D) eine hohe Dehnung beim Bruch erzeugt.
Um mit Sicherheit das Vorliegen von Klasse A-Linien zu gewährleisten, wurde ein Zugtest ausgeführt, bei dem ein Band mit einer polierten Oberfläche senkrecht zur Walzrichtung gezogen wurde. Die Tabelle zeigt, daß in diesem Test Klasse A-Linien nur bei der Probe A auftreten. Die Korngröße von Probe A ist kleiner als 50 µm.
Als ein Ergebnis des Zwischenglühens ist die Korngröße von Probe B größer als 50 µm, während die Korngröße der Proben C und D kleiner als 50 µm ist.
Schließlich zeigt die Tabelle, daß mit einem kontinuierlichen Glühen ein mit 7 % beträchtlich höherer Erichsen-Wert mit derselben Blechdicke erreicht wird.
Praktische Umformungsversuche wurden durchgeführt. Ein Autokarosserieteil wurde auf einer industriellen Presse aus Blechen der Proben B, C und D hergestellt. Keine Lüder-Linien traten auf, aber die Oberfläche des Bauteils, welches aus Proben C und D hergestellt wurde, war viel glatter als die des Bauteils, das aus der Probe B gemacht wurde. Der hervorstechendste Unterschied zeigte sich in den sehr stark verformten Zonen des Bauteils.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von weichem, verformbarem SSF- Aluminiumblech, das in Gew.-% die folgende Zusammensetzung hat:

Mg 0,8 - 5,6 %,

Si 0,4 % max.,

Fe + Ni + Co zusammen max. 0,75 Gew.-%,

Cu 0,2 % max.,

Mn 1,0 % max.,

Cr 0,35 % max.,

Zn 0,25 max.,

andere Elemente jeweils maximal 0,05 % und insgesamt maximal 0,15 %,

Rest Al,

welches Verfahren die Schritte aufweist:

(i) Kaltwalzen des Bleches, optional mit Zwischenglühung, auf die Enddicke,

(ii) Rekristallisationsglühung bei Enddicke in einem kontinuierlichen Glühofen mit einer Heizgeschwindigkeit von über 50ºC/s,

(iii) Abschrecken des Bleches nach dem Glühschritt (ii),

wobei die Schritte (i) bis (iii) so sind, daß die Korngröße des Bleches nach dem Schritt (iii) weniger als 50 µm beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Anteil von Fe + Ni + Co insgesamt nicht mehr als 0,50 % beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das keine irgendwie geartete Streckung des Bleches nach dem Schritt (iii) umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Heizgeschwindigkeit in Schritt (ii) über 80ºC/s beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Aluminiumblech in dem kontinuierlichen Glühofen durch Induktionsheizung homogen erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Blech ohne Zwischenglühung kaltgewalzt wird, wobei die Rekristallisationsglühung nur bei Enddicke ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Korngröße nach Schritt (iii) weniger als 40 µm beträgt.