DE69319217T2

DE69319217T2 - Herstellungsverfahren für Büchsenkörperblech mittels kontinuierlicher In-line-Arbeitsgänge in zwei Folgen

Info

Publication number: DE69319217T2
Application number: DE69319217T
Authority: DE
Inventors: Donald G California 94526 Harrington; Gavin F California 94549 Wyatt-Mair
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2013-11-03
Also published as: JPH0711402A; KR100314815B1; KR940013636A; DE69319217D1; ATE167412T1; CA2111947A1; CA2111947C; AU670338B2; AU5199293A; EP0605947A1; JP3320866B2; CN1051945C; EP0605947B1; US5356495A; BR9304938A; TW260628B; CN1093956A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches, aus zwei Arbeitsgängen bestehendes In-line Verfahren für die wirtschaftliche und effiziente Herstellung eines aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Dosenkörperwerkstoffs.

Stand der Technik

Es ist üblich, Aluminiumdosen wie z. B. Getränkebüchsen dadurch herzustellen, daß zunächst ein in einer großen Breite vorliegender Blechwerkstoff aus Aluminium (z. B. 60 inch (152,4 cm)) kreisförmig ausgestanzt und anschließend tiefgezogen wird, und zwar im Rahmen eines einheitlichen Arbeitsganges. Die Seitenwände werden anschließend gezogen und geglättet, indem der Becher durch eine Reihe von jeweils abnehmende Bohrungsdurchmesser aufweisende Matrizen bewegt wird. Die Matrizen bringen auf diese Weise einen Glättungseffekt mit sich, durch welchen die Seitenwände gestreckt werden, um einen Dosenkörper zu erzeugen, dessen Wandungsabmessungen geringer als diejenigen seines Bodenteils ausfallen. Der resultierende Dosenkörper ist auf diese Weise sorgfältig gestaltet worden, und zwar nach Maßgabe einer Gestalt, die eine maximale Festigkeit und einen minimalen Metallaufwand mit sich bringt.
Drei charakteristische Merkmale sind den, dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren zur Herstellung von Dosenkörperwerkstoff gemeinsam: a) die Breite des Dosenkörperwerkstoffs ist groß (üblicherweise mehr als 60 inch (152,4 cm)), b) der Dosenkörperwerkstoff wird in großen Industrieanlagen hergestellt, in denen umfangreiche und komplizierte Maschinenanlagen verwendet werden und c) der Dosenkörperwerkstoff wird verpackt und über große Entfernungen verschifft, um zu Kunden, insbesondere Dosenherstellern gebracht zu werden. Dosenwerkstoff in großen Breiten, der zur Verwendung bei üblichen Dosenherstellern geeignet ist, ist notwendigerweise durch wenige große zentralisierte Walzwerksanlagen hergestellt worden. In solchen Anlagen wird üblicherweise zusätzlich zu dem Dosenkörperwerkstoff eine Vielzahl anderer Produkte hergestellt und es wird auf diesem Wege der Gebrauch einer flexiblen Herstellungstechnik im großen Maßstab verhindert, so daß demzufolge Kosten und Effizienznachteile gegeben sind. Die Breite des Produktes erfordert den Gebrauch einer umfangreichen Maschinenausrüstung in allen Bereichen der Dosenkörperherstellungsanlage und die Qualitätsanforderungen an den Dosenkörperwerkstoff und gleichermaßen diejenigen an andere Produkte bringen es zwangsweise mit sich, daß diese Maschinenausrüstung kompliziert ausfällt. Eine solche massive high-tech Maschinenausrüstung bedeutet jedoch eine beträchtliche wirtschaftliche Belastung, und zwar sowohl hinsichtlich des investierten Kapitals als auch der laufenden Betriebskosten. Ist der Dosenkörperwerkstoff nach Maßgabe eines Fertigmaßes, wie im folgenden noch im Detail noch zu beschreiben sein wird, hergestellt, wird er sorgfältig verpackt und gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit versiegelt, um anschließend zu den Dosenherstellungsanlagen des Kunden verschifft zu werden. Diese Anlagen sind üblicherweise entfernt von den Anlagen des Dosenkörperwerkstoffherstellers gelegen und es können sich zwischen beiden in der Tat Hunderte oder Tausende von Meilen befinden. In dem Verpacken, dem Verschiffen und dem Auspacken besteht eine weitere beträchtliche wirtschaftliche Bürde, insbesondere wenn Verluste auf Grund von Behandlungsschäden, atmosphärischen Bedingungen, Verunreinigungen und Fehlleitungen hinzutreten. Infolge der, sich auf dem Transport befindlichen Produktmenge addieren sich zu den Kosten der dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren somit beträchtliche Lagerkosten.
Bei der herkömmlichen Herstellung von Dosenkörperwerkstoff werden diskontinuierliche Verfahren eingesetzt, welche eine ausgedehnte Folge einzelner Schritte beinhalten. Typischerweise wird ein großer Rohling gegossen und auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Der Rohling wird anschließend zur weiteren Behandlung gelagert. Sobald ein Rohling zur weiteren Behandlung benötigt wird, wird er zunächst dahingehend behandelt, daß Defekte wie z. B. Entmischungen, Grübchen, Falten, Seigerungen und Behandlungsschäden entfernt werden, indem die Oberflächen des Rohlings bearbeitet werden. Dieses Verfahren wird Häuten genannt. Sobald die Oberflächendefekte dies Rohlings entfernt worden sind, wird er bis zu einer erforderlichen Homogenisierungstemperatur während mehrerer Stunden erwärmt, um sicherzustellen, daß sich die Komponenten der Legierung innerhalb der metallischen Struktur gleichförmig verteilt haben. Anschließend wird er zum Heißwalzen auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt. Noch während er heiß ist, wird der Rohling in mehreren Stichen einem heiß durchgeführten Blockwalzverfahren unterzogen, wobei Reversierwalzwerke und kontinuierlich arbeitende Walzwerke zum Einsatz kommen, so daß die Dicke des Rohlings reduziert wird. Nach diesem Heißwalzschritt wird der Rohling üblicherweise einem Tandemwalzwerk zwecks Durchführung eines Fertigwalzens zugeführt, welches ebenfalls heiß durchgeführt wird, wobei der Blechwerkstoff anschließend aufgewickelt, luftgekühlt und gelagert wird. Die Rolle kann anschließend in einen diskontinuierlichen Verfahrensschritt vergütet werden. Der aufgewickelte Blechwerkstoff wird anschließend mittels Kaltwalzen in seiner Dicke auf ein Fertigmaß reduziert, wobei ein Abwickeln und ein erneutes Aufwickeln sowie einzelne und/oder Tandemwalzwerke eingesetzt werden.
Diskontinuierliche, in der Aluminiumindustrie üblicherweise eingesetzte Verfahren erfordern zahlreiche unterschiedliche Materialbehandlungsschritte, um die Rohlinge und Rollen zwischen den typischerweise von einander getrennten Verfahrensschritten zu transportieren. Solche Verfahrensschritte sind arbeitsintensiv, verbrauchen Energie und führen häufig zu Produktschäden, die zu einer Nachbearbeitung des Aluminiums und sogar einem vollständigen Verschrotten des Produktes führen. Zu diesen Herstellungskosten addieren sich naturgemäß die Kosten, die durch die Lagerhaltung von Rohlingen und Rollen entstehen.
Aluminiumschrott fällt bei den meisten der vorstehenden Verfahrensschritte an, und zwar in der Form von Bearbeitungsspänen, Lunkerköpfen, Randabfall, verschrotteten Rohlingen und verschrotteten Rollen. Die insgesamt entstehenden Verluste durch solche diskontinuierlichen Verfahren gehen üblicherweise von 25% bis 40%. Eine erneute Behandlung des auf diese Weise erzeugten Schrotts führt zu einer Erhöhung von 25% bis 40% der Arbeits- und Energiekosten des gesamten Herstellungsverfahrens.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, wie in der US-A-4260419 und der US-A- 4282044 beschrieben, einen Dosenkörperwerkstoff auf der Basis einer Aluminiumlegierung gemäß einem Verfahren herzustellen, bei welchem direkter Kokillenguß oder ein kontinuierlicher Strangguß bei einem Kleinwalzwerk verwendet wird. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird vom Verbraucher herrührender Aluminiumdosenschrott erneut aufgeschmolzen und mit Hinblick auf die Einstellung seiner Zusammensetzung hin behandelt. Gemäß einem Verfahren wird das erschmolzene Metall direkt in Kokillen gegossen, woran sich ein Häuten anschließt, um Oberflächendefekte des Rohlings zu beseitigen. Der Rohling wird anschließend vorgewärmt und einem heißen Blockwalzvorgang unterzogen, an den sich ein kontinuierliches Heißwalzen, ein Aufwickeln, ein diskontinuierliches Vergüten und ein Kaltwalzen anschließen, um den Dosenwerkstoff zu gestalten. Bei einem anderen Verfahren wird der Gießvorgang in einem kontinuierlichen Strangguß durchgeführt, an den sich ein Heißwalzen, ein Aufwickeln und ein Kühlen anschließen. Anschließend wird die Rolle vergütet und kaltgewalzt. Bei dem oben beschriebenen, ein Kleinwalzwerk einbindenden Walzprozeß, im folgenden auch minimill-Prozeß genannt, werden zehn auf die Werkstoffbehandlung gerichtete Verfahrensschritte benötigt, um die Rohlinge und die Rollen zwischen neun Verfahrensschritten zu transportieren. Wie bei anderen herkömmlichen Prozessen gestalten sich solche Verfahren arbeitsintensiv, verbrauchen Energie und resultieren oft in Produktschäden. Bei den Walzverfahren wird Schrott erzeugt, der zu typischen Verlusten des Verfahrens von ungefähr 10% bis 20% führt.
Bei dem minimill-Prozeß wird ein Vergüten üblicherweise diskontinuierlich ausgeführt, wobei sich das Aluminium in einer aufgerollten Form befindet. Es ist in der Tat die allgemeine Praxis bei der Herstellung flachgewalzter Produkte aus einer Aluminiumlegierung gewesen, im Anschluß an das Heißwalzen eine langsame Luftkühlung der Rollen vorzunehmen. Bisweilen ist die Heißwalztemperatur aus reichend, um eine Rekristallisation der heißen Rollen zu ermöglichen, während diese abkühlen. Oft hingegen muß eine in einem Ofen durchgeführte einzelne Vergütung benutzt werden, um eine Rekristallisation vor dem Kaltwalzen durchzuführen. Eine diskontinuierliche, die Rolle betreffende Vergütung, wie sie üblicherweise gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, erfordert mehrere Stunden einer gleichförmigen Aufwärmung und Durchwärmung, um eine Rekristallisation zu erreichen. Alternativ wird bei dem, dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren nach dem kalten Blockwalzen oft ein eine Zwischenvergütung bewirkendes Verfahren verwendet und zwar vor dem abschließenden Kaltwalzen. Während eines langsamen Abkühlens der Rollen, an die sich ein Vergüten anschließt, werden jedoch einige Legierungselemente, die in dem Aluminium als Mischkristall enthalten waren, ausscheiden, welches zu einer verminderten Festigkeit führt, und zwar auf Grund des Mechanismus der Mischkristallstallhärtung.
Bei den vorstehend zitierten Patenten US-A-4260419 und US-A-428204 werden diskontinuierliche Rollenvergütungsverfahren verwendet, wobei jedoch das Konzept eines Schnellvergütens in einer getrennten Verfahrenslinie vorgeschlagen wird. Bei diesen Patenten wird ferner darauf hingewiesen, daß es vorteilhaft ist, die Legierung im Anschluß an ein Heißwalzen langsam abzukühlen und anschließend als Teil eines Schnellvergütungsverfahrens wieder zu erwärmen. Dieses Schnellvergütungsverfahren ist jedoch in der US-A-4614224 als unwirtschaftlich kritisiert worden.
In der WO-A-92/04479 ist ein kontinuierliches In-line Verfahren zur Herstellung von Aluminiumblech offenbart, welches ein kontinuierliches Stranggußverfahren einschließt, an welches sich eine Verfestigung, ein Heißwalzen und ein Vergüten anschließen. Der Vergütungsschritt kann entweder ein Selbstvergütungsschritt oder ein Heißmetallvergütungsschritt sein. Es folgt ein Kaltwalzen, ein anderer Vergütungsschritt und ein weiterer Heißwalzvorgang. In der US-A-4605448 und EP-A-0097319 sind Verfahren zur Herstellung von Blech aus einer Aluminiumlegierung beschrieben, welche die Schritte einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von 540ºC bis 600ºC und 400ºC bis 580ºC jeweils während einer Zeit spanne von bis zu 10 Minuten und bis zu 5 Minuten einschließen, und zwar nach einem Heißwalzen und vor einer raschen Abkühlung.
Es besteht auf diese Weise ein Bedürfnis, ein kontinuierliches In-line Verfahren zur Herstellung von Dosenkörperwerkstoff auf der Basis einer Aluminiumlegierung zu konzipieren, bei welchem die ungünstige Wirtschaftlichkeit, die den herkömmlichen, oben beschriebenen Verfahren eigen ist, vermieden wird.
Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines wärmebehandelten Dosenkörperwerkstoffs auf der Basis einer Aluminiumlegierung vorzuschlagen, welches ohne das Bedürfnis eines diskontinuierlich arbeitenden Vergütungsofens oder eines Schnellvergütungsofens durchführbar ist.
Es ist insbesondere die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur kommerziellen Herstellung eines wärmebehandelten Dosenkörpermrerkstoffs auf der Basis einer Aluminiumlegierung gemäß einem in zwei kontinuierlichen Arbeitsgängen ablaufenden Verfahren vorzuschlagen, welches wirtschaftlich betrieben werden kann und welches zu einem Produkt führt, das gleichwertige oder bessere metallurgische Eigenschaften aufweist, die für die Dosenherstellung benötigt werden.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden an Hand deren detaillierter folgender Beschreibung noch deutlicher werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Konzept der vorliegenden Erfindung besteht in der Entdeckung, daß es möglich ist, einen wärmebehandelten Dosenkörperwerkstoff auf der Basis einer Aluminiumlegierung in einem zweistufigen kontinuierlichen Verfahren herzustellen, wobei die folgenden Verfahrensschritte in den beiden Folgen von zwei kontinuierlichen Arbeitsgängen zusammengefasst sind. Der erste Arbeitsgang umfaßt die kontinuierlichen In-line Schritte des Gießens, des Heißwalzens, des Aufwickelns und des Selbstvergütens. Der zweite Arbeitsgang umfaßt die kontinuierlichen In-line Schritte des Abwickelns im noch warmen Zustand, des Abschreckens, des Kaltwalzens und des Aufwickelns. Bei diesem Verfahren erübrigen sich die Kapitalkosten eines Vergütungsofens, wobei mit der Wärmebehandlung zugleich Festigkeit erzielt wird. Das zweistufige Verfahren anstelle eines aus vielen Verfahrensschritten zusammengesetzten diskontinuierlichen Verfahrens erleichtert die genaue Kontrolle der Verfahrensbedingungen und demzufolge der metallurgischen Eigenschaften. Darüberhinaus wird durch die kontinuierliche und die Inline Durchführung der Verfahrensschritte die Notwendigkeit teurer Werkstoffbehandlungsschritte, des Zwischenlagerns während des Verfahrens ebenso vermieden wie Verluste, die mit dem Beginnen und Beenden der Verfahrensschritte verbunden sind.
Der erfindungsgemäße Prozeß umfaßt auf diese Weise ein neues Verfahren zur Herstellung eines wärmebehandelten Dosenkörperwerkstoffs auf der Basis einer Aluminiumlegierung, bei welchem von den folgenden beiden kontinuierlichen Inline Arbeitsgängen Gebrauch gemacht wird:
Die erste Stufe besteht aus den folgenden In-line Verfahrensschritten:
(a) ein heißes, aus Aluminium bestehendes Aufgabegut wird durch Strangguß hergestellt;
(b) das Aufgabegut wird zwecks Dickenreduzierung heißgewalzt;
(c) das heiße in seiner Dicke reduzierte Aufgabegut wird heiß aufgewickelt und
(d) das heiße in seiner Dicke reduzierte Aufgabegut wird anschließend in Rollenform gehalten, und zwar bei der Ausgangstemperatur des Heißwalzverfahrens (oder einige Grad niedriger, da die Temperatur abfällt), und zwar während wenigstens zwei Minuten, um eine Rekristallisation und eine Lösungsbehandlung ohne Zwischenaufheizung zu bewirken.
Die zweite Stufe besteht aus den folgenden kontinuierlichen In-line Arbeitsgängen:
(a) Abwickeln des heißen Produktes und
(b) unmittelbares und rasches Abschrecken des vergüteten Produktes auf eine für ein Kaltwalzen geeignete Temperatur.
Das Verfahren umfaßt ferner den folgenden Schritt, der wahlweise einen Teil der beiden kontinuierlichen Arbeitsgänge bilden kann:
(c) Kaltwalzen des abgeschreckten Aufgabegutes zwecks Erzeugung eines Dosenkörperwerkstoffs, der eine gewünschte Dicke und gewünschte metallurgische Eigenschaften aufweist.
An den Kaltwalzprozeß schließt sich wahlweise an:
(d) ein Aufwickeln oder eine alternative Handlung wie z. B. ein Ausstanzen und ein Tiefziehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Strang bzw. der Streifen durch Strangguß hergestellt, und zwar nach Maßgabe einer Dicke des Gußstücks von weniger als 1,0 inch (2,454 cm) und zwar vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,05 inch bis 0,20 inch (0,12 cm bis 0,50 cm).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Breite des Bandes bzw. des Stranges, der Platte oder des Blechs im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken gering. Dies ermöglicht ein In-line Einführen und Behandeln, minimiert Investionskosten für Maschinenausrüstungen sowie die Kosten der Umwandlung des geschmolzenen Metalls zu einem Dosenkörperwerkstoff.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform folgt aus der günstigen Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit, daß kleine zielgerichtete Dosenwerkstoffproduktionsanlagen bequem bei Dosenproduktionsanlagen angesiedelt sein könnten, so daß sich ferner ein Verpacken und Verschiffen von Dosenwerkstoff und Schrottanteilen vermeiden läßt und darüber hinaus die Qualität des Dosenwerkstoffs aus der Sicht des Dosenherstellers verbessert werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Grafik, bei welcher die Dicke in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist, und zwar bei einem herkömmlichen minimill-Prozeß und bei einem zweistufigen erfindungsgemäßen micromill-Prozeß;
Fig. 2 zeigt eine Grafik, bei welcher die Temperatur gegenüber der Zeit aufgetragen ist, und zwar bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, welches als der zweistufige micromill-Prozeß bezeichnet ist und im Vergleich mit zwei, dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm, aus welchem das zweistufige erfindungsgemäße Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von Dosenkörperwerkstoff aus Aluminium hervorgeht.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei In-line Arbeitsgängen vom Gießen bis zum abschließenden Kaltwalzen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das gesamte erfindungsgemäße Verfahren drei charakteristische Merkmale auf, in denen es sich von den Verfahren unterscheidet, die dem Stand der Technik zuzuordnen sind:
(a) die Breite des Produktes bestehend aus Dosenkörperwerkstoff ist gering;
(b) der Dosenkörperwerkstoff wird unter Verwendung einer kleinen einfachen In-line Maschinenausrüstung hergestellt und
(c) die genannte kleine Anlage zur Herstellung von Dosenwerkstoff befindet sich bei oder in der Nähe einer Dosenproduktionsanlage, so daß das Verpacken und das Verschiffen betreffende Handlungen eliminiert sind.
Die In-line Anordnung der Verfahrensschritte nach Maßgabe einer geringen Breite (z. B. 12 inch (30,5 cm)) ermöglicht es, daß das erfindungsgemäße Verfahren bequem und wirtschaftlich bei oder in der Nähe zu einer Dosenherstellungsanlage angesiedelt werden kann. Auf diesem Wege kann das erfindungsgemäße Verfahren in Übereinstimmung mit den besonderen technischen und Durchsatznotwendigkeiten an Dosenwerkstoff der Dosenproduktionsanlage betrieben werden. Darüberhinaus führt die Eliminierung des oben erwähnten Verschiffens dadurch zu einer verbesserten Gesamtqualität für den Dosenhersteller, daß verkehrsbedingte Schäden, Wasserflecken und Schäden infolge eines austrocknenden Schmiermittels vermieden werden. Es ergibt sich ferner eine bedeutende Verminderung des Lagerbestandes an Transportpaletten, Faserkernteilen, Schrumpffolien, Schrott und Dosenwerkstoff. Trotz der gestiegenen Anzahl an Tiefzieheinrichtungen, die in der Anlage des Dosenherstellers zwecks Anpassung an geringe Blechbreiten benötigt werden, wird die gesamte Zuverlässigkeit erhöht, wobei Störungen des Tiefziehens weniger häufig auftreten, da der Dosenkörperwerkstoff schmal ausfällt.
Anhand der vorstehend beschriebenen, dem Stand der Technik zuzuordnenden Patente ist ersichtlich, daß eine diskontinuierliche Verfahrenstechnik vierzehn voneinander getrennte Stufen umfaßt, wohingegen bei dem, dem Stand der Technik zuzuordnenden minimill-Prozeß ungefähr neun voneinander getrennte Stufen benötigt werden, wobei in jeder ein oder mehrere Behandlungsschritte anfallen. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von diesem Stand der Technik auf Grund des In-line Flusses des Produktes durch die Fabriaktionsstufen, wobei nur zwei oder drei Behandlungsschritte benötigt werden und die, durch das Verfahren hervorgebrachten metallurgischen Unterschiede, die im folgenden noch dargelegt werden. Fig. 1 zeigt die Dicke eines Produktes während des Verfahrens, und zwar während der Herstellung nach einem herkömmlichen, einem minimill und micromill Verfahren. Das gewöhnliche Verfahren beginnt mit Rohlingen mit einer Dicke von bis zu 30 inch (76,2 cm) und dauert 14 Tage. Der minimill-Prozeß beginnt bei Dicken von 0,75 inch (1,90 cm) und dauert 9 Tage. Der micromill-Prozeß beginnt bei 0,140 inch (0,36 cm) und es wird lediglich ein halber Tag benötigt (die größte Zeitspanne erfordert hierbei der Schmelzzyklus, da für das In-line Verfahren als solches weniger als zwei Stunden benötigt werden). Die Symbole in Fig. 1 bezeichnen die wesentlichen Verfahrens- und/oder Handhabungsschritte. In Fig. 2 werden typische Produkttemperaturen während des Verfahrens verglichen, und zwar gemäß drei unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung von Dosenkörperwerkstoff. Bei dem herkömmlichen Gußverfahren besteht eine Zeitspanne für das Schmelzen, an die sich ein rasches Abkühlen während des Gießens anschließt mit einer langsamen folgenden Abkühlung auf Raumtemperatur. Nachdem der Häutungsprozeß abgeschlossen ist wird das Gußstück vor dem Heißwalzen auf eine Homogenisierungstemperatur aufgeheizt. Nach erfolgtem Heißwalzen wird das Produkt erneut auf Raumtemperatur abgekühlt. Bei diesem Punkt wird in der Zeichnungsfigur angenommen, daß die Heißwalztemperatur und die langsame Abkühlung ausreichend für eine Vergütung des Produktes gewesen sind. In manchen Fällen wird jedoch ein diskontinuierlicher Vergütungsschritt bei ungefähr 600ºF (315,6ºC) benötigt, und zwar während ungefähr acht Tagen, der dem gesamten Verfahrensschema zusätzliche zwei Tage hinzufügt. Der letzte Temperaturanstieg fällt mit dem Heißwalzen zusammen, an welches sich ein Abkühlen auf Raumtemperatur anschließt.
Bei einem erfindungsgemäßen bevorzugten micromill-Prozeß gibt es ein In-line Schmelzen, Stranggießen, Heißwalzen und Aufwickeln. Unmittelbar nach der Rekristallisation, welche bei der bevorzugten Ausführungsform einige Minuten dauert, wird die heißgewalzte Rolle in einem zweiten Arbeitsgang einer Folge von Schritten unterworfen, nämlich einem Abwickeln, einem Abschrecken, einem Kaltwalzen und einem Aufwickeln.
Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, unterscheidet sich die vorliegende Erfindung hinsichtlich der Dauer, der Häufigkeit und des Ausmaßes eines Erwärmens und einem Abkühlens wesentlich von dem Stand der Technik. Wie für den einschlägigen Fachmann ohne weiteres erkennbar ist, bringen diese Unterschiede eine deutliche Abkehr von dem Stand der Technik zuzuordnenden Praktiken zur Herstellung eines Büchsenkörperwerkstoffs auf der Basis einer Aluminiumlegierung mit sich.
Bei einer bevorzugten, in den Fig. 3 und 4 wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung ist die Folge der Schritte gezeigt, die bei der praktischen Ausführung der Erfindung vorgesehen sind. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Dosenkörperbleches in zwei kontinuierlichen Schritten vorgesehen sein können, in denen die unterschiedlichen Prozesse aufeinanderfolgendend ausgeführt werden. Auf diese Weise werden zahlreiche Behandlungsschritte vollständig eliminiert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform tritt geschmolzenes Metall aus einem Ofen 1 aus und gelangt zu einer Metallentgasungs- und Filtervorrichtung 2, um den Anfall an gelösten Gasen und Partikeln ausgehend von dem geschmolzenen Metall zu vermindern, wie in Fig. 4 gezeigt. Das geschmolzene Metall wird in der Gießvorrichtung 3 unmittelbar in ein Gußaufgabegut 4 umgewandelt. Der Ausdruck "Aufgabegut" kann sich in dem vorliegenden Zusammenhang auf unterschiedliche Aluminiumlegierungen in der Form von Gußstücken, Blechen, Platten oder Bahnen beziehen, die der Heißwalzstufe unter den erforderlichen Temperaturen zugeführt werden. In diesem Zusammenhang weist ein Aluminiumgußstück typischerweise eine Dicke zwischen 6 inch bis ungefähr 30 inch (15,24 cm bis 76,2 cm) auf und wird üblicherweise durch direkten Kokillenguß oder elektromagnetischen Guß hergestellt. Der Begriff Aluminiumblech andererseits bezieht sich auf sich auf ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 0,5 inch bis ungefähr 6 inch (1,27 cm bis 15,24 cm). Dieses wird üblicherweise durch direkten Kokillenguß oder elektromagnetischen Guß alleine oder in Verbindung einem Heißwalzen der Aluminiumlegierung hergestellt. Der Ausdruck Bahn bezieht sich in diesem Zusammenhang auf ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 0,375 inch bis ungefähr 3 inch (0,95 cm bis 7,62 cm) und überschneidet sich begrifflich mit dem Ausdruck Blech. Der Ausdruck Streifen im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich auf ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung mit einer üblichen Dicke von weniger als 0,375 inch (0,95 cm) Gewöhnlich werden Bahnen und Streifen gemäß kontinuierlich ablaufender, dem Fachmann bekannter und dem Stand der Technik zuzuordnender Gießtechniken hergestellt.
Das bei der praktischen Ausführung der Erfindung benutzte Aufgabegut kann gemäß einer Reihe von dem Fachmann geläufigen und bekannten Gießtechniken hergestellt werden, einschließlich in Zwillingsanordnung vorgesehenen Gießeinrichtungen wie sie z. B. in der US-A-3937270 und den in dieser Druckschrift zitierten Patenten beschrieben sind.
Bei der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, daß jede der oben erwähnten physischen Formen eines Aluminiumaufgabegutes bei der praktischen Ausführung der Erfindung benutzt werden kann. Bevorzugt wird jedoch ein Aluminiumaufgabegut, welches direkt entweder als Platte oder als Streifen mittels eines kontinuierlichen Gießverfahrens hergestellt worden ist.
Das Aufgabegut 4 wird wahlweise mittels Zuführungswalzen 5 einem Heißwalzgerüst 6 zugeführt, in welchem seine Dicke vermindert wird. Das heißgewalzte, in der Dicke verminderte Aufgabegut 4 verläßt das Heißwalzgerüst 6 und wird einer Aufwickelvorrichtung 7 zugeführt.
Während das heiße, in der Dicke reduzierte Aufgabegut 4 in der Aufwickeleinrichtung 7 während zwei Minuten bis 120 Minuten bei der Ausgangstemperatur des Walzschrittes und der sich anschließenden verminderten Temperatur gehalten wird, erfährt es eine Selbstvergütung. Der Ausdruck "Selbstvergütung" bedeutet ein Wärmebehandlungsverfahren und umfaßt Rekristallisation, Lösungsglühen und Erholung der Festigkeitswerte. Während der Haltezeit in der Rolle kann eine die Rolle umgebende Isolation erwünscht sein, den Abfall der Temperatur zu verzögern.
Ein wichtiger Grundsatz der Erfindung besteht darin, daß das Aufgabegut 4 unmittelbar der Aufwickelvorrichtung 7 zwecks Vergütung zugeführt wird, während es noch unter einer erhöhten, von dem Heißwalzverfahren des Walzwerks 6 herrührenden Temperatur steht und noch nicht auf Umgebungstemperatur abkühlen konnte. Im Gegensatz zu der dem Stand der Technik zuzuordnenden Lehre, bei welcher ein langsames Abkühlen auf Umgebungstemperatur, welches sich an das Heißwalzen anschließt, metallurgisch erwünscht ist, ist erfindungsgemäß festgestellt worden, daß es thermisch nicht nur wirksamer ist, ein Selbstvergüten anzuwenden, sondern daß in Kombination mit einem Abschrecken sich auch eine verbesserte Festigkeit in Vergleich zu einem herkömmlichen diskontinuierlichen Vergüten und gleiche oder bessere metallurgische Eigenschaften im Vergleich zu einem online oder off-line Schnellvergüten einstellen. Unmittelbar im Anschluß an die vorstehend beschriebene Haltezeit bei der Aufwickelvorrichtung 7 und der Abwickelvorrichtung 13 wird die Rolle kontinuierlich im noch heißen Zustand abgewickelt und einer Abschreckstation 8 zugeführt, in der das Aufgabegut 4 mittels eines Kühlfluids rasch abgekühlt wird, und zwar auf eine für ein Kaltwalzen geeignete Temperatur. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform gelangt das Aufgabegut 4 aus der Abschreckstation heraus zu einem oder mehreren Kaltwalzgerüsten 9, in denen das Aufgabegut mit Hinblick auf eine Härtung der Legierung bearbeitet wird. Nach erfolgtem Kaltwalzen wird die Bahn oder die Platte mittels einer Aufwickelvorrichtung 12 aufgewickelt.
Es ist alternativ möglich und manchmal wünschenswert, unmittelbar Stanzstücke auszuschneiden und Becher zur Herstellung von Dosen zu produzieren anstelle einer Aufwicklung der Bahnen oder der Platte 4. Es kann auf diese Weise anstelle einer Aufwickelvorrichtung 12 eine Schere, ein Stanzstempel, eine Tiefzieheinrichtung oder ein anderes Arbeitsmittel angeordnet sein. Es ist möglich, eine geeignete automatische Steuerungseinrichtung einzusetzen. Beispielsweise ist es oft wünschenswert, eine Oberflächenprüfvorrichtung 10 zur on-line Beobachtung der Oberflächenqualität vorzusehen. Zusätzlich kann eine in der Aluminiumdosenindustrie üblicherweise benutzte Dickenmeßeinrichtung 11 in einem Rückkopplungskreis zur Regelung des Verfahrens vorgesehen sein.
Es ist in der Aluminiumdosenindustrie üblich geworden, aus Wirtschaftslichkeitsgründen breitere Stranggußprofile oder Platten zu verwenden. Der hinter dieser herkömmlichen Weisheit liegende Grund wird in der folgenden Tabelle I dargestellt, wobei die Auswirkung größerer Breiten auf die Ausnutzung innerhalb der Dosenproduktionsanlage selbst gesehen werden kann. "Ausnutzung" ist definiert als der prozentuelle Anteil des Produktgewichts im Verhältnis zum Eingangs gewichts der Materialien. Tabelle I Ausnutzung des Dosenwerkstoffs bei einer Tiefziehanlage
Aus Tabelle I ist es offensichtlich, daß größere Breiten eine höhere Wirtschaftlichkeit bedeuten, und zwar infolge eines geringeren Schrottanfalls. Tabelle II unten zeigt jedoch, was nicht offensichtlich ist. Indem das Verfahren zur Herstellung von Dosenkörperwerkstoff gemäß dem Stand der Technik mit dem ebenfalls dem Stand der Technik zuzuordnenden Verfahren der Dosenherstellung kombiniert wird, fällt die insgesamt gegebene Ausnutzung geringer aus als bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Tabelle II Dosenwerkstoffproduktionsanlage und Ausnutzung des Werkstoffs insgesamt
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist festgestellt worden, daß im Gegensatz zu dem herkömmlichen Lösungsansatz der Wirtschaftlichkeit am besten dann gedient wird, wenn die Breite des Gußaufgabegutes 4 als schmale Bahn gewählt wird, um ein leichtes Behandeln zu ermöglichen und darüberhinaus den Gebrauch von kleinen dezentralisierten, zur Behandlung von Bahnen eingerichteter Walzanlagen.
Gute Ergebnisse sind erreicht worden, falls das Gußaufgabegut eine Breite von weniger als 24 inch (61 cm) aufweist und vorzugsweise eine Breite innerhalb des Bereichs von 6 inch bis 20 inch (15,2 cm bis 50,8 cm). Indem derart schmale Gußbahnen verwendet werden, können die eine Anlage betreffenden Investitionskosten bedeutend reduziert werden, und zwar durch den Gebrauch von kleinen In-line Maschinenausrüstungen wie z. B. Duowalzwerken. Solche kleinen und erfindungsgemäß wirtschaftlich eingesetzten Walzwerke können in der Nähe der jeweiligen Bedarfspunkte aufgestellt werden wie z. B. bei Dosenproduktionsanlagen. Dies wiederum bringt den weiteren Vorteil einer Minimierung solcher Kosten mit sich, die durch das Verpacken und das Verschiffen von Produkten und bei den Kunden anfallenden Schrott entstehen. Zusätzlich können das Volumen und die metallurgischen Bedürfnisse der Dosenproduktionssanlage exakt an das Ausgangsprodukt einer benachbarten Dosenwerkstoffwalzanlage angepaßt werden.
Ein bedeutendes Konzept der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sich an das Selbstvergüten der Rolle (unmittelbar im Anschluß an das Heißwalzen des Aufgabegutes 4 ohne ein signifikantes Zwischenkühlen) ein Abschrecken anschließt. Die Folge und der Zeitablauf der Verfahrensschritte in Verbindung mit der Wärmebehandlung und den auf die Abschreckung abzielenden Verfahrensschritten bringen gleichwertige oder überlegende metallurgische Eigenschaften des Endproduktes mit sich, und zwar im Vergleich zu Gießverfahren. Bei dem Stand der Technik ist seitens der Industrie üblicherweise eine langsame Luftkühlung im Anschluß an ein Heißwalzen vorgesehen worden. In lediglich einigen Einrichtungen ist die Heißwalztemperatur ausreichend um ein vollständiges Vergüten durch vollständige Rekristalisation der Aluminiumlegierung zu erreichen bevor das Metall abkühlt. Es ist eher üblich, daß die Heißwalztemperatur nicht hoch genug ausfällt, um eine vollständige Vergütung zu erreichen. In diesem Fall sind bei dem Stand der Technik voneinander getrennte diskontinuierliche Vergütungschritte vor und/oder nach dem heiß durchgeführten Blockwalzen vorgesehen, wobei die Rolle in einem Ofen unter einer Temperatur gehalten wird, die für eine vollständige Rekristalisation ausreichend ist. Der Gebrauch eines solchen diskontinuierlichen Ofenvergütungsverfahrens bringt einen bedeutenden Nachteil mit sich. Solche diskontinuierlichen Vergütungsverfahren machen es erforderlich, daß die Rolle während mehrerer Stunden bei der korrekten Temperatur beheizt wird, woraufhin solche Rollen üblicherweise auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Ein langsames Aufheizen, Durchheizen und Kühlen der Rollen hat zur Folge, daß viele der Elemente, die in dem Aluminium gelöst sind, ausgeschieden werden. Dies wiederum führt zu einer verminderten Mischkristallhärtung und einer reduzierten Legierungsfestigkeit.
Im Gegensatz hierzu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine vollständige Rekristallisation erreicht, wobei Legierungselemente als Mischkristalle erhalten bleiben, so daß sich eine größere Festigkeit bei einer gegebenen kalt durchgeführten Dickenreduktion des Produktes ergibt.
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung muß die Ausgangstemperatur des Heißwalzens bei einer solchen Temperatur gehalten werden, die hoch genug ist, um ein Selbstvergüten zu ermöglichen, und zwar innerhalb von 2 Minuten bis 60 Minuten, welches gewöhnlich in dem Bereich von 500ºF bis 950ºF (260ºC bis 510ºC) möglich ist. Unmittelbar im Anschluß an das Selbstvergüten unter diesen Temperaturen wird das Aufgabegut in der Form eines Streifens 4 mit Wasser auf eine solche Temperatur abgeschreckt, die notwendig ist, um Legierungselemente als Mischkristall zu erhalten und anschließend kalt gewalzt (typischerweise bei einer Temperatur von weniger als 300ºF (140ºC).
Wie der einschlägige Fachmann erkennt, kann das Ausmaß der Dickenreduzierung, welches während des Heiß- und des Kaltwalzens erfindungsgemäß angestrebt wird, in einem weiten Bereich variiert werden, und zwar in Abhängigkeit von der Art des eingesetzten Aufgabegutes, seiner chemischen Zusammensetzung und der Art, in welcher es hergestellt worden ist. Aus diesem Grund ist das prozentuelle Ausmaß der Dickenreduzierung sowohl bei dem Heißwalz- als auch dem Kaltwalzvorgang gemäß der Erfindung für deren Durchführung nicht kritisch. Für ein spezielles Produkt jedoch müssen bestimmte Praktiken betreffend die Dickenreduzierung und die Temperaturen benutzt werden. Im Allgemeinen werden gute Ergebnisse dann erzielt, wenn das Heißwalzverfahren eine Dickenreduzierung innerhalb des Bereichs von 40%-99% und das Kaltwalzverfahren eine Dickenreduzierung in dem Bereich von 20%-75% bewirken.
Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich daraus, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform für das Heißwalzen ein dünneres Ausgangsmaß als dasjenige benutzt wird, welches bei dem Stand der Technik üblicherweise benutzt wird. Demzufolge erübrigt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Notwendigkeit eines kalt durchgeführten Blockwalzens vor dem Vergüten.
Nachdem die grundlegenden Konzepte der Erfindung beschrieben worden sind, wird nunmehr auf das folgende Beispiel Bezug genommen, welches lediglich zur Verdeutlichung der praktischen Ausführung der Erfindung gegeben wird. Das beispielhafte Aufgabegut war ein Gußstück aus einer Aluminiumlegierung, welche rasch genug erstarrte, um die Abmessungen von Zwischenräumen zwischen sekundären Dendritenarmen unterhalb von 10 u zu halten.

Beispiel

Bei diesem Beispiel wird eine Legierung benutzt, welche die folgende Zusammensetzung innerhalb des durch AA 3104 spezifizierten Bereiches aufweist:
Metall Gew.-%
Si 0,32
Fe 0,45
Cu 0,19
Mn 0,91
Mg 1,10
Al Rest
Ein Streifen mit der vorstehenden Zusammensetzung wurde in zwei raschen Stichen von 0,140 inch auf 0,021 inch heiß gewalzt (0,355 cm auf 0,053 cm). Er wurde bei 750ºF (399ºC) während 15 Minuten gehalten und mit Wasser abge schreckt. Die Probe hatte einen Rekristallisationsgrad von 100%. Nach einem Kaltwalzen für eine Dosenherstellung fielen der Becher und die Dosenproben zufriedenstellend aus, und zwar mit einer geeigneten Formbarkeit und geeigneten Festigkeitseigenschaften.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Dosenkörperblech, mit einer ersten Folge von kontinuierlichen In-line-Arbeitsgängen, welche erste Folge aus

- einem kontinuierlichen Heißwalzen eines aus heißem Aluminium bestehenden Vorschubgutes zwecks Reduzierung dessen Dicke,

- einem Aufwickeln des heißgewalzten, noch heißem Vorschubgutes sowie einem Halten des im heißen Zustands in seiner Dicke reduzierten Vorschubgutes bei oder in der Nähe der Ausgangstemperatur des Heißwalzens während wenigstens zwei Minuten, um ohne Zwischenerwärmung eine Rekristallisation und eine Lösungsbehandlung zu ermöglichen, besteht,

- mit einer zweiten Folge von kontinuierlichen In-line Arbeitsgängen, welche Folge aus

- einem Abwickeln des heiß aufgewickelten Vorschubgutes und einem unmittelbaren und schnellen Abschrecken des angelassenen Vorschubgutes bis auf eine für ein Kaltwalzen geeignete Temperatur und

- einem Schritt besteht, gemäß welchem das abgeschreckte Vorschubgut kaltgewalzt wird, wobei dieser Schritt wahlweise ein Teü der zweiten kontinuierlichen In-line Folge sein kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorschubgut durch ein kontinuierliches Streifen- oder Ptattengußteil bereitgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Vorschubgut durch ein Aufbringen einer schmelzflüssigen Aluminiumlegierung auf ein, aus einem wärmeleitfähigen Werkstoff bestehendes Endlosband gebildet wird, wobei das schmelzflüssige Metall erstarrt, um ein Streifengußteil zu bilden und wobei das Endlosband dann gekühlt wird, wenn es sich nicht in Berührung mit dem Metall befindet.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei während des Heißwalzens die Dicke des Vorschubgutes um 40% bis 99% reduziert wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Heißwalzen des Vorschubgutes bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 600ºF (315,6ºC) und der Solidustemperatur des Vorschubgutes durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ausgangstemperatur des Heißwalzens innerhalb des Bereichs von 600º F bis 1000ºF (316ºC bis 538ºC) liegt.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Rekristallisation sowie die Lösungsbehandlung bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 750ºF (399ºC) und der Solidustemperatur des Vorschubgutes stattfinden.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Erwärmen und das Lösungsglühen während einer Zeitspanne in dem Bereich von 2 Minuten bis 120 Minuten durchgeführt werden.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erwärmte und durch Lösungsglühen behandelte Vorschubgut auf eine Temperatur von weniger als 300º F (149ºC) abgeschreckt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kaltwalzschritt eine Dickenreduzierung des Vorschubgutes in dem Bereich von 20% bis 75% bewirkt.

11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welches den Schritt des Aufwickelns des kaltgewalzten Vorschubgutes nach dem Kaltwalzen beinhaltet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Aufwickeln des kaltgewalzten Vorschubgutes innerhalb dieses Verfahrens durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches den weiteren Schritt der Bildung von Bechern aus dem kaltgewalzten Vorschubgut beinhaltet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bildens von Bechern innerhalb dieses Verfahrens durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 10, welchen den weiteren In-line Schritt der Bildung von Stanzteilen aus dem kaltgewalzten Vorschubgut beinhaltet.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches den weiteren In-line Schritt des Abscherens des kaltgewalzten Vorschubgutes auf vorher bestimmte Längen beinhaltet.

17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Vorschubgut eine Aluminiumlegierung ist, die ungefähr 0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% Silicium, 0 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Eisen, 0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% Kupfer, 0,2 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0,8 Gew.-% bis 4 Gew.-% Magnesium, 0 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% Zink, 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Chrom und im übrigen Aluminium sowie übliche Verunreinigungen enthält.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Aluminiumlegierung aus der aus AA 3004, AA 3104 und AA 5107 bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

19. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Breite des Vorschubgutes weniger als 24 inch (61 cm) beträgt.

20. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welches den Schritt der unmittelbaren Überführung des Vorschubgutes zu einer Dosenkörperproduktionsanlge enthält.

21. Verfahren nach Anspruch 20, welchen den Verfahrensschritt der Koordinierung des Vorschubgutes mit der Produktionskapazität der Dosenkörperanlage beinhaltet, wobei der Ausstoß des Herstellers an Dosenkörperblech im wesentlichen der Produktion der Dosenkörperproduktionsanlage entspricht.

22. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, welchen den weiteren Schritt der Bildung von Dosen aus den Bechern beinhaltet.