NO153977B - Kaldvalset aluminiumslegeringarkprodukt. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et kaldvalset aluminiumlegering-arkprodukt av den art som er angitt i krav l's ingress. Produktet er nyttig for emballeringsformål, men som også er nyttig for andre formål når det fremstilles i passende tykkelse. Liten kornstørrelse er viktig for et aluminiumlegeringarkprodukt som er påtenkt for-met til et produkt som kan bedømmes fra dets overflateut-seende. Et arkprodukt betraktes i dag som kommersielt ak-septabelt hvis kornstørrelsen er så meget som 200 ^lm. Imidlertid er et produkt med en kornstørrelse i området 50 - 70 jam meget mere foretrukket p.g.a. dets forbedrede utseende.

Selv om oppfinnelsen hovedsakelig er beskrevet under henvisning til et arkprodukt for fremstilling av flaskelokk eller korker, som krever et arkprodukt med en tykkelse i området 0,15 - 0,25 mm, så kan oppfinnelsen også anvendes for fremstilling av arkprodukter med en tykkelse i området fra 3 mm, som er nødvendig for presning av kjøkkenutstyr, og ned til 15 yum for meget tynne aluminiumsfolier.

Store mengder aluminiumlegeringer anvendes for fremstilling av lukkeanordninger for flasker og lignende formål såsom fremstilling av kannelokk og foliebeholdere. For fremstilling av lukkeanordninger for flasker er det nødvendig at arket utviser god formbarhet sammen med tilstrekkelig styrke til å motstå trykk som oppstår over karbonsyreholdige drik-ker, dette kombinert med god lakkadhesjon fordi lokket eller kapselen som dannes av arket vil komme i kontakt med væsker, særlig leskedrikker.

Det vil være åpenbart at forutsatt at kravet til lakkadhesjon og formbarhetsegenskapene er tilstede kan en forøkelse av styrkeegenskapene for legeringen (i forhold til legeringer som anvendes for det samme formål) føre til betydelige økonomiske innsparinger fordi det tillater at arket kan anvendes med en mindre tykkelse for å utføre en spesiell funksjon. F.eks. kan en tykkelsesnedsettelse på så lite som 0,01 mm (ca. 4%) føre til betydelige øknomiske innsparinger ved fremstilling av flaskelukkeanordninger og andre lignende

artikler.

Tilsvarende økonomiske fordeler kan oppnås,hvis man kan unngå tidkrevende høytemperaturvarmebehandlinger.

Det er velkjent at tilstedeværelse av magnesiumoksyd i oksydoverflatelaget på aluminium nedsetter lakkadhesjons-egenskapene for et aluminiumsark og av denne grunn er det vanlig praksis å begrense Mg-innholdet i en Al-legering for emballering ned til forurensningsnivåer, slik at Mg-innholdet i mange kjente legeringer for foreliggende formål vanligvis ikke er mere enn 0,05%. Slike legeringer kan betraktes som Mg-frie, og legeringen i henhold til foreliggende oppfinnelse er en tilhørende denne klasse.

Flaskelukkeanordninger er ofte påført et ytre trykk. Den trykte tekst påføres det flate ark før de individuelle kap-selemner stanses ut av arket og trekkes til lukkeanordninger. For at den trykte tekst ikke skal forvrenges for meget under trekkoperasjonen for dyptrukne lukkeanordninger av den naskesikre type er det viktig at den leppedannende verdi (earing value) som arket utviser ikke i vesentlig grad overstiger 2%, selv om dette er av mindre viktighet for grunne lokk, som ikke er trykket på skjørtdelen. Høyere leppedannende verdier er akseptable for grunne lokk av "smett-på"-typen, samt også for grunne beholdere av denne type anvendt for emballering av individuelle matvareporsjoner.

Den leppedannende verdi utvist av et aluminiumlegeringsark er avhengig både av legeringens sammensetning og av betin-gelsene under hvilke arkproduktet er fremstilt fra dets initiale "som-støpt" eller varmevalsede barre. Særlig vil en leppedannelse på 45°til vaiseretningen ha en tendens til å øke med økning i den prosentvise kolde tykkelsesreduksjon som anvendes under anløpningsvalsningen, dvs. koldutvalsning anvendt etter den avsluttende glødevarmebehandling for å forøke styrken av produktet. For emballeringsformål, særlig for fremstilling av flaakelokk, er det ønskelig at legeringen er i stand til å la seg behandle til å utvise en lav leppedannende verdi etter en stor avsluttende prosentvis reduksjon (overstigende 30%) ved kaldvalsning.

Produktet er særpreget ved det som er angitt i krav l's karak-teriserende del, nemlig:

at legeringen har følgende sammensetning i vekt%:

Fe 0,6 - 1,0 %

Si 0,5 - 0,9 %

Cu 0,3-0,5%

Mn 0 -0,3%

Ti + B 0,006 - 0,06 %

Andre fra 0 til 0,15 % og enkeltvis opp til 0,05 %

Al ad 100 %,

hvorved nevnte arkprodukt oppviser kombinasjonen av en tykkelse i området 15 pm til 3 mm, en kornstørrelse på mindre enn 100 pia og en strekkfasthet som overstiger 150 MPa.

Det er foretrukket at Fe og Si innholdene hver bør ligge i området 0,6-0,8%. Fe + Si innholdet bør fortrinnsvis ikke overstige 1,6% og bør fortrinnsvis ligge i området 1,30 - 1,50%. Når Fe + Si innholdet stiger over 1,6% vil leppedan-nelsen tilta progressivt. Forholdet Fe/Si er fortrinnsvis ikke mindre enn 1,00 for å kunne kontrollere kornstørrelsen. Forholdet Fe/Si bør ikke være mindre enn 0,9 og fortrinnsvis ikke overstige 1,4.

Mg-innholdet er fortrinnsvis ikke høyere enn 0,02% og mer foretrukket ikke høyere enn 0,01% for å unngå alle muligheter for krav om overflatebehandling for å fjerne overflateoksyd før lakkering.

Manganinnholdet er fortrinnsvis ikke mere enn 0,2% og vanligvis tilstede i ikke mere enn forurensede mengder (under 0,05%). Imidlertid, kan det være ønskelig å tilsette mangan i mengder opp til 0,3% for å forøke legeringens styrke når en relativt stor kornstørrelse er av mindre betydning.

Det er allerede velkjent å fremstille aluminiumlegeringsark for fremstilling av flaskelokk fra en legering inneholdende 1% Mn og 0,3% Cu, vanligvis med tilsetning av en mindre mengde krom. Imidlertid krever en slik legering forlenget homogeniserende varmebehandling av barren før varmevalsning for å oppnå den passende lave kornstørrelse og lave leppedannende verdier i det ferdige koldvalsede arkprodukt.

Med legeringen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan det fremstilles et arkprodukt som utviser de samme styrke-og leppe dannende egenskaper som det kjente produkt, men det er lettere å fremstille fordi ingen homogenisering av barren er nødvendig for å bibeholde kornstørrelsen på et aksep-tabelt nivå. Som en følge av dette vil behandlingsomkost-ningene for legeringen til det ferdige arkprodukt nedsettes i forhold til det kjente manganinnholdende arkprodukt.

Det er allerede kjent å fremstille et ark av en aluminiumlegering inneholdende 0,75% Fe og 0,75% Si. Dette materialet utviser betydelig lavere styrke enn det legerte ark i henhold til foreliggende oppfinnelse når dette er fremstilt i en tilstand egnet for fremstilling av dyptrukne lokk og er derfor ikke konkurransedyktig med andre produkter for det samme formål.

Sammenlignet med den kjent Al-Mn-Cu-legering vil det lave Mn-innhold føre til en nedsettelse av kornstørrelsen og tillater en større reduksjon i en koldvalset tilstand uten at dette fører til høyere leppedannende verdier. Når Mn-innholdet i legeringen ifølge oppfinnelsen øker fra urenhets-nivå fra under 0,05% til 0,2 - 0,3% vil kornstørrelsen og den leppedannende verdi forøkes noe, men det oppnås en viss fordelaktig økning i bruddstyrken for en gitt avsluttende valsetykkelsesreduksjon.

Ved fremstilling av flaskelokk er det viktig at arket utviser konstante styrkeegenskaper. Et materiale som er ster-kere enn den foreskrevne styrke kan føre til vanskeligheter ved produksjon og utnyttelse av flaskelokk, særlig flaskelokk av den naskesikre type.

Ved fremstilling av flaskelokk (og andre artikler dannet ved trekning av sirkulære emner) dannes det store mengder avfall som følge av utstansning av de sirkulære emnene fra arket. Dette avfall blir vanligvis resirkulert til arkpro-dusenten.

Det er meget enklere (og derfor mindre kostbart) å bibeholde en jevn kvalitet når antallet legeringsbestanddeler holdes lavt, særlig når store anddeler av resirkulert avfall anvendes. Når det tas hensyn til at nivående for Fe og Si alltid må kontrolleres i aluminiumlegeringer. så krever legeringen

i henhold til foreliggende oppfinnelse kun tilsetning av Cu, sammenlignet med Mn, Cu og Cr i den ovenfor kjente legering, hvorfor foreliggende legering er fordelaktig fremfor den kjente også fra dette synspunkt. Dette er også en av grun-nene for at det er foretrukket å holde Mn-innholdet i foreliggende legering på et nivå på mindre enn 0,1%.

Al-Fe-Si-legeringer inneholdende tilsatt Cu, i henhold til foreliggende oppfinnelse, er undersøkt eksperimentelt i laboratoriet under anvendelse av 63,5 mm tykke vannstøpte barrer utvalset ved en fremgangsmåte som har til hensikt å simulere homogeniserings-og valsepraksis som anvendes kommersielt til å fremstille lokkutgangsmateriale fra mangan-inneholdende aluminiumlegeringer. De to legeringer var som følger:

Disse ble homogenisert ved 610°C i løpet av 9 - 10 h, avkjølt til 570°C og varmvalset til 19 mm tykkelse,gjenoppvarmet til 4 50°C og deretter varmvalset til en tykkelse på 3,6 mm for å simulere den praksis som anvendes for den kjente Al-Mn 1% legering. Barrens temperatur på dette tidspunkt var ca. 170°C, dvs. meget lavere enn ved kommersiell valsing. Etter koldvalsing til 0,91 mm ble materialet varmebehandlet ved 380°C, koldvalset til tykkelse på 0,33 mm, varmebehandlet på ny og sluttelig koldvalset til 0,23 mm, dvs. ca.~30% tykkelsesreduksjon i kold tilstand etter varmebehandling. Styrke, leppedannelse (earing) og kornstørrelse for det ferdige arkmaterialet er gitt i den etterfølgende tabell.

I tabellen er også medtatt egenskapene for tre kjente legeringer som er varme-valset (temper-rolled) til en tilnærmet ekvivalent tilstand og underkastet den samme homogeniserings-behandling før varmevalsning, bortsett fra Al-Fe-Si-legeringen.

Dette viser at tilsetning av ca. 0,4% Cu til den kjente Al-Fe-Si-legering fører til en styrkeøkning og at i denne tilstand er egenskapene tilsvarende de for den kjente Al-1% Mn-legering. Det kan sees at homogeniseringsbehandlingen ikke har ført til en kornstørrelsesreduksjon for Al-1% Mn-legeringen til det foretrukkede nivå.

Det kan ses at effekten av Cu tilsetning til den kjente Al-Fe-Si legering øker styrken for det koldvalsete arkprodukt med minst 10 % ved en samtidig bibeholdelse av de fordelak-tige "leppe" egenskaper og fin kornstørrelse, slik at en tykkelsesreduksjon av størrelsesordenen 10 % er mulig uten tap av styrke generelt. Når Cu tilsettes i en mengde under 0,3 % er styrkeforøkningen mindre og produktet ikke tilstrekkelig sterkt til å konkurrere med andre kjente produkter som utviser ønsket lav leppedannende verdi og liten korn-størrelse. Når Cu tilsettes i en mengde under 0,3 % er styr-keforøkningen mindre og produktet ikke tilstrekkelig sterkt til å konkurrere med andre kjente produkter som utviser ønsket lav leppedannende verdi og liten kornstørrelse. Når Cu inneholdet heves over 0,5 % vil formbarheten og korrosjons-motstanden for legeringen avta.

Det ble stipulert at en forøkning i koldvalsereduksjonen for legeringen C-^ til 40% — 50% til å gi H.15-eller H.16-herdning ville forøke den endelige bruddstyrke til henholdsvis 179 MPa og 183 MPa under disse laboratoriebetingelser. Forøket varmvalsning (temper rolling) forøker 45° leppedannelse, men det er kjent at den lave temperatur ved varmevalsning i laboratorieforsøk vil aksentuere 45° leppedannelse sammenlignet med kommersielle valsebetingelser, og følge-lig skulle leppedannelse ved den større reduksjon på 40-50 % likevel forventes å ligge innen den krevete maksimalverdi på 2%, hvilket ble bekreftet i ytterligere forsøk.

Disse ytterligere forsøk ble utført i større skala, hvor det ble anvendt legeringer med de følgende spesifikasjoner:

Barrene anvendt ved dette forsøk var kommersielle valsebar-rer i full størrelse. Etter overflatehøvling ble barrene for-varmet for å oppnå en temperaturutjevning før valsning ved at de ble holdt ved 570-580°C i 6 h., sammenlignet med vanlig praksis ved homogenering av Al-1% Mn legeringer, som må holdes ved en temperatur på 590-625°C i 12-70 h.. Barren ble deretter varmvalset til et varm-valset opprullet materiale med en tykkelse i området 3-4 mm. Dette ble deretter koldvalset ned til lokk-emnetykkelse, med den avsluttende tykkelsesreduksjonstilstand på henholdsvis 40 % og 50%. Varmen tilført barren før varmvalsningen var typisk for de varmebetingelser som anvendes for å sikre at en stor barre bringes til en jevn temperatur og er typisk for den som anvendes for en ikke legert aluminiumbarre før varmvalsning.

De erholdte egenskaper var som følger:

De ovenfor funne egenskaper er de som erholdes før arket lakkeres. Påføring av lakk blir vanligvis etterfulgt av en varmebehandling som fører til en viss herdning og reduksjon i arkets styrke.

Da det er mulig at denne legering kan anvendes for andre formål hvor det kreves høyere styrke/ men nødvendigvis ikke så gode leppedannende egenskaper ble hårdere betingelser anvendt. For dette formål ble prøver av en varmvalset rull underkastet 4 valseprosedyrer: Disse var som følger

A. Koldvalsning til 1 mm, anløpning, kaldvalsning til

0,37 mm, anløpning og varmevalset til 0,22 mm.

B. Koldvalsning til 1 mm, anløpning, koldvalsning til

0,23 mm.

C. Anløpning og koldvalset til 0,2 3 mm

D. Koldvalsning (uten anløpning) til 0,2 3 mm.

Prosedyre A var effektiv ved utøvelse av de nevnte storska-laforsøk til å gi H.15 tilstand. Anløpningen skjedde ved 380°C i 2 h. Kantene og sentret av den varmvalsete rull-prøve ble valset i henhold til hver av de fire ovenfor nevnte måter.

Leppe- og bruddstyrkeforsøk ble utført på materialet i den endelige tykkelse. Kornstørrelse ble bestemt for fremgangsmåtene A, B og C for det siste anløpningstrinn og ved fremgangsmåte C etter noen koldvalsning. I tillegg ble materialet behandlet i henhold til C og D, før bruddstyrkebestem-melse, i 20 min. ved 205°C for å simulere en relativt sterk brenning etter lakkering.

Resultatene av forsøkene er vist i den etterfølgende tabell. Styrken øker progressivt med kaldvalsningstykkelsesreduksjo-nen slik som forventet. Imidlertid, ved fremgangsmåtene C og D er det liten forskjell i mekaniske egenskaper mellom materialet anløpet ved varmvalsningstrinnet og det som ikke var anløpet.

Mengden av 45° leppedannelse økte med koldvalsning, og det kan vises at denne forøkning er tilnærmet liniær med den kolde tykkelsesreduksjon når denne uttrykkes som en sann valsebelastning.Varmvalseanløpning fører kun til en margi-nal nedsettelse i leppedannelse ved behandling ifølge C sammenlignet med behandling ifølge D. Kornstørrelsene var i alle tilfeller fine og den groveste kornstørrelse var som forventet den for det materiale som var anløpet ved "hot mill coil stage", med en kornstørrelse i området 50-70 pm. Fremgangsmåtene A og B ga kornstørrelser finere enn de som angies for visse kommersielt fremstilte materialer for flaskelokk .

Egenskapene er gjengitt i den etterfølgende tabell:

Det følger av de ovenfor viste tall og fra de tidligere an-gitte forsøk at den endelige varmevalsereduksjon ikke bør være vesentlig ir.ere enn 50 %, og bør ikke være mere enn 60%, sålenge det er ønskelig å bibeholde en leppedannende verdi under eller ikke vesentlig overstigende 2 %. Varmvalsningsreduksjon (temper rolling reduction) bør ikke være meget mindre enn 30 % for å oppnå en minimums endelig bruddstyrke på 150 MPa. Imidlertid, når styrke i motsetning til lave leppedannende verdier, er av større betydning, såsom. for:-aluminiu<m>folie for husbruk, så'vil det være å foretrekke, å anvende'en "temper rolling" reduksjon på"mere enn 80 <u>''

Arkproduktene fremstilt fra de forskjellige beskrevne blan-dinger utviser alle en kornstørrelse som i det vesentlige er under den kommersielt aksepterte grense, og i virkelighe-ten utviser alle en kornstørrelse under 100 yum.

Det bør bemerkes at ingen varmebehandling av den varmvalsete barre før påbegynning av koldvalsningen ble anvendt ved ut-øvelse av behandlingsmåtene A og B, hvor anløpning ble anvendt som ett eller flere mellomliggende trinn ved koldvalse-prosedyrene. Den initielle anløpningsbehandling anvendt ved behandlingsmåte C viste liten eller ingen fordel fremfor behandlingsmåte D.

Arkproduktet ifølge foreliggende oppfinnelse er et arbeids-herdet produkt og dets fremstilling innbefatter ingen presipiterende varmebehandling av produktet etter varmebearbeid-ingen er fullstendig. Etterfølgende varmebehandling av strim-len er begrenset til anløpning ved mellomliggende trinn for omkrystallisering for å bevirke kontroll av leppedannelse og for å mykgjøre materialet for å nedsette det nødvendige arbeide i de etterfølgende koldvalsningstrinn. Hvor leppedannende egenskaper er av liten betydning kan det sees fra de ovenfor viste resultater at produktet kan erholdes uten noen anløpningstrinn.

Alle prosentandeler og forhold vedrørende legeringenes sammensetning er pr. vekt.

Fremgangsmåten ved fremstilling av legeringsarkproduktet ifølge oppfinnelsen er beskrevet ved henvisning til dets fremstilling i kommersiell skala fra en konvensjonell val-sebarre, som har en tykkelse slik at det er nødvendig med en betydelig tykkelsesreduksjon ved varmevalsing før den underkastes tykkelsesreduksjon ved koldvalsning. Legeringen anvendt for fremstilling av arkproduktet lar seg imidlertid støpe til en tykkelse egnet- for tykkelsesreduksjon ved koldvalsning alene ved anvendelse av forskjellige bånd-støpere, slik som den velkjente "Hunter twinn-roll"bånd-støper, som typisk gir et støpt bånd med en tykkelse på 5-8 mm.

Støpte bånd fra foreliggende legering fremstilt på denne måte kan tykkelsesreduseres til passende tykkelser ved kold-reduksjon alene og uten noen presipiteringsvarmebehandling av det støpte bånd. Det kan være ønskelig å anvende en konvensjonell omkrystalliserende anløpningsbehandling før og/ eller under en kold tykkelsesreduksjon av det støpte bånd.

Claims (8)

1. Kald-valset aluminiumlegering-arkprodukt som in-neholder Fe, Si og.Cu, karakterisert ved at legeringen har følgende sammensetning i vekt%: hvorved nevnte arkprodukt oppviser kombinasjonen av en tykkelse i området 15 pm til 3 mm, en kornstørrelse på mindre enn 100 jam og en strekkfasthec som overstiger 150 MPa.

2. Kald-valset aluminiumlegering-arkprodukt ifølge krav 1, karakterisert ved at legeringen har følgende sammensetning i vekt%: hvorved nevnte arkprodukt oppviser kombinasjonen av en tykkelse i området 0,15 - 0,25 Tran, en leppedannende verdi på ikke mer enn 2 %, en kornstørrelse på mindre enn 100 pm og en strekkfasthet på minst 150 MPa, hvorved arkproduktet har vært underkastet en 30-60 %'ig tykkelsesre-duks jon ved varmvalsing.

3. Aluminiumlegering-arkprodukt i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at magne-siuminnholdet er under 0,02 %.

4. Aluminiumlegering-arkprodukt i henhold til krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det kombinerte innhold av jern og silicium er under 1,6 %.

5. Aluminiumlegering-arkprodukt i henhold til krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det kombinerte innhold av jern og silicium ligger i området 1,3-1,5%.

6. Aluminiumlegering-arkprodukt i henhold til et av foregående krav, karakterisert ved at forholdet jern/siliclum er større enn 1,0.

7. Aluminiumlegering-arkprodukt i henhold til et av kravene 1-5, karakterisert ved at forholdet jern/silicium ligger i området 0,9 - 1,4.

8. Aluminiumlegering-arkprodukt i henhold til krav 1, karakterisert ved at manganinnholdet ligger under 0,2 %.