CH641494A5

CH641494A5 - Verfahren zur herstellung eines bandes aus einer aluminiumlegierung fuer dosen und deckel.

Info

Publication number: CH641494A5
Application number: CH680879A
Authority: CH
Inventors: Kurt Neufeld; Kurt Buxmann; Heinz Bichsel; Ivan Gyoengyoes
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1979-07-23
Publication date: 1984-02-29
Also published as: NO792541L; BE878055A; NL7905906A; NO153340B; FR2432556A1; IT7924924A0; GB2027743A; IT1122700B; IS1107B6; FR2432556B1; ES483108A1; GB2027743B; JPS5521600A; AU522570B2; CA1171234A; NO153340C; AU4931779A; DE2901020A1; ZA793977B; SE433948B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines zur Fertigung von tiefgezogen und abgestreckten Dosenkörpern sowie Deckeln geeigneten Bandes aus einer Aluminiumlegierung.

Lebensmittel- und Getränkebehälter aus Aluminium werden seit etwa 1960 mit grossem Erfolg hergestellt. Unter dem Begriff «Behälter» werden hier alle Produkte aus Aluminiumblech verstanden, welche zur Aufnahme eines Füllgutes geformt sind, wie etwa Dosen für kohlensäurehaltige Getränke, Vakuumdosen, Geschirr sowie Behälterteile wie vollständig entfernbare Deckel und Aufreissring-Deckel. Der Begriff «Dose» bezieht sich auf einen voll verschlossenen, gegenüber innerem und äusserem Druck widerstandsfähigen Behälter, wie etwa Vakuum- und Getränkedosen.

Ursprünglich wurden nur die Dosendeckel aus Aluminium gefertigt und als «weiche Deckel» (soft tops) bezeichnet. Diese Deckel hatten noch keine Merkmale eines leicht zu öffnenden Dosenverschlusses und wurden aus der Legierung AA 5086 hergestellt. Die Einführung der Deckel mit den Eigenschaften eines leicht zu öffnenden Dosenverschlusses, wie etwa die «ring pull»-Deckel, erforderte den Einsatz besser verformbarer Legierungen wie AA 5182, 5082 und 5052. Die am häufigsten verwendeten Legierungen 5082 und 5182 weisen einen hohen Magnesiumgehalt auf (4,0 bis 5,0% Mg) und sind deshalb verhältnismässig hart im Vergleich zu den bei Dosenkörpern verwendeten Legierungen. Die Legierung 5052 wurde in erster Linie für in mehreren Stufen tiefgezogene, nicht unter Druck stehende Behälter eingesetzt, da sie für die meisten Anwendungsgebiete für Dosen keine genügend hohe Festigkeit aufweist.

Kurz nach der Einführung der Aluminium-Dosendeckel wurden auch die Aluminium-Dosenkörper eingeführt. Aluminium-Dosenkörper wurden anfänglich als Teile von dreiteiligen Dosen gemacht, wie dies von den herkömmlichen «Zinndosen» her bekannt ist. Dreiteilige Dosen bestehen aus zwei Enden und einem zylindrisch geformten und mit einer Naht versehenen Dosenkörper. Bei Getränkedosen hat die neuentwickelte, zweiteilige Dose die dreiteilige Dose nach und nach verdrängt. Zweiteilige Dosen bestehen aus einem Deckel und einem nahtlosen Dosenkörper mit integralem Boden. Dosenkörper von zweiteiligen Dosen werden in mehreren Stufen durch Tiefziehen und Abstrecken geformt.

In der US-PS-3 402 591 wird eine Vorrichtung zur Herstellung von tiefgezogen und abgestreckten Dosen beschrieben. Beim Tiefziehen und Abstrecken wird der Dosenkörper aus einem kreisrunden Blechstück geformt, welches in einem ersten Schritt zu einem Napf gezogen wird. Die Seitenwand wird dann verlängert und abgedünnt, indem der Napf eine Serie von Ziehringen mit abnehmenden Bohrungen durchläuft. Die Ziehringe haben einen Abstreckeffekt zur Folge, durch welchen die Seitenwand in die Länge gezogen wird, wodurch die Herstellung eines Dosenkörpers ermöglicht wird, dessen Seitenwand dünner ist als der Boden. Zur Herstellung von Dosenkörpern von zweiteiligen Dosen wird am häufigsten die Legierung AA 3004 verwendet, da sie für den Tiefzieh- und Abstreckvorgang hinreichend gute Verformung-, Festigkeitsund Werkzeugverschleisseigenschaften aufweist. Diese Eigen-

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Schäften sind eine Funktion des tiefen Gehaltes der Legierung an Magnesium (0,3 bis 1,8%) und Mangan (1,0 bis 1,5%).

Der Nachteil der gegenwärtig verwendeten Legierung AA 3004 liegt darin, dass sie zur Erreichung der gewünschten Endeigenschaften eine langzeitige Barrenglühung oder Homogenisierung bei hoher Temperatur erfordert. Konventionelles Barrenglühen ist aber einer der grössten Kostenfaktoren bei der Blechherstellung. Zudem ist die Giessgeschwindig-keit für die Legierung 3004 relativ klein und bei unsachgemäs-sem Giessen zeigt sie eine Tendenz zur Bildung grober Pri-märsegregationen.

Es sind früher auch andere Legierungen für die Verwendung bei Dosenkörpern in Betracht gezogen worden, so etwa die Legierung AA 3004. Diese Legierung erfüllt wohl alle Anforderungen der Verformbarkeit beim Tiefziehen und Abstrecken, wurde jedoch wegen ihrer bei wirtschaftlichen Materialdicken geringen Festigkeit wieder fallengelassen. 5 Die oben beschriebenen, konventionellen Legierungen für Dosendeckel und Dosenkörper weichen in ihren Zusammensetzungen deutlich von einander ab, wie aus Tabelle I hervorgeht. Die angeführten Zahlenwerte sind Gewichtsprozente, wie übrigens in der ganzen vorliegenden Beschreibung. Sofern io keine Bereichsangaben vorliegen, stellen die in Tabelle I angegebenen Gewichtsprozente Maximalwerte dar. Die Bezeichnung AA und die zugehörigen Zahlenangaben beziehen sich auf das Klassierungssystem der Aluminium Association.

Tabelle /

Andere

Legierung

Silizium

Eisen .

Kupfer

Mangan

Magnesium Chrom

Zink

Titan

Einzeln

Total

AA 3003

0.6

0.7

0.05-0.2

1.0-1.5

_

—

0.10

—

0.05

0.15

AA 3004

0.30

0.70

0.25

1.0-1.5

0.8-1.3

-

0.25

-

0.05

0.15

AA 5182

0.20

0.35

0.15

0.20-0.50

4.0-5.0

0.10

0.25

0.10

0.05

0.15

AA 5082

0.20

0.35

0.15

4.0-5.0

0.15

0.25

0.10

0.05

0.15

AA 5052

0.45 Si + Fe

0.10

2.2-2.8

0.15-0.35

0.10

-

0.05

0.15

AA5042

0.20

0.35

0.15

0.20-0.50

3.0-4.0

0.10

0.25

0.10

0.05

0.15

Gegenwärtig werden grosse Anstrengungen unternom- Temperatur nach dem Kaltwalzen. Überdies würden die von men, sowohl Energie- und Rohstoffquellen zu erhalten als Setzer et al. vorgeschlagenen Legierungszusammensetzungen auch die besonders die Getränkeindustrie betreffende Pro- 30 eine Zusammensetzung der Schmelze zur Folge haben, die bleme der Verschwendung und des Abfalls zu beseitigen. Dies sich deutlich von einer Schmelze aus konventionellen, zweitei-soll durch den Aufbau eines totalen Recycling-Programmes ligen Dosen mit unterschiedlicher Dosen- und Deckellegie-in der Aluminiumdosen-Industrie ermöglicht werden, welches rung unterscheiden würde.

sich zusammensetzt aus Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren

( 1 ) der Sammlung und Rückführung gebrauchter, leerer 35 zur Herstellung eines zur Fertigung von tiefgezogenen und Aluminium-Getränkedosen, und abgestreckten Dosenkörpern sowie Deckeln gleichermassen

(2) der Wiederverwendung des Aluminiums gebrauchter geeigneten Bandes aus einer Aluminiumlegierung zu schaffen, Dosen zur Herstellung neuer Dosen. welches die Wiederverwendung gebrauchter Aluminiumdo-

Bei der fertiggestellten Dose sind Deckel und Dosenkör- sen und -dosenteile durch Einschmelzen derselben und An-per praktisch untrennbar miteinander verbunden, so dass ein 40 gleichung der Schmelze auf die gewünschte Zusammenset-wirtschaftliches Recycling-System die Verwendung der ge- zung auf wirtschaftliche Weise ermöglicht.

samten Dose erforderlich macht. Demzufolge weicht die Zu- Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass sammensetzung der Schmelze recyklierter Dosen erheblich a) eine Schmelze aus einer Aluminiumlegierung hergestellt von den Zusammensetzungen der konventionellen Legierung wird, welche Aluminiumlegierung nebst Verunreinigungen für Deckel und Dosenkörper ab. 45 als wesentliche Bestandteile 0,4 bis 1,0% Mangan und 1,3 bis

Im folgenden werden Legierungen und Bänder zu Herstel- 2,5% Magnesium enthält, wobei der Gesamtgehalt an Malung von Dosenkörpern als Dosenlegierungen bzw. -bänder gnesium und Mangan zwischen 2,0 und 3,3% beträgt und das und Legierungen und Bänder zur Herstellung von Deckeln als Gewichts-Verhältnis von Magnesium zu Mangan zwischen Deckellegierungen bzw.-bänder bezeichnet. Will man aus der 1,4:1 und 4,4:1 liegt,

Schmelze recyclierter Dosen wieder die ursprünglichen Legie- 50 b) dis Schmelze mittels einer Bandgiessmaschine konti-rungszusammensetzungen erhalten, so müssen erhebliche nuierlich zu einem Band vergossen wird,

Mengen an Primär- bzw. Reinaluminium zugesetzt werden, c) das Gussband kontinuierlich mit Giessgeschwindigkeit um eine konventionelle Dosenlegierung zu erhalten; entspre- warm um mindestens 70% abgewalzt wird, wobei die Warm-chend noch grössere Mengen an Primäraluminium müssen walz-Starttemperatur zwischen 300 C und der Ungleichge-zur Wiederherstellung einer konventionellen Deckellegierung 55 wicht-Solidustemperatur der Legierung liegt und die Tempe-zugegeben werden. ratur am Walzende mindestens 280 °C beträgt,

d) das warmgewalzte Band warm aufgehaspelt und an ru-Es wäre demzufolge von Vorteil, für Deckel und Dosen- higer Luft auf Raumtemperatur erkalten gelassen wird, und körper eine Aluminiumlegierung ein und derselben Zusam- e) das erkaltete Warmwalzband auf Enddicke kaltgewalzt mensetzung zu verwenden, so dass bei der Wiedereinschmel- 60 wird.

zung dieser Dosen keine Anpassung der Legierungszusammensetzung mehr notwendig wäre. Dieser Vorteil wurde von Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Setzer et al. erkannt und in der US-PS-3 787 248 beschrieben, Schmelze derart zu einem Band zu vergiessen, dass die Zellin welcher vorgeschlagen wird, sowohl Deckel als auch Do- grosse bzw. der Dendritenarmabstand im Bereich der Guss-senkörper aus einer Legierung vom Typ AA 3004 herzustel- 65 bandoberfläche zwischen 2 und 25 |im, vorzugsweise zwi-len, wobei die für Deckel erforderliche Verformbarkeit durch sehen 5 und 15 [im, und im Bereich der Gussbandmitte zwi-eine Wärmebehandlung erreicht wird. Das von Setzer et al. sehen 20 und 120 (im, vorzugsweise zwischen 50 und 80 (im, vorgeschlagene Verfahren beinhaltet ein Halten bei hoher liegt.

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Die oben genannten Zellgrössen bzw. Dendritenarmab-stände werden in vorteilhafter Weise dadurch erzielt, wenn das Gussband nach Erstarrungsbeginn während 2 bis 15 min auf einer Temperatur zwischen 400 °C und der Liquidustem-peratur der Legierung gehalten wird, wobei es sich ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt hat, das Gussband nach Erstarrungsbeginn während der ersten 10 bis 50 s auf einer Temperatur zwischen 500 °C und der Liquidustemperatur der Legierung zu halten.

Bei einer vorteilhaften Durchführung des erfindungsge-mässen Verfahrens beträgt die Starttemperatur zum Warmwalzen mindestens 440 °C, vorzugsweise mindestens 490 °C.

Die Dicke des Gussbandes liegt vorteilhafterweise zwischen 10 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 12 und 20 mm.

Eine insbesondere bei der Herstellung von Dosenband vorteilhafte Durchführung des Kaltwalzens auf Enddicke besteht darin, dass

1) das Warmwalzband in einer ersten Stichserie auf eine Zwischendicke kaltgewalzt wird,

2) das auf Zwischendicke kaltgewalzte Band einer kurzzeitigen Zwischenglühung bei einer Temperatur zwischen 350 und 500 °C während einer maximalen, aus Aufheiz-, Glüh-und Abkühlzeit zusammengesetzten Zeitdauer von 90 s unterworfen wird, und

3) das kurzzeitig geglühte Band auf Enddicke gewalzt wird.

Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, das Kaltwalzen des Warmwalzbandes auf Zwischendicke mit einer Dickenreduktion von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 65%, und das Kaltwalzen des kurzzeitig geglühten Bandes auf Enddicke mit einer Dickenreduktion von maximal 75%, vorzugsweise 40 bis 60%, durchzuführen.

Es hat sich des weiteren als vorteilhaft herausgestellt, die . Auf heizzeit zur kurzzeitigen Zwischenglühung auf maximal 30 s und die Abkühlzeit nach der kurzzeitigen Zwischenglühung auf Raumtemperatur auf maximal 25 s zu begrenzen.

Die Schmelze des erfindungsgemässen Verfahrens kann aus mindestens 40% Aluminium-Schrottmetall zusammengesetzt sein.

Das erfindungsgemässe Verfahren und seine insbesondere bei der Wiederverwendung von Aluminium-Schrottmetall erzielbaren Vorteile werden im nachfolgenden näher erläutert und anhand graphischer Darstellungen veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 Ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemässen Verfahrens als Teil eines Recycling-Systems.

Fig. 2 Eine graphische Darstellung der Kaltverfestigung der erfindungsgemässen Legierung und zweier Vergleichslegierungen in Abhängigkeit der Kaltverformung.

Fig. 3 Eine graphische Darstellung der Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung und einer Vergleichslegierung bei thermischer Behandlung.

Die Verfahren des Schmelzens verschiedener Schrotttypen, des Angleichens der Schmelze an eine gewünschte Zusammensetzung, des Giessens der Schmelze, der Herstellung von Bandmaterial und der Fertigung von Behältern enthalten gemäss Fig. 1 ein geschlossenes Kreislaufsystem, in welchem der durch den Fabrikationsprozess erzeugte Schrott recykliert und wiederum als Rohmaterial für den Prozess bereitgestellt wird. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott enthält Schrott aus der Fabrikation von Bandmaterial (Bandschrott), Schrott aus der Fertigung von Dosen (Dosenschrott) und Verbraucherschrott.

Unter Verbraucherschrott werden Produkte aus Aluminiumlegierungen, insbesondere Dosen, verstanden, welche bedruckt, beschichtet oder anderswie kontaminiert und anschliessend verkauft und gebraucht wurden.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere für die Verwendung von Aluminiumdosen-Schrott angepasst wor-5 den. Bevorzugt werden Dosen in sauberer Form wiedergewonnen, frei von Schmutz, Kunststoffteilen, Glas und anderen Verunreinigungen. Die Dosenkörper herkömmlicher Dosen sind untrennbar mit den Deckeln verbunden. Während der Wiedergewinnung von Schrottdosen werden deshalb die i° ganzen Dosen zerquetscht, flachgedrückt, zusammengeballt oder sonstwie in eine kompakte Form gebracht. Die Dosen werden dann in herkömmlichen Mahlwerken, Hammermühlen, gegenläufigen Messern usw. zu vorzugsweise locker anfallenden Stücken von etwa 2,5 bis 4 cm Durchmesser zerklei-15 nert. Der zerstückelte Aluminium-Schrott wird mittels magnetischer Trennverfahren von Eisen- und Stahlteilen und mittels Fliehkraftabscheidern von Papier und andern leichtgewichtigen Stoffen befreit. Der gereinigte Schrott wird sodann in einen Lackverbrennungsofen eingeführt. Ein geeigne-20 ter Lackverbrennungsofen ist ein Brennofen, in welchem der Schrott in Anwesenheit von heisser Luft durch einen rotierenden Tunnel transportiert wird. Eine andere Möglichkeit bietet ein Lackverbrennungsofen, bei welchem der zerkleinerte Schrott in einem Korb von 15 bis 25 cm Tiefe aus nichtrosten-25 dem Stahl eingebettet ist. Zur Verbrennung organischer Stoffe wie Kunststoffbeschichtungen von Lebensmittelbehäl-tern und Getränkedosen sowie gemalter oder aufgedruckter Pigmente, wie Titan (IV)oxid enthaltender Etiketten, wird heisse Luft durch den Korb geblasen. 30 Die Ofentemperatur wird vorzugsweise so gewählt, dass die Temperatur des Schrotts die Pyrolysetemperatur der organischen Beschichtungsmaterialien erreicht. Die Temperatur muss genügend hoch sein, üblicherweise etwa 480 bis 540 °C, damit alle organischen Beschichtungsmaterialien pyrolisie-35 ren, der Metallschrott aber nicht oxidiert wird.

Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott umfasst Aluminiumlegierungsmaterial wie Bandschrott, Dosenschrott und Verbraucherschrott, welcher wie oben beschrieben aufgearbeitet wurde. Ein grosser Teil des Verbrau-40 cherschrotts besteht aus Aluminiumdosen, welche üblicherweise 25 Gewichtsprozente Dosendeckel aus der Legierung AA 5182 und 75 Gewichtsprozente Dosenkörper aus der Legierung AA AA 4004 enthalten. Die Zusammensetzungen dieser Legierungen sowie die beim Wiedereinschmelzen dieser 45 Legierungen erhaltene Zusammensetzung sind weiter unten in Tabelle II beschrieben.

Bandschrott enthält Abfalle vom Gussband sowie von den in einem Walzwerk durchgeführten Zuschneideoperationen wie etwa dem Besäumen des gewalzten Bandes. Die an-50 fängliche Schmelzezusammensetzung, die von einem typischen Bandschrott erhalten wird, besteht aus etwa 88% der Legierung AA 3004 und 12% der Legierung AA 5042.5042, eine andere bei der Herstellung von Deckeln verwendete Legierung mit hohem Magnesiumgehalt, wird weiter unten in 55 Tabelle III beschrieben.

Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott kann auch Schrott enthalten, der bei der Fertigung von Behältern und Behälterteilen - wie etwa Dosendeckel und Dosenkörper- anfällt. Dosenschrott wird beispielsweise bei 60 Ausschuss infolge Zipfelbildung erzeugt. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Schrott kann auch andere, Elemente mit Mischkristallhärte-Effekt enthaltende Aluminiummaterialien enthalten und selbstverständlich auch Band-, Dosen- und Verbraucherschrott aus der erfindungsgemässen Legierung.

Der zu recyklierende Schrott wird in einem Ofen, wie er beispielsweise aus der US-PS-969 253 bekannt ist, zu einer Schmelze geformt. Die anfangliche Schmelze ändert natürlich

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ihre Zusammensetzung entsprechend den Zusammensetzungen und den Mengen der verschiedenen, in den Ofen eingefüllten Schrottypen. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird die Schmelze derart angeglichen, dass die Zusammensetzung innerhalb der folgenden Werte zu liegen kommt:

Magnesium 1,3 bis 2,5% vorzugsweise 1,6 bis 2,0 % Mangan 0,4 bis 1,0% vorzugsweise 0,6 bis 0,8 % Eisen 0,1 bis 0,9% vorzugsweise 0,3 bis 0,7 %

Silizium 0,1 bis 1,0% vorzugsweise 0,15 bis 0,40% Kupfer 0,05 bis 0,4%

Titan 0 bis 0,2% vorzugsweise 0 bis 0,15%

Die oben aufgeführten Werte stellen die breiten Bereiche sowie die Vorzugsbereiche der Zusammensetzung der Legierung des erfindungsgemässen Verfahrens dar. Die Zusammensetzung der vorliegenden Legierung kann innerhalb der angegebenen Bereiche variieren, doch sind die Bereiche selbst kritisch, insbesondere jene der Hauptlegierungselemente Magnesium und Mangan. Magnesium und Mangan bewirken zusammen durch ihr Vorliegen in fester Lösung einen Mischkristallhärte-Effekt in der vorliegenden Legierung. Es ist deshalb wesentlich, dass sich die Konzentrationen dieser Elemente innerhalb der angegebenen Bereiche bewegen, dass das Verhältnis von Magnesium zu Mangan einen Wert zwischen 1,4:1 und 4,4:1 aufweist und der Gesamtgehalt an Magnesium und Mangan zwischen 2,0 und 3,3% liegt. Weitere Spurenelemente, welche als Verunreinigungen im Recyclingverfahren zu erwarten sind, sind in der vorliegenden Legierungszusammensetzung bis zu einer gewissen Grenze zulässig, so Chrom bis zu 0,1 %, Zink bis zu 0,25% und andere einzeln bis zu 0,05% zusammen bis zu 0,2%.

Kupfer und Eisen sind in der vorliegenden Zusammensetzung infolge ihrer unvermeidlichen Anwesenheit im Verbrau- ■ cherschrott vorhanden. Die Anwesenheit von Kupfer in einem Gehalt zwischen 0,05 und 0,4% bringt eine Verbesserung im Hinblick auf niedrige Zipfelbildung und bewirkt zusätzlich eine Festigkeitserhöhung in der vorliegenden Legierung.

Um die angegebenen Bereiche bzw. die Vorzugsbereiche der Zusammensetzung der vorliegenden Legierung zu errei-5 chen, kann es notwendig werden, die Schmelze anzugleichen. Dies kann durch eine Zugabe von Magnesium oder Mangan geschehen, oder - zur Verdünnung überschüssiger Legierungselemente - durch Zusetzen von unlegiertem Aluminium zur Schmelze.

io Die insgesamt benötigte Energie zur Herstellung von unlegiertem Primäraluminium aus seinem Erz liegt -etwa zwanzigmal höher als die Energiemenge, welche zum Einschmelzen von Aluminium-Schrott erforderlich ist. Es können demzufolge beträchtliche Mengen an Energie und Kosten eingespart 15 werden, wenn die zur Herstellung einer gewünschten Legierung benötigte Menge an Primäraluminium möglichst niedrig gehalten wird. Ist ein Überschuss an Magnesium vorhanden, so kann der Magnesiumgehalt in der Schmelze auch durch Spülen der geschmolzenen Legierung mit Chlor reduziert 20 werden, wobei das sich bildende unlösliche Magnesiumchlorid mit der Schlacke entfernt wird. Wegen dem Magnesiumverlust aus der Schmelze und wegen der Gefährdung der Umwelt beim Arbeiten mit Chlor ist dieses Verfahren allerdings nicht unbedingt erwünscht.

Das Angleichen der Schmelze kann auch durch Zusetzen von niedriger legiertem Aluminium erfolgen, in welchem die Legierungselemente zur Verdünnung überschüssiger Elemente im entsprechenden Verhältnis vorhanden sind.

25

30

35

Tabelle II zeigt die Zusammensetzungen der Legierungen AA 3004 und 5182 sowie die stöchiometrische Schmelzezusammensetzung, welche aus dem Einschmelzen von typischem Verbraucherschrott aus Dosen der genannten Legierungen resultiert:

Tabelle!!

Legierung

(typische Zusammensetzung)

Primärfaktor (%)

3004

5182

Schmelze

3004

5182

vorliegende

Legierung

Magnesium

0,9

4,5

1,5

40

_

Mangan

1,0

0,25

0,8

-

70

18

Eisen

0,45

0,25

0,4

—

39

3

Silizium

0,2

0,12

0,2

_

33

_

Titan

0,04

0,05

0,04

—

_

Kupfer

0,18

0,08

0,1

-

27

-

In der Zahl von 1,5% Magnesium in der mit «Schmelze» überschriebenen Kolonne ist ein Magnesiumverlust von 0,3% infolge der Magnesiumoxidation während des Einschmelzens mitberücksichtigt. Die in der Tabelle mit «Primärfaktor» überschriebenen Zahlenwerte stellen diejenige Menge an pri- 55 mären oder reinem Aluminium dar, welche zugegeben werden muss, um jedes Element auf die nominelle Zusammensetzung von AA 3004, 5182 oder der vorliegenden Legierung zu senken. Die nominelle Zusammensetzung der vorliegenden Legierung, wie sie in der Beschreibung und in den Beispielen ver-60 wendet wird, ist die folgende:

Magnesium

Mangan

Eisen

Silizium

Kupfer

Titan

1,8 % 0,7 % 0,45% 0,25% 0,2 % 0,05%

65

Da die für die Elemente in den Legierungen AA 3004 und 5182 angegebenen Gehalte ausser für Mangan und Magnesium Maximalwerte darstellen, ist für jede Legierung der grösste angegebene Primärfaktor bestimmend.

So zeigt Tabelle II, dass eine Menge an reinem Aluminium entsprechend 40% des Schmelzegewichtes zugegeben werden muss, wenn der Gehalt an Magnesium in der Schmelze auf die typischen 0,9% von AA 3004 gesenkt werden soll. In ähnlicher Weise muss eine Menge an reinem Aluminium entsprechend 70% des Schmelzegewichtes zugesetzt werden, wenn der Gehalt an Mangan in der Schmelze auf die typischen 0,25% von AA 5182 gesenkt werden soll. Andererseits sind nur 18% reines Aluminium notwendig, um den Mangangehalt in der Schmelze auf den Nominalwert der Legierung des erfindungsgemässen Verfahrens zu senken.

Tabelle III zeigt dieselben Verhältnisse in bezug auf Bandschrott mit einem Anteil von 88% AA 3004 und 12% AA 5042

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Tabelle IJI

Legierung (typische Zusammensetzung) Primärfaktor (%)

3004 5042 Schmelze 3004 5042 vorliegende

Legierung

Magnesium

0,9

3,5

1,21

26

—

Mangan

1,0

0,25

0,91

-

73

23

Eisen

0,45

0,25

0,43

—

42

5

Silizium

0,2

0,12

0,19

—

37

_

Titan

0,04

0,05

0,04

—

_

Kupfer

0,18

0,08

0,17

-

53

-

Nach Tabelle III wären demnach 26% Primäraluminium is nem Aluminiumschrott erhalten werden kann. Ein weiterer notwendig, um den Magnesiumgehalt der Schmelze auf den Vorteil ist darin zu sehen, dass die vorliegende Legierung ei-für AA 3004 typischen Wert von 0,9% zu senken. Ebenso wä- nen weiten Toleranzbereich für Silizium, Eisen, Kupfer und ren 73 % Primäraluminium notwendig, um den Mangange- andere Elemente aufweist, welche in konventionellen Legie-halt der Schmelze auf den Wert von 0,25% der 5042-Zusam- rungen als unerwünschte Verunreinigung angesehen werden, mensetzung zu bringen. Andererseits wären nur 23% Primär- 20 die aber in Verbraucherschrott unvermeidbar vorhanden aluminium notwendig, um den Mangangehalt der Schmelze sind. So darf beispielsweise eine verhältnismässig hohe Konauf den nominellen Gehalt der vorliegenden Legierung zu zentration an Titan vorhanden sein, was vom Standpunkt des senken. Recyclings besonders wichtig ist, da ein grosser Teil von Ver-

Aus den Tabellen II und III geht hervor, dass bei der Zu- braucherschrott Titanoxid enthält, welches während des sammensetzung der vorliegenden Legierung zum Aufbereiten 25 Schmelzens reduziert wird und sich in der geschmolzenen Leder Schmelze weniger als 25% unlegiertes Aluminium benö- gierung löst. Ein weiter Toleranzbereich für Titan ist ebenfalls tigt würden. Es ist also eine kleinere Menge an Primäralumi- wichtig, weil der Titangehalt in der Schmelze steigt, wenn nium als zum Aufbereiten irgendeiner anderen bekannten Be- Schrott in aufeinanderfolgenden Zyklen erschmolzen wird, hälterlegierungen erforderlich. Die zu erwartende Konzentration im Bereich zwischen 0,15

Die Tabellen zeigen auch, dass die Art des Schrotts in der 30 und 0,20% darf auch in der vorliegenden Legierung vorhan-Schmelze einen Einfluss auf die zum Erreichen einer ge- den sein.

wünschten Schmelzezusammensetzung benötigten Menge an Als weiteres Beispiel kann die Legierung einen verhältnis-Primärmetall hat. Die vorliegende Legierungszusammenset- . mässig hohen Anteil an Silizium aus im Schrott enthaltenem zung kann - abhängig von der Art des dem Schmelzesystem Sand oder Schmutz aufweisen. Die vorliegende Legierung ge-zugeführten Schrotts - auch durch Verwendung von 100% 35 stattet diesen Gehalt und hat darüber hinaus den Vorteil, dass Schrott erreicht werden. Eine typische Dosenfabrikationsan- bei Siliziumgehalten über 0,45% und bei den oben aufgeführ-lage benötigt beispielsweise 83 % Dosenband (AA 3004) und ten Elementbereichen eine Wärmebehandlung möglich ist. 17% Deckelband (5042). Von den bei der Dosenherstellung Wärmebehandlung bezieht sich auf das Verfahren, bei wel-als Abfall anfallenden und wieder einzuschmelzenden 27,6% chem eine Legierung auf eine Temperatur erwärmt wird, die Schrott entfallen 24,9% auf Dosen- und 2,7% auf Deckel- 40 genügend hoch ist, um die löslichen Legierungselemente oder schrott. Der Schmelze kann Schrott aus der Dosenfabrika- -komponenten (Mg2Si) in feste Lösung zu bringen, typischer-tionsanlage und Verbraucherschrott in der Form zurückgege- weise 510 bis 610 °C. Die Legierung wird sodann abge-bener, gebrauchter Dosen zugesetzt werden. Unter der An- schreckt, um diese Elemente in übersättigter, fester Lösung zu nähme eines Schmelzverlustes von 5% bezogen auf den Do- erhalten. Anschliessend wird die Legierung entweder bei senfabrikationsschrott und von 8 % bezogen auf die vom Ver- 45 Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur ausgelagert, braucher zurückgegebenen Dosen erfordert eine Zurückfüh- wobei während dieser Zeit Ausscheidungen gebildet werden, rung sämtlicher auf einer derartigen Anlage hergestellten Do- welche eine Aushärtung der Legierung bewirken. Die Aushär-sen eine Zugabe von nur 7,2% Primäraluminium zur tung kann bei Temperaturen erfolgen, wie sie beim Einbren-

Schmelze, damit die vorliegende Legierungszusammenset- nen von Polymerbeschichtungen von Aluminiumbehältern zung erreicht wird. Diese Menge kann durch die Verwendung 50 üblich und weiter unten beschrieben sind. Dies gestattet die anderer Schrottlegierungen in der Schmelze, einschliesslich Anwendung von Herstellungsverfahren, welche Bleche von der Verwendung von Schrott aus der vorliegenden Legierung, geringerer Festigkeit hervorbringen als sie sonst für Bleche im weiter gesenkt werden. walzharten Zustand erforderlich wären.

Bei der Verwendung bekannter Legierungszusammenset- Nachdem die Legierung im Schmelzofen auf die ge-zungen war es bis anhin nicht möglich, die erforderliche 55 wünschte Zusammensetzung eingestellt ist, wird die Schmelze Menge an Primäraluminium welche zum Erreichen einer behandelt, um gelösten Wasserstoff und nichtmetallische Ein brauchbaren Schmelzezusammensetzung aus Verbraucher- schlüsse, welche das Giessen der Legierung sowie die Qualität schrott notwendig ist, auf weniger als 40% des Schrottgewich- des gefertigten Bleches beeinträchtigen würden, zu entfernen, tes im Schmelzeofen zu senken. Die vorliegende Erfindung ge- Hierzu wird ein Gasgemisch aus Chlor und einem Inertgas stattet die Bildung der vorliegenden Legierungszusammenset- 60 wie Stickstoff oder Argon durch mindestens ein Einleitrohr zung aus mindestens 40% Schrott über einen weiteren Bereich aus Kohlenstoff geleitet, welches sich am Boden des Ofens be-von Anteilen von Bandschrott, Dosenschrott und Verbrau- findet und eine Gasspülung der Schmelze gestattet. Das Gas-cherschrott. gemisch wird in einem Blasenstrom während ungefähr 20 bis

Die vorliegende Legierung hat zahlreiche Vorteile, die 40 min durch die geschmolzene Legierung geleitet, wobei die darin begründet sind, dass die Legierungszusammensetzung 65 sich bildende Schlacke an die Oberfläche der Schmelze von der Schmelze ausgehend erreicht wird. Ein erster Vorteil schwimmt und von dort mittels irgendeiner geeigneten Meist, wie schon erwähnt, die Tatsache, dass die vorliegende Le- thode abgeschöpft wird. Der niedrige Magnesiumgehalt der gierung leicht aus dem Recycling von gegenwärtig vorhande- erfindungsgemässen Legierung führt zu weniger Schlacke und

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einem geringeren Magnesiumabbrand als die Legierungen Des weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, das AA 5082, 5182 und andere konventionelle Deckellegierun- Gussband nach Erstarrungsbeginn während 10 bis 50 s bei eigen. Die abgeschöpfte Legierung wird sodann mittels eines ner Temperatur zwischen 500 °C und der Liquidustempera-Filterbettes aus feuerfestem Material, wie etwa Aluminium- tur der Legierung - d.h. die Temperatur, bei welcher die Le-oxid, von nichtmetallischen Einschlüssen befreit. Zum weite- 5 gierung während des Abkühlens zu erstarren beginnt - zu hal-ren Entgasen der Legierung wird nochmals eine Gasmi- ten. Das Halten des Gussbandes bei hoher Temperatur kann schung, wie sie oben beschrieben wurde, im Gegenstrom gegebenenfalls unter Zufuhr weiterer Wärme erfolgen. Das durch die Schmelze geleitet. Halten bei hoher Temperatur erfolgt während der Zeit, in der

Unter konventionellem Bandgiessen wird hier das Verfah- sich das Gussband von der Giessmaschine zum Warmwalzren verstanden, bei welchem die geschmolzene Legierung i" werk bewegt. Das Warmwalzwerk befindet sich in Linie mit durch eine lange, schmale Giessöffnung zwischen zwei nahe der Giessmaschine in einem Abstand, der die oben beschrie-beieinander liegende, angetriebene Walzen, Bänder oder rau- benen Haltezeiten gewährleistet.

penkettenartig angeordnete, gekühlte Kokillenbänder gegos- Durch die verhältnismässig langsame Erstarrungsge-

sen wird. Das Metall erstarrt im sich bewegenden Kokillen- schwindigkeit, die beim vorliegenden Verfahren erreicht wird,

räum und wird eher zu einer dünnen Tafel als zu einem dicken 15 können gussbedingte Schwankungen weitgehend vermieden

Format vergossen. Das kontinuierliche Bandgiessverfahren werden, so dass die bei konventionellen Verfahren normaler-

der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt mit der in den weise durchgeführte Homogenisierungsglühung entfallen

US-PS-3 570 586,3 709 281,3 774 670,3 747 666 und kann. Des weiteren ergibt sich eine optimale Verteilung der

3 835 917 beschriebenen Giessvorrichtung durchgeführt. unlöslichen Heterogenitäten, was sich besonders günstig auf

Die zur Durchführung des vorliegenden Bandgiessverfah- 20 das spätere Kaltwalzen auswirkt. Die vom Giessen im Band rens verwendete Vorrichtung muss so konstruiert sein, dass enthaltene Wärme fördert diffusionskontrollierte Vorgänge das von der Giessmaschine herkommende Gussband nach im Gefüge, wie etwa die Einformung der Gussheterogenitä-

dem Durchlaufen einer Hochtemperatur-Haltezone mit ten, den Ausgleich der Mikroseigerungen (Kornseigerungen)

Giessgeschwindigkeit direkt einem Warmwalzwerk zugeführt und die Umwandlung von Ungleichgewichtsphasen in werden kann. 25 Gleichgewichtsphasen.

Das vorliegende, konventionelle Bandgiessverfahren Beim Abkühlen vom schmelzflüssigen Zustand sind zwei kann durch die folgenden Schritte beschrieben werden: verschiedene Temperaturbereiche von Bedeutung, nämlich a) kontinuierliches Vergiessen der Legierung zu einem a) der Temperaturbereich zwischen Liquidus und Solidus, Band; ATLS, und b) Warmwalzen des Gussbandes mit Giessgeschwindig- 30 b) der Temperaturbereich ATSiS.IOo zwischen Solidus und keit, vorzugsweise nachdem das Gussband nach Erstarrungs- einer Temperatur von ca. 100 °C unter dem Solidus.

beginn bei erhöhter Temperatur gehalten wurde; Die Aufenthaltsdauer im Bereich ATLS steuert den mittle-

c) Aufhaspeln des warmgewalzten Bandes und langsames • ren Sekundärdendritenarmabstand bzw. die Zellgrösse. An-Erkaltenlassen; und dererseits steuert die Aufenthaltsdauer im Bereich ATs,s-ioo di-

d) Kaltwalzen des Bandes, gegebenenfalls unter Einschie- 3S verse Umwandlung im Gussgefüge, wie sie oben beschrieben ben einer kurzzeitigen Zwischenglühung. wurde.

Im ersten Schritt wird die Zusammensetzung der In der folgenden Tabelle IV sind die entsprechenden Zeit-

Schmelze aus recycliertem Schrott wie vorgängig beschrieben abstände aus den gemessenen Zellgrössen grob abgeschätzt, angeglichen und anschliessend auf einer Bandgiessanlage mit mitlaufenden Kokillen derart zu einem Band vergossen, dass 40 Tabelle IV die Zellgrösse bzw. der Dendritenarmabstand im Bereich der

Gussbandoberfläche zwischen 2 und 25 um, vorzugsweise Gussprodukt zwischen 5 und 15 (im, beträgt, und die Zellgrösse bzw. der Dendritenabstand im Bereich der Gussbandmitte zwischen 20

und 120 um, vorzugsweise zwischen 50 und 80 (im, liegt. Im 45

Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird die erfindungsgemässer

Messung der Zellgrösse als äquivalent zur Messung des Den- Bandguss-Oberfläche dritenarmabstandes betrachtet. Die verhältnismässig kleine erfindungsgemässer

Zellgrösse im Gussband verbessert die späteren Tiefzieheigen- Bandguss-Mitte schaften. Die Zellgrösse wird mittels standardisierter Verfah- 50 Giesswalzen-Oberfläche ren der Metallographie gemessen. Die Zellgrösse wird durch Giesswalzen-Mitte die Zeitdauer bestimmt, während der sich das erstarrende Strangguss-Oberfläche

Gussband in einem Temperaturbereich zwischen der Liqui- (gefräst)

dus- und der Solidustemperatur der Legierung aufhält, wor- Strangguss-Mitte auf später noch genauer eingegangen wird. Die in der US- 55 PS-3 774 670 beschriebenen und im vorliegenden Verfahren Gemäss Tabelle IV befindet sich das nach dem vorliegenbevorzugten Kokillen tragen ebenfalls zum Erreichen einer den Verfahren hergestellte Gussband wesentlich länger in ei-kleinen Zellgrösse bei. Um die Giesswärme optimal zu nutzen nem Temperaturbereich, wo diffusionsgesteuerte Umwand-und eine langsame Erstarrungsgeschwindigkeit zu erreichen, lungen möglich sind, als konventioneller Strangguss oder mitwird das Band zu einer Dicke von 10 bis 25 mm, vorzugsweise 60 tels Giesswalzen hergestellter Bandguss. Daher sind in einem 12 bis 20 mm, vergossen. Es hat sich ebenfalls als besonders derartigen Bandgussgefüge die betreffenden Umwandlungen vorteilhaft herausgestellt, die Breite des Gussbandes zwischen weiter fortgeschritten als im konventionellen Stranggussge-500 und 2000 mm, vorzugsweise zwischen 800 und 1800 mm, füge bzw. im Giesswalzen-Bandgussgefüge. Im Vergleich zu zu halten. Giesswalz- oder Stranggussprodukten hat das nach dem er-

Nach Erstarrungsbeginn wird das Gussband Vorzugs- 65 findungsgemässen Verfahren hergestellte Gussband eine stär-

weise während 2 bis 15 min bei einer Temperatur zwischen kere Homogenisierung des Gefüges erhalten.

400 °C und der Liquidustemperatur der Legierung gehalten, Die Diffusionsvorgänge, die zu den genannten Umwandweiche etwa 600 °C beträgt. lungen führen, sind über den Boltzmann-Faktor

Zellgrösse t t (pm) ATLS ATS>S_I00 (s) (s)

15 5 120

50 20 120

5 0,5 0,5

7 1 0,5

30 15 5

70 80 15

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F _ c. exn C-Ë— ) führt die vorliegende Legierung im Vergleich zu konventio-

RT nellen Deckellegierungen zu weniger Unebenheiten und zu weniger Kantenrissen. Überdies ist die Kaltverfestigungsrate von der Temperatur T abhängig, wobei die Aktivierungsener- der vorliegenden Liegerung durchaus vergleichbar mit derje-gie E bei 150 bis 170 kJ/g.mol (35 bis 40 kcal/g-mol) liegt und s nigen der konventionellen Dosenkörperlegierung AA 3004, R die universelle Gaskonstante ist. Demnach verzehnfacht was zeigt, dass eine genügende Festigkeit für Dosenband sich die Geschwindigkeit der Umwandlung bei der Tempera- ohne übermässige Kaltverformung erreicht werden kann, tur Ts im Vergleich zur Temperatur TSiS_I00. Bei der Herstellung von für die Fertigung von tiefgezoge-

Speziell an der Gussbandoberfläche dürften die diffu- nen und abgestreckten Dosenkörpern geeignetem Band be-sionsgesteuerten Ausgleichsvorgänge besonders weit fortge- 10 trägt die Kaltverformung nach der Zwischenglühung maxischritten sein, da diese Vorgänge wegen der geringen Diffu- mal 75%, vorzugsweise 40 bis 60%.

sionswege umso schneller ablaufen, je feinzelliger der Guss er- Es sei hier daran erinnert, dass ein wichtiger Aspekt der starrt. Dies zeichnet den feinzelligen, erfindungsgemäss herge- vorliegenden Erfindung in der Identität von Legierungszu-stellten Bandguss gegenüber grobzelligerem Guss, wie er bei sammensetzung und Herstellungsverfahren sowohl für Do-andern Bandgiessverfahren entsteht, aus. 15 senkörper wie auch für Dosendeckel liegt, bis auf das unter-

Nach dem Giessen und dem Halten bei hoher Temperatur schiedliche Vorgehen beim Kaltwalzen, da für Deckel härtewird das Gussband kontinuierlich mit Giessgeschwindigkeit res Bandmaterial gefordert wird.

um mindestens 70% warm abgewalzt, gegebenenfalls unter Die Zwischenglühung wird in einem Temperaturbereich

Zufuhr weiterer Wärme. Die Warmwalz-Starttemperatur zwischen 350 und 500 °C während einer Zeitdauer von maxiliegt dabei zwischen 300 °C und der Ungleichgewicht-Soli- 20 mal 90 s durchgeführt, einschliesslich Aufheiz-, Halte- und dustemperatur, vorzugsweise zwischen der Ungleichgewicht- Abkühlzeit. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Aufheiz-Solidustemperatur und einer Temperatur von 150 °C unter zeit auf die Wärmebehandlungstemperatur auf maximal 30 s, der Ungleichgewicht-Solidustemperatur, und die Temperatur vorzugsweise auf 4 bis 15 s, zu beschränken. Ebenso hat es am Walzende beträgt mindestens 280 °C. sich als vorteilhaft herausgestellt, das Band nach dem Zwi-

Erst ein Warmumformgrad von mindestens 70% bei mög-25 schenglühen innerhalb von maximal 25 s, vorzugsweise innerlichst hoher Starttemperatur gewährleistet dieselben günsti- halb von 3 bis 15 s, auf Raumtemperatur abzukühlen, gen Eigenschaften des Bandes, wie sie mit konventionellen Als Folge dieser kurzzeitigen Zwischenglühung wird - im

Verfahren erzielt werden. Gegensatz zu normalen Zwischenglühungen mit langsamer

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn Aufheiz- und Abkühlzeit sowie langer Glühdauer - die Walz-die Warmwalz-Startttemperatur mindestens 440 °C, Vorzugs-30 textur im kaltgewalzten Band in stärkerem Ausmass abge-weise mindestens 490 °C, und die Temperatur am Walzende baut, dabei aber die Festigkeit in geringerem Masse gesenkt, mindestens 280 °C, vorzugsweise mindestens 300 °C, Demzufolge führt die zweite Kaltwalzserie, die durch Kalt beträgt. • Verfestigung die gewünschte Endfestigkeit des Bandes erzeu-

Nach dem Warmwalzen des Gussbandes wird dieses gen soll, zu einer weniger ausgeprägten Walztextur und kann warm aufgehaspelt und an ruhiger Luft bei Raumtemperatur 35 ausserdem mit einem reduzierten Kaltverformungsgrad erkalten gelassen. Die in den warm aufgehaspelten Bändern durchgeführt werden, was den Aufbau der Walztextur im auf gespeicherte Wärme erlaubt das Ausscheiden der langsam Enddicke abgewalzten Band nochmals verringert. Eine gerin-ausscheidenden, intermetallischen Phasen und bewirkt gleich- gere Walztextur hat kleinere Zipfel in 45° zur Walzrichtung zeitig eine gewisse, für das nachfolgende Kaltwalzen günstige zur Folge.

Entfestigung. Es wurden auch Anzeichen für eine - wenn 40 Zeit und Temperatur für die Zwischenglühung hängen in-auch geringe - in diesem Verfahrensstand ablaufende Rekri- nerhalb des erfindungsgemässen Bereiches etwa nach einer stallisation gefunden, die sich durch Abbau der Walztextur Gleichung vom Typus Int = A/T - C von einander ab, wobei t insbesondere auf die Reduktion der Zipfelbildung in 45° zur die Zeit in s, T die Temperatur in °K, und A und C Konstan-Walzrichtung bei Verarbeitung der Bänder zu Dosen günstig ten sind; d.h. bei höheren Temperaturen sind entsprechend auswirkt. 45 geringere Behandlungszeiten erforderlich.

Nach dem Erkalten wird das Band kalt auf Enddicke ge- Das folgende Stichprogramm für das Kaltwalzen hat sich walzt, vorzugsweise auf 0,26 bis 0,34 mm für Dosendeckel bei der Herstellung von Dosenband für tiefgezogene und ab-bzw. -körper. gestreckte Dosenkörper als vorteilhaft erwiesen:

Das Band kann auch in einer ersten Serie von Stichen mit Das aufgehaspelte Band wird von 3,0 mm auf 0,34 mm -einer Dickenreduktion von mindestens 50%, vorzugsweise 50 d.h. um 89% - kaltgewalzt, vorzugsweise in einem Durchlauf mindestens 65%, kalt auf eine Zwischendicke gewalzt wer- durch mindestens ein mehrgerüstiges Tandem-Walzwerk, den. Es hat sich nun als besonders vorteilhaft herausgestellt, Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Band in mehreren nach dieser ersten Serie von Kaltwalzstichen eine Zwischen- Stichen mit der Stichfolge 3,0 mm-» 1,30 mm->-0,66 mm-» glühung einzuschalten. Zwischenglühung bedeutet eine Wär- 0,34 mm auf einem eingerüstigem Walzwerk kalt abzuwälzen, mebehandlung oberhalb der Rekristallisationstemperatur der 55 Eine Glühung zwischen Kaltwalzstichen wird als Zwischen-Legierung, welche den Abbau bevorzugter Kornorientierun- glühung bezeichnet und wird, falls erforderlich, wie oben be-gen, welche von der Warmumformung unterhalb der Rekri- schrieben ausgeführt. Eine Zwischenglühung kann sich als stallisationstemperatur herrühren, bewirkt. Nach der Zwi- notwendig erweisen, wenn zwischen zwei Stichen Risse auf-schenglühung wird das Band durch Kaltwalzen kaltverfestigt, treten oder auch um die Kaltwalzeigenschaften des fertigge-Unter Kaltverfestigung wird die Festigkeitserhöhung einer 60 walzten Bandes zu verändern. Wird ein eingerüstiges Wal-Legierung in Abhängigkeit vom Betrag der Kaltumformung zwerk verwendet, so wird die Zwischenglühung vorzugsweise verstanden, welche auf das Metall ausgeübt wird. Im Ver- vor der letzten Stichabnahme durchgeführt. Bei Durchfüh-gleich zu konventionellem Dosendeckelmaterial zeigt die Le- rung einer Zwischenglühung beträgt die letzte Stichabnahme gierung der vorliegenden.Erfindung eine niedrigere Kaltverfe- vorzugsweise 40 bis 60% Eine derartige Zwischenglühung vor stigungsrate, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Dies bedeutet, dass 65 dem letzten Kaltwalzstich wirkt sich vorteilhaft auf die Ab-zum Erreichen der Enddicke weniger Stiche notwendig sind nähme der Zipfelbildung während des Tiefziehens und Ab-bzw. die gleiche Anzahl von Stichen bei höherer Geschwin- streckens aus. Um die erforderliche Kaltverformung entspre-digkeit oder grösserer Bandbreite erfolgen können. Ebenso chend der in Fig. 2 dargestellten Kaltverfestigungsrate zu er-

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reichen, kann auch eine Kombination von ein- und mehrgerü-stigen Walzwerken verwendet werden.

Durch Besäumen und Schneiden auf die gewünschte Breite wird das Band fertigbearbeitet. Das derart gefertigte Blech hat eine 0,2%-Streckgrenze von 250 bis 310 MPa, vorzugsweise 270 bis 290 MPa, eine Zugfestigkeit von 260 bis 320 MPa, vorzugsweise 270 bis 300 MPa, und eine Bruchdehnung (ASTM) von 1 bis 8%, vorzugsweise 2 bis 3%.

Das folgende Stichprogramm für das Kaltwalzen hat sich bei der Herstellung von Deckelband mit einer zur Herstellung von Dosendeckeln genügenden Festigkeit und Flexibilität als vorteilhaft erwiesen:

Warmwalzband von 3,0 mm Dicke wird in einem Durchlauf durch ein mehrgerüstiges Tandem-Walzwerk mit einer Reduktion von 91 % auf 0,26 mm kaltgewalzt. Die Reduktion sollte zwischen 60 und 95% liegen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Band in 4 Stichen mit der Stichfolge 3,0 mm->1,30 mm->0,66 mm->0,34 mm->0,26 mm auf einem eingerüstigen Walzwark kalt abzuwälzen. Eine Zwischenglühung ist nicht notwendig. Durch Besäumen und Schneiden auf die gewünschte Breite wird das Blech fertigbearbeitet. Das Stichprogramm des Kaltwalzens für Deckelband führt zu folgenden mechanischen Eigenschaften im gewalzten Zustand: 0,2%-Streckgrenze von 310 bis 370 MPa, vorzugsweise 320 bis 360 MPa; Zugfestigkeit von 320 bis 380 MPa, vorzugsweise 340 bis 350 MPa; und Bruchdehnung (ASTM) von 1 bis 5%, vorzugsweise 1 bis 3%.

Die oben beschriebenen Verfahrensschritte für Dosen-und Deckelband sind für die Herstellung von entsprechend kaltverfestigtem Blech ausgelegt, und zwar auf der Überlegung basierend, dass Dosenband eine minimale 0,2%-Streck-grenze von 240 MPa und Deckelband im walzharten Zustand eine minimale 0,2%-Streckgrenze von 300 MPa aufweisen sollte.

Die beschriebenen Verfahrensschritte können selbstverständlich abgeändert werden, um andere Zustände zu erhalten, wie z.B. weichgeglüht, kaltverfestigt und teilweise geglüht, kaltverfestigt und stabilisiert, lösungsgeglüht, ausgelagert und entfestigt. Wird die vorliegende Legierung in derartigen Zuständen hergestellt, so kann sie auch zur Herstellung von Verschlüssen und Behältern wie Sardinenbüchsen, Fleischkonservendosen, Behälter für Fertiggerichte, Ölbüch-sen, Filmdosen sowie andern Behältern und Verschlüssen sowohl für essbare wie auch für nicht-essbare Füllgüter verwendet werden. Diese Behälter können natürlich auch durch andere als die weiter unten beschriebenen Verfahren hergestellt werden, wie etwa durch Tiefziehen in einem oder mehreren Schritten oder durch Hohlprägen.

Das nachstehende Beispiel veranschaulicht das vorliegende Verfahren, wenn eine konventionelle Zwischenglühung durchgeführt wird:

Beispiel 1

Eine Legierung «A» gemäss der vorliegenden Erfindung, bestehend aus 1,86% Magnesium, 0,66% Mangan, 0,04% Kupfer, 0,23% Silizium und 0,39% Eisen sowie eine AA3004-Dosenlegierung «B» bestehend aus 0,9% Magnesium, 0,96% Mangan, 0,09% Kupfer, 0,18% Silizium und 0,58% Eisen wurden mittels einer Bandgiessmaschine zu 20 mm dicken Bändern vergossen, in Linie mit der Bandgiessmaschine in zwei Stichen warmgewalzt und die Bänder anschliessend warm aufgehaspelt. Die erste Stichabnahme von 20 mm auf 6 mm wurde bei einer Temperatur von 550 bis 420 °C durchgeführt, die zweite Stichabnahme erfolgte von

6 mm auf 3 mm bei 360 bis 320 °C.

Das anschliessende Kaltwalzen erfolgte für das Band A von 3 mm auf 0,60 mm für das Band B von 3 mm auf

1,15 mm. Nach einer Zwischenglühung von 1 h bei 420 °C wurden A und B weiter auf 0,34 mm kaltgewalzt.

Das Kaltwalzprogramm wurde für A und B so gewählt, dass sich an beiden Bändern bei gleicher Endstärke von 5 0,34 mm dieselben Festigkeitswerte ergaben. Nach dem Walzen auf Endstärke zeigte das Band A eine 0,2%-Streckgrenze von 261 MPa und 1,6% Zipfel und Band B eine 0,2%-Streckgrenze von 261 MPa und 3,0% Zipfel.

Das folgende Beispiel zeigt, dass die vorliegende Legie-io rung mit der Zwischenglühung gemäss der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer konventionellen Dosenlegierung mit einer konventionellen Zwischenglühung trotz höherer Festigkeit eine kleinere Zipfelbildung aufweist.

15 Beispiel 2

Die im Beispiel 1 erwähnten Legierungen A und B wurden - wie in Beispiel 1 beschrieben - zu Warmwalzbändern von 3 mm Dicke verarbeitet. Zu diesem Zeitpunkt zeigten beide Bänder vergleichbare Festigkeitswerte. Das Band B wurde 20 anschliessend von 3 mm auf 1,05 mm und das Band A von 3 mm auf 0,65 mm kaltgewalzt, wobei nach Einschieben einer Zwischenglühung bei 425 °C sowohl A als auch B weiter auf 0,34 mm kaltgewalzt wurden.

Die Zwischenblühung erfolgte auf zwei verschiedene Ar-25 ten, nämlich a) konventionelle mit 1 h bei 425 °C, wobei die Aufheizzeit ca. 10 h, die Abkühldauer ca. 3 h betrug;

b) durch die erfindungsgemässe Kurzzeitwärmebehandlung, d.h. 10 s Glühdauer bei 425 °C, wobei die Aufheiz- und

30 Abkühlzeit je 15 s betrugen.

Die beiden Behandlungen a) und b) führten zu einer vollständigen Rekristallisation in den Bändern. Es wurden die nachstehenden Festigkeits- und Zipfelwerte gemessen:

35 Tabelle V

Zwischenglühung

40

a) A b)

0,2%-Streckgrenze

Zipfel vor

Kaltwalzen auf 0,34 mm

88 MPa 104 MPa nach

Kaltwalzen auf 0,34 mm

266 MPa 278 MPa

1,8% 1,2%

45

a) 71 MPa 261 MPa 3,0%

B b) 87 MPa 274 MPa 2,4%

Aus Tabelle V geht deutlich hervor, dass durch die vorliegende Kurzzeitwärmebehandlung gegenüber der konventio-50 nellen Zwischenglühung trotz höherer Festigkeit die Zipfelbildung vermindert wird.

Wird das Stichprogramm zum Kaltwalzen so gewählt, dass nach der vorliegenden Kurzzeitwärmebehandlung die gleiche Endfestigkeit resultiert wie nach der konventionellen 55 Zwischenglühung, so wird die Reduktion der Zipfelbildung bei Durchführung der vorliegenden Kurzzeitwärmebehandlung noch augenfälliger, wie dies aus Beispiel 1 hervorgeht.

Beispiel 3

60 Aus der Legierung A von Beispiel 1 wurde - wie in Beispiel 1 ausgeführt - mittels einer Bandgiessmaschine ein Warmwalzband von 3 mm Dicke hergestellt.

Nach dem Kaltwalzen von 3 auf 0,65 mm wurden drei verschiedene Zwischenglühbehandlungen durchgeführt, und 65 anschliessend jede Variante mit einem Kaltwalzgrad von 85% auf Endstärke gewalzt. Als Festigkeitswerte wurden 335 MPa für die 0,2%-Streckgrenze und 340 MPa für die Zugfestigkeit bestimmt.

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10

Anschliessend wurde - zur Simulierung einer Einbrenn-lackierung - eine Teilentfestigung bei 190 °C während 8 min durchgeführt. Der Festigkeitsabfall nach dieser Teilentfestigung ist in Tabelle VI der jeweiligen Zwischenglühbehand-lung gegenübergestellt.

Tabelle VI

Zwischenglüh- 350 °C/20s 425°C/20s 425°C/lh behandlung

Festigkeitsabfall

Ai0,2 18 MPa 40 MPa 55 MPa

A xB 0 MPa 15 MPa 40 MPa

Aus Tabelle VI geht hervor, dass die vorliegenden Kurzzeitwärmebehandlungen von 20 s bei 350 °C und 20 s bei 425 °C gegenüber der konventionellen Zwischenglühung von 1 h bei 425 °C bei der späteren Teilentfestigung einen kleineren Festigkeitsverlust zur Folge haben.

Das nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellte Dosenband wird zu einteiligen, tiefgezogenen Dosenkörpern geformt. Dazu werden aus dem Blech Ronden geschnitten, welche über einen Stempel durch eine Matrize gezogen und so zu Näpfchen geformt werden. Der Rand eines derart geformten Näpfchens liegt vorzugsweise in einer kreisförmigen Ebene. Der Betrag, um welchen der Rand von dieser Ebene abweicht, wird als Zipfelbildung bezeichnet. Die vorliegende Legierung führt bei einem ersten Tiefzug von 32 bis 40% zu einer bis zu 50% geringeren Zipfelbildung in 45° zur Walzrichtung als AA 3004-Dosenband. Wie aus obiger Tabelle V hervorgeht, können mit der vorliegenden Legierung mit Leichtigkeit Werte für die Zipfelbildung von 2% und weniger erreicht werden. Die prozentuale Angabe für das Tiefziehen wird derart berechnet, dassman vom Durchmesser der Ronde den Durchmesser des Napfes subtrahiert und durch den Durchmesser der Ronde dividiert. Die tiefgezogenen Näpfe werden dann weitergezogen und abgestreckt in einem Tiefzieh- und Abstreckverfahren, wo der Napf durch eine Reihe von Ziehringen mit kreisrunden Bohrungen abnehmender Radien gedrückt wird. Die Ziehringe haben einen Abstreckeffekt zur Folge, durch welchen die Seitenwand der Dose durch Verringerung der Wanddicke verlängert wird. Auf diese Weise können Dosenkörper hergestellt werden, deren Seitenwand dünner ist als der Boden. Wenn das zu verformende Metall zu weich ist, kann es an den Arbeitsflächen der Ab-streck-Ziehringe haften bleiben und so den Tiefzieh- und Abstreckvorgang stören, was zu Materialfehlern und zu Unterbrechungen des Fabrikationsprozesses führt. Die vorliegende Legierung zeigt diesen Effekt in kleinerem Masse als konventionelle Dosenbandlegierungen und führt demzufolge auch zu einem geringen Werkzeugverschleiss.

Bei der Herstellung von Dosendeckeln wird das Deckelband ausgeebnet, gereinigt, mit einer Konversionsschicht versehen und - sofern erwünscht - grundiert. Anschliessend wird das Deckelband in der weiter unten beschriebenen Weise beschichtet. Das beschichtete Deckelband wird sodann einer Presse zugeführt, wo die Deckel als tiefgezogene und mit einem Flansch versehene Schalen vorgeformt werden. Die Schale wird dann zur Bildung eines leicht zu öffnenden Dek-kels einer Konversionspresse zugeführt, wo der Deckel geritzt und eine Integralniete geformt wird. Ein Aufreissring kann in einer entsprechenden Presse in einem getrennten Arbeitsgang hergestellt und zur Vernietung mit dem Deckel der Konversionspresse zugeführt werden. Der Aufreissring kann aber auch in der Konversionspresse aus einem separaten Band hergestellt und die Aufreissringe und die Deckel in derselben Konversionspresse geformt und verbunden werden. Aufreissringe werden häufig aus einer anderen Legierung hergestellt als die Dosendeckel. Das Umform vermögen der vorliegenden 5 Legierung gestattet jedoch auch die Herstellung von Aufreissringen. Eine weitere Beschreibung der Herstellung von Dosen, Deckeln und Aufreissringen findet man in der US-PS 3 787 248 (Setzer et al.) sowie in der US-PS 3 888 199.

Üblicherweise werden sowohl das Deckelband wie auch io die tiefgezogenen und abgestreckten Dosenkörper mit einer Polymerschicht überzogen, um einen direkten Kontakt zwischen dem Behälter und dem Füllgut zu vermeiden. Ein typischer Überzug besteht aus einem Epoxy- bzw. Vinylpolymer, welches als Pulveremulsion oder mittels eines Lösungsmittels 15 aufgebracht und anschliessend zu einer widerstandsfähigen Schutzschicht eingebrannt wird. Der Überzug wird bei erhöhter Temperatur - üblicherweise während etwa 5 bis 20 s bei 175 bis 220 °C - eingebrannt. Bei dieser Wärmebehandlung tritt bei den meisten Aluminiumlegierungen eine Erweichung 20 ein. In Fig. 3 sind die mechanischen Werte der vorliegenden Legierung und der Legierung AA 5082 mit einem Kaltverfor-mungsgrad von 85% nach einer Erweichungszeit von 4 min dargestellt. Die Kurven sind für alle geprüften Erweichungszeiten ähnlich, die Zugfestigkeit der vorliegenden Legierung 25 fällt bei einer Temperatur von 190 °Cvon 340 MPa auf 330 MPa, während die Zugfestigkeit von beschichtetem AA 5082-Deckelband von 400 MPa auf 370 MPa fällt. Für die 0,2%-Streckengrenzen bedeutet die Wärmebehandlung bei der vorliegenden Legierung einen Abfall zwischen 29 und 30 33 MPa, bei der Legierung AA 5082 zwischen 30 und 35 MPa. In einem andern Test wurde für die Legierung 5182 und für die vorliegende Legierung der Festigkeitsabfall nach einer Wärmebehandlung von 8 min bei 190 °C bestimmt. Die 0,2%-Streckgrenze zeigte einen Abfall von 340 auf 305 MPa 35 für die vorliegende Legierung und einen Abfall von 360 auf 290 MPa für die Legierung AA 5182.

Diese Zahlenwerte zeigen, dass die für Aluminiumbehälter üblichen Einbrenntemperaturen und Einbrennzeiten konventionelles Deckelband in einem grösseren Ausmass schwä-40 chen als Deckelband aus der vorliegenden Legierung. Demzufolge kann die vorliegende Legierung auf eine kleinere Festigkeit gewalzt werden als andere Legierungen und trotzdem im Endprodukt genügend Festigkeit aufweisen. Die Dehnungskurven weisen daraufhin, dass die Dehnung der vorliegenden 45 Legierung im Vergleich zur Legierung AA 5082 bei gegebenem Einbrennprozess stärker zunimmt und somit die vorliegende Legierung gegenüber anderen Legierungen bei gegebenem Einbrennprozess auch eine stärkere Zunahme der Um-formbarkeit aufweist.

50 Die Verwendung der Legierung des erfindungsgemässen Verfahrens bringt bei der Herstellung des Bandmaterials sowie bei der Fertigung von Dosenteilen aus diesem Bandmaterial unter anderem die folgenden Vorteile:

(1) kleinerer Energiebedarf bei den Warm- und Kaltwalz-55 Operationen sowie verbessertes Verhalten bei thermischer Behandlung im Vergleich zu konventionellen Deckellegierungen;

(2) verbessertes Handling in einem Walzwerk als Folge einer Anzahl von Fabrikationsschritten, welche für Dosen- und

60 Deckelband identisch sind;

(3) verbessertes Handling inbezug auf Legierungsaufbereitung und Giessverfahren als Folge der für Dosen- und Dek-kelband einheitlichen Legierungszusammensetzung; und

(4) die nachfolgende Fertigung sämtlicher Teile einer

65 Dose aus Bandmaterial ein und derselben Legierungszusammensetzung.

C

3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1) das Warmwalzband in einer ersten Stichserie auf eine Zwischendicke kaltgewalzt wird, so

1,4:1 und 4,4:1 liegt,

b) die Schmelze mittels einer Bandgiessmaschine kontinuierlich zu einem Band vergossen wird,

c) das Gussband kontinuierlich mit Giessgeschwindigkeit is warm um mindestens 70% abgewalzt wird, wobei die Warm-walz-Starttemperatur zwischen 300 °C und der Ungleichge-wicht-Solidustemperatur der Legierung liegt und die Temperatur am Walzende mindestens 280 °C beträgt,

d) das warmgewalzte Band warm aufgehaspelt und an ru- 20 higer Luft auf Raumtemperatur erkalten gelassen wird, und e) das erkaltete Warmwalzband auf Enddicke kaltgewalzt wird.

1. Verfahren zur Herstellung eines zur Fertigung von tiefgezogen und abgestreckten Dosenkörpern sowie Deckeln geeigneten Bandes aus einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass s a) eine Schmelze aus einer Aluminiumlegierung hergestellt wird, welche Aluminiumlegierung nebst Verunreinigungen als wesentliche Bestandteile 0,4 bis 1,0% Mangan und 1,3 bis 2,5% Magnesium enthält, wobei der Gesamtgehalt an Magnesium und Mangan zwischen 2,0 und 3,3% beträgt und das io Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Mangan zwischen

2) das auf Zwischendicke kaltgewalzte Band einer kurzzeitigen Zwischenglühung bei einer Temperatur zwischen 350 und 500 °C während einer maximalen, aus Aufheiz-, Glüh-und Abkühlzeit zusammengesetzten Zeitdauer von 90 s unterworfen wird, und 55

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Schmelze derart zu einem Band vergossen wird, dass 25 die Zellgrösse bzw. der Dentritenarmabstand im Bereich der Gussbandoberfläche zwischen 2 und 25 |im, vorzugsweise zwischen 5 und 15 |om, und im Bereich der Gussbandmitte zwischen 20 und 120 um, vorzugsweise zwischen 50 und

80 um liegt. 30

2

PATENTANSPRÜCHE

3) das kurzzeitig geglühte Band auf Enddicke kaltgewalzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass das Gussband nach Erstarrungsbeginn während 2 bis 15 min auf eine Temperatur zwischen 400 °C und der Liquidus- . temperato der Legierung gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch 35 gekennzeichnet, dass das Gussband nach Erstarrungsbeginn während 10 bis 50 s auf eine Temperatur zwischen 500 °C

und der Liquidustemperatur gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalz-Starttemperatur min- 40 destens 440 °C, vorzugsweise mindestens 490 °C, beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze zu einem Band der Dicke

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen auf Enddicke derart durchgeführt wird, dass

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

dass das Kaltwalzen des Warmwalzbandes auf Zwischendicke mit einer Dickenreduktion von mindestens 50%, vor- 60 zugsweise mindestens 65%, erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen des kurzzeitig geglühten Bandes auf Enddicke mit einer Dickenreduktion von maximal 75%, vorzugsweise 40 bis 60%, erfolgt. 65

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizzeit zur kurzzeitigen Zwischenglühung maximal 30 s beträgt.

10 bis 25 mm, vorzugsweise 12 bis 20 mm, vergossen wird. 45

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlzeit auf Raumtemperatur nach der kurzzeitigen Zwischenglühung maximal 25 s beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze aus mindestens 40% Aluminium-Schrottmetall besteht.