ES2281831T3

ES2281831T3 - Hojas o bandas delgadas en aleacion al-fe-si.

Info

Publication number: ES2281831T3
Application number: ES04767726T
Authority: ES
Inventors: Armelle Danielou; Jean-Marie Feppon; Bruno Chenal
Original assignee: Novelis Inc Canada
Current assignee: Novelis Inc Canada
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2007-10-01
Anticipated expiration: 2024-07-19
Also published as: BRPI0412775A; CA2532585A1; US20060213590A1; ATE355392T1; DE602004005045T2; NO20060508L; JP2007502360A; CN1997763A; ZA200600425B; UA80778C2; EP1644545B1; EA200600276A1; AR044882A1; EA009227B1; EP1644545A2; AU2004259877A1; CN100445405C; PT1644545E; WO2005010222A3; PL1644545T3

Abstract

Hoja o banda delgada de un espesor comprendido entre 6 y 200 µm, y preferentemente entre 6 y 50 µm, en aleación de composición (% en peso): Si: 1, 0-1, 5, Fe: 1, 0-1, 5, Cu <0, 2, Mn <0, 1 otros elementos <0, 05 cada uno y <0, 15 en total, resto Al, presentando en estado recocido una resistencia a la rotura Rm >110 MPa para los espesores >9 µm y >100 MPa para los espesores de 6 a 9 µm

Description

Hojas o bandas delgadas en aleación Al-Fe-Si.

Campo de la invención

La invención se refiere a unas hojas o bandas delgadas, de un espesor inferior a 200 \mum, y preferentemente a
50 \mum, en aleación de aluminio al hierro y al silicio, sustancialmente exenta de manganeso, así como a un procedimiento de fabricación de dichas hojas o bandas. Se pueden obtener estas bandas mediante colada semicontínua de placas convencional o por colada continua, por ejemplo la colada continua entre correas ("twin-belt casting") o entre cilindros ("twin-roll casting").

Estado de la técnica

La tendencia del mercado de hojas delgadas en aleación de aluminio lleva a una reducción constante de los espesores utilizados para una aplicación determinada, exigiendo a la vez unas características mecánicas elevadas y una buena formabilidad.

Se utilizan a menudo para las hojas delgadas unas aleaciones con muy bajo contenido en manganeso, como por ejemplo la aleación 8111 de composición (% en peso) registrada en la Aluminum Association:

Si: 0,30- 1,1, Fe: 0,40 - 1,0, Cu< 0,10, Mn< 0,10

La ausencia de manganeso permite obtener más fácilmente la recristalización en el recocido final, pero la resistencia a la rotura R_{m} sigue siendo insuficiente para los espesores inferiores a 100 \mum.

Por lo tanto es necesario desarrollar nuevas aleaciones y/o optimizar las gamas de transformación para responder a la demanda del mercado.

Para aumentar la resistencia mecánica, es habitual el añadir manganeso, como por ejemplo en la aleación 8006, cuya composición registrada en la Aluminum Association es la siguiente (% en peso):

Si <0,40, Fe: 1,2 – 2,0, Cu <0,30, Mn: 0,30-1,0, Mg <0,10

La adición de manganeso tiene en efecto como resultado endurecer el material. En el caso de la patente US nº 6.517.646 del solicitante, las características mecánicas obtenidas con una aleación de composición: Si= 0,23%, Fe= 1,26%, Cu= 0,017%, Mn= 0,37%, Mg= 0,0032%, Ti= 0,008%, en combinación con una gama de transformación favorable, llevan a un valor de R_{m} de 103 MPa para un espesor de 6,6 \mum.

Asimismo, se pueden mejorar las características mecánicas añadiendo manganeso en pequeñas cantidades en unas aleaciones de la serie 8000 cargadas de hierro. La solicitud de patente WO 02/64848 (Alcan International) describe la fabricación por colada continua de bandas delgadas de aleación AlFeSl que contienen de 1,2 a 1,7% de Fe y 0,35 a 0,8% de Si. Se obtiene una resistencia mecánica elevada añadiendo a la aleación 0,07 a 0,20% de manganeso. Se reconoce como necesaria esta adición de manganeso para obtener un tamaño de granos pequeño después del recocido final.

El manganeso aparece por lo tanto como un elemento que permite aumentar las características mecánicas de las aleaciones 8000. Sin embargo, el manganeso en solución sólida o en forma de finos precipitados puede bloquear o retardar la recristalización durante el recocido final. Por lo tanto, es necesario controlar con precisión la precipitación de las fases que contienen manganeso durante cada etapa de la gama, lo que resulta a menudo delicado. Cualquier desviación en la gama de transformación tiene unas consecuencias no despreciables sobre la eficacia del recocido final. Por lo tanto es muy interesante desarrollar una aleación que no contenga manganeso, pero que presente de todas formas unas características mecánicas elevadas.

Las patentes US nº 5.503.689 (Reynolds Metals) describe un procedimiento de fabricación de una banda delgada en aleación que contiene de 0,30 a 1,1% Si y de 0,40 a 1,0% de Fe, menos del 0,25% de Cu y menos del 0,1% de Mn, por colada continua y laminado en frío sin recocido intermedio. Los contenidos preferidos en hierro y silicio se sitúan entre 0,6 y 0,75%.

La patente US nº 5.725.695 (Reynolds Metals) describe para el mismo campo de composición una gama con recocido intermedio entre 400 y 440ºC (750-825ºF) y recocido final de recristalización a 288ºC (550ºF). La relación entre los contenidos Si/Fe es igual o superior a 1. En los ejemplos, la resistencia a la rotura máxima obtenida es de 90 MPa (13,13 ksi), el límite de elasticidad máxima es 39,1 Mpa (5,68 ksi), y el alargamiento es del 11,37% para unos espesores de 46 \mum (0,00185'). Estas características mecánicas son todavía bajas para ciertas
aplicaciones.

\newpage

Para las aleaciones obtenidas por colada continua, es a veces necesario realizar un tratamiento térmico a alta temperatura con el fin de reducir la nocividad de las segregaciones, reabsorbiendo las acumulaciones de precipitación y homogenizando la estructura en el espesor. El efecto de una homogeneización a 600ºC se describe para la aleación 8011 (de composición: 0,71% Fe, 0,77% Si, 0,038% Cu, 0,006% Mn, 98,45% Al) obtenida mediante colada entre cilindros en el artículo de Y. Birol "Centerline Segregation in a Twin-Roll Cast AA8011 Alloy" Aluminium, 74, 1998, págs.318-321. Se obtiene una modificación de las fases precipitadas y una reducción de las heterogeneidades. La reducción de la segregación central permite a continuación limitar la porosidad de las hojas muy delgadas, y mejorar su formabilidad.

Por razones económicas es interesante limitar la temperatura del tratamiento térmico. Para una aleación 8111 de composición: 0,7% Fe, 0,7% Si, Mn <0,02, Zn <0,02, Cu <0,02 se observa un inicio de transformación de las fases y una recristalización total desde 460ºC, aunque sea necesario un recocido a 550-580ºC para obtener una transformación más completa (cf. M. Slamova et al. "Response of AA8006 and AA8111 Strip-Cast Rolled Alloys to High temperature Annealing". ICAA-6, 1998). Por lo tanto, para las aleaciones sin manganeso se puede prever una homogeneización a baja temperatura.

Por otra parte, en la transformación que sigue a la homogeneización, hasta pequeños espesores, es habitual introducir una etapa de recocido intermedio, con el fin de suavizar el metal. Para las aleaciones al manganeso, el control del recocido intermedio necesita por lo general un tratamiento térmico a alta temperatura (por encima de los 400ºC), con el fin de obtener una recristalización.

Para las aleaciones del tipo 8000 sin manganeso, se puede prever realizar un tratamiento térmico a una temperatura más baja que para las aleaciones del tipo 8006.

La solicitud de patente WO 99/23269 (Nippon Light Metal y Alcan Internacional) describe un procedimiento aplicable a las aleaciones AlFeSi que contienen de 0,2 a 1% Si, y de 0,3% a 1,2% Fe, con una proporción Si/Fe comprendida entre 0,4 y 1,2 en el que el recocido intermedio es realizado en dos etapas, la primera entre 350 y 450ºC y la segunda entre 200 y 330ºC. El objetivo de este procedimiento es reducir los defectos de la superficie de la hoja. Las características mecánicas no se mencionan.

La invención tiene por objetivo obtener unas hojas o bandas delgadas en aleación AlFeSi sin añadir manganeso, que presenten una resistencia mecánica elevada, conservando simultáneamente una buena formabilidad, con una gama de fabricación industrial tan económica como sea posible.

Objeto de la invención

La invención tiene por objeto una hoja delgada de un espesor comprendido entre 6 y 200 \mum, y preferentemente entre 6 y 50 \mum, en aleación de composición (% en peso):

Si: 1,0-1,5, Fe: 1,0-1,5, Cu <0,2, Mn <0,1 otros elementos<0,05 cada uno y <0,15 en total, resto Al, con preferentemente la condición Si/Fe \geq 0,95,

presentando en estado recocido una resistencia a la rotura R_{m} >110 MPa para los espesores >9 \mum, y >100 Mpa para los espesores de 6 a 9 \mum. La hoja delgada tiene, preferentemente un límite de elasticidad R_{0,2} (medida en probetas cizalladas) >70 MPa. El alargamiento a la rotura es superior a los valores siguientes en función del espesor de la
hoja:

1

La aleación presenta, preferentemente, un contenido de sílicio comprendido entre 1,1 y 1,3% y un contenido de hierro comprendido entre 1,0 y 1,2%.

La invención tiene asimismo por objeto un procedimiento de fabricación de bandas delgadas de un espesor inferior a 200 \mum en aleación Al-Fe-Si de composición (% en peso):

Si: 1,0-1,5, Fe: 1,0-1,5, Cu<0,2, Mn<0,1 otros elementos <0,05 cada uno y <0,15 en total, resto Al, con preferencia la condición Si/Fe \geq0,95,

que comprende la preparación de una primera banda, o bien por colada semicontínua vertical de una placa y laminado en caliente, o bien por colada continua seguida eventualmente de un laminado en caliente, un laminado en frío de esta primera banda hasta el espesor final con eventualmente un recocido intermedio de 2 a 20 h a una temperatura comprendida entre 250 y 350ºC, y preferentemente entre 280 y 340ºC, y un recocido final a una temperatura comprendida entre 200 y 370ºC.

Descripción de la invención

Las hojas o bandas delgadas según la invención son fabricadas a partir de aleaciones 8000 AlSiFe prácticamente exentas de manganeso, con un contenido típicamente inferior a 0,1%. Los contenidos de hierro y de silicio son significativamente más elevados que los de las aleaciones 8011 y 8111, que son las aleaciones AlSiFe para hojas delgadas sin manganeso utilizadas más corrientemente. Un campo de composición preferida es una aleación que contiene de 1,1 a 1,3% de silicio y de 1,0 a 1,2% de hierro.

Las aleaciones según la invención deben presentar preferentemente una composición tal que la proporción Si/Fe de los contenidos respectivos de silicio y hierro sea >0,95. Presentan en estado recocido (estado 0) una resistencia mecánica inhabitual para unas aleaciones de esta composición, con una resistencia a la rotura R_{m}>110 MPa, incluso 115MPa, para los espesores >9 \mum y >100 MPa para los espesores de 6 a 9 \mum, y un límite de elasticidad convencional a 0,2% R_{0,2} >70 MPa. Esta resistencia mecánica elevada no es obtenida en detrimento de la formabilidad, puesto que, con respecto a las aleaciones 8011 ó 8111, los alargamientos son al menos los mismos, y aumentan las presiones de reventado.

Estas propiedades mecánicas elevadas se obtienen tanto para bandas producidas a partir de placas obtenidas por colada semicontinua vertical convencional y laminadas en caliente, como para las bandas procedentes de colada en continuo, o bien entre correas ("belt casting"), o bien entre cilindros ("roll casting"). La colada continua entre correas es seguida también por un laminado en caliente.

Las bandas laminadas en caliente o brutas de colada en el caso de la colada continua entre cilindros son sometidas eventualmente a una homogeneización a baja temperatura (entre 450 y 500ºC) para reducir la segregación central que puede ser fuente de una reducción de la formabilidad al espesor final. Este tratamiento térmico a baja temperatura es suficiente para reabsorber las segregaciones centrales eventuales en estas aleaciones sin manganeso. Las bandas son laminadas a continuación en frío, o bien hasta el espesor final, o bien hasta un espesor intermedio comprendido entre 0,5 y 5 mm, en la que son sometidas a un recocido intermedio. Contrariamente a las aleaciones que contienen manganeso, es posible realizar este recocido intermedio a una temperatura relativamente baja, comprendida entre 250 y 350ºC, y preferentemente entre 280 y 340ºC, durante un tiempo superior a 2 h. Un campo de temperatura de este tipo, aunque está descrito en la literatura, en particular en la solicitud de patente WO 02/064848 mencionada más arriba, se sitúa por debajo del campo habitual que se sitúa por encima de los 400ºC.

El solicitante ha constatado que la aplicación a una aleación AlFeSi, más particularmente de una composición tal que Si/Fe \geq0,95, de tratamientos térmicos a baja temperatura, con la supresión eventual del recocido intermedio cuando es técnicamente posible, se obtenía una resistencia mecánica netamente mejorada, en al menos un 15% con respecto al recocido intermedio habitual. Se obtiene esta resistencia mecánica superior mejorando la formabilidad medida por la presión de reventado o la altura de bóveda según la norma ISO 2758.

El recocido final se realiza a una temperatura comprendida entre 200 y 370ºC para un tiempo comprendido entre 1 y 72 h. Las duraciones del recocido están condicionadas por la calidad del desengrasado de la hoja. Se obtiene después del recocido final una estructura de grano fino, con un tamaño medio del grano, medido por análisis de imágenes al microscopio electrónico de barrido, inferior a 3 \mum.

La conjunción de una homogeneización a baja temperatura o de una ausencia de homogeneización y de un recocido intermedio a baja temperatura o totalmente suprimido, además de sus ventajas económicas, se ha revelado favorable para la obtención de un tamaño fino de grano. El tamaño de grano se reduce aproximadamente en un 30% en comparación con los tratamientos térmicos a mayor temperatura, lo que conduce por lo tanto a un aumento de las características mecánicas R_{0,2} y R_{m} que, para pequeños espesores, están vinculadas al número de uniones de granos. Esta ganancia no se obtiene en detrimento del alargamiento, puesto que el aumento del número de granos en el espesor limita también el riesgo de dañado localizado en uno o dos granos únicos del espesor de la hoja.

Las hojas delgadas según la invención están particularmente adaptadas para las aplicaciones que necesitan a la vez una buena resistencia mecánica y una formabilidad elevada, como por ejemplo la fabricación de complejos multicapa, en particular para los opérculos de embalajes de productos frescos, las fundas de los tapones o de aluminio
doméstico.

Ejemplos Ejemplo 1

Con el objetivo de mostrar la influencia de la composición de la aleación, se han fabricado, en colada continua entre cilindros, dos bandas de un espesor de 6,1 mm en aleaciones A según la invención y B del tipo 8111, de composición (% en peso) indicada en la tabla 1:

TABLA 1

2

Las bandas han sido laminadas en frío hasta el espesor de 2 mm, y han sido sometidas a continuación a un recocido intermedio de 5 h a 320ºC. Las bandas han sido laminadas a continuación en frío en varias pasadas hasta un espesor final de 38 \mum. Seguidamente han sido sometidas a un recocido final de 40 h a 270ºC.

Se han medido en cada caso las características mecánicas: resistencia a la rotura R_{m} (en MPa), límite de elasticidad convencional a 0,2% R_{0,2} y alargamiento A (en %) según la norma NF-EN 546-2, así como la presión de reventado al aire Pe (en kPa) medida según la norma ISO 2758 y la altura de la bóveda Hd (en mm). Los resultados están indicados a la tabla 2:

TABLA 2

3

Se constata que, contrariamente a la aleación B del tipo 8111, la resistencia a la rotura de la banda en aleación A es ampliamente superior a 110 MPa, y el límite elástico superior a 70 MPa. Además, la presión de reventado y el alargamiento son también superiores, de tal manera que esta aleación es a la vez resistente y formable.

Ejemplo 2

Se ha colado en colada continua entre cilindros una banda en aleación A del ejemplo 1 de un espesor de 6,1 mm. La banda ha sido laminada a continuación en frío hasta el espesor de 2 mm. Una parte de la banda ha sido sometida a un recocido intermedio habitual para una aleación de este tipo de 5 h a 500ºC. La otra parte de la banda ha sido sometida a un recocido intermedio según la invención de 5 h a 320ºC. Las dos partes de la banda han sido laminadas a continuación en frío en varias pasadas hasta un espesor final de 10,5 \mum. Han sido sometidas a continuación a un recocido final de 40 h a 270ºC.

Se han medido las mismas propiedades que en el ejemplo 1, cuyos valores se indican en la tabla 3:

TABLA 3

4

Se constata que el descenso de la temperatura del recocido intermedio produce a la vez un aumento de la resistencia mecánica, del alargamiento, de la resistencia a reventado y de la formabilidad.

El tamaño medio del grano, medido mediante el análisis de imágenes con MEB, es de 3,6 \mum para el recocido a 470ºC, y de 2,3 \mum para el recocido a 320ºC. El aumento de las características mecánicas para el recocido a baja temperatura está por lo tanto ligado a una reducción del tamaño de los granos obtenida después del recocido final.

Claims

1. Hoja o banda delgada de un espesor comprendido entre 6 y 200 \mum, y preferentemente entre 6 y 50 \mum, en aleación de composición (% en peso):

Si: 1,0-1,5, Fe: 1,0-1,5, Cu <0,2, Mn <0,1 otros elementos <0,05 cada uno y <0,15 en total, resto Al, presentando en estado recocido una resistencia a la rotura R_{m} >110 MPa para los espesores >9 \mum y >100 MPa para los espesores de 6 a 9 \mum

2. Hoja o banda delgada según la reivindicación 1, caracterizada porque presenta en estado recocido una resistencia a la rotura R_{m} >115 MPa para los espesores >9 \mum.

3. Hoja o banda delgada según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque presenta en estado recocido un límite de elasticidad R_{0,2} >70 MPa.

4. Hoja o banda delgada según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque presenta un alargamiento a la rotura A en función del espesor:

5

5. Hoja o banda delgada según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la aleación presenta una composición tal que Si/Fe \geq 0,95.

6. Hoja o banda delgada según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la aleación presenta un contenido de silicio comprendido entre 1,1 y 1,3% y un contenido de hierro comprendido entre 1,0 y 1,2%.

7. Procedimiento de fabricación de bandas delgadas de un espesor inferior a 200 \mum en aleación Al-Fe-Si de composición (% en peso):

Si: 1,0-1,5, Fe: 1,0-1,5, Cu <0,2, Mn <0,1 otros elementos <0,05 cada uno y <0,15 en total, resto Al,

que comprende la preparación de una primera banda o bien por colada semicontinua vertical de una placa y laminado en caliente, o bien por colada continua eventualmente seguida de un laminado en caliente, el laminado en frío de esta primera banda hasta el espesor final con eventualmente un recocido intermedio a una temperatura comprendida entre 250 y 350ºC, y preferentemente entre 280 y 340ºC, y un recocido final a una temperatura comprendida entre 200 y 370ºC.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la aleación presenta una composición tal que Si/Fe \geq0,95.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque antes del laminado en frío, la primera banda es sometida a una homogeneización a una temperatura comprendida entre 450 y 500ºC.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la banda es preparada por colada continua entre cilindros.