ES2938204T3 - High-strength aluminum alloy sheet manufacturing process - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para producir una lámina de aleación de aluminio de alta resistencia a partir de un material de partida hecho de una aleación de aluminio con un contenido de Mg >= 6,2 %, en el que el material de partida se transforma en un material laminado con un espesor laminado en caliente dW en un proceso de laminación en caliente, realizándose posteriormente el proceso de laminación en caliente en un proceso de laminación en frío, el material de laminación se lamina hasta un espesor final d, teniendo lugar varias reducciones de paso en el proceso de laminación en caliente dentro de un laminado en caliente definido ventana de temperatura, con varias reducciones de paso que tienen lugar en el proceso de laminación en frío para la reducción de espesor en una ventana de temperatura de laminación en frío entre 20°C y 200°C. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The invention relates to a method for producing a high-strength aluminum alloy sheet from a starting material made of an aluminum alloy with a Mg content >= 6.2%, wherein the starting material is transformed into a rolled stock with a hot rolled thickness dW in a hot rolling process, the hot rolling process being subsequently carried out in a cold rolling process, the rolling stock is rolled to a final thickness d, having various step reductions take place in the hot rolling process within a defined hot rolling temperature window, with various step reductions taking place in the cold rolling process for thickness reduction in a rolling temperature window cold between 20°C and 200°C. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento de fabricación de una chapa de aleación de aluminio de alta resistenciaHigh-strength aluminum alloy sheet manufacturing process
La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una chapa de aleación de aluminio de alta resistencia a partir de un material de partida de una aleación de aluminio que tiene un contenido de magnesio mayor o igual al 6,2 %, en donde el material de partida se transforma en un proceso de laminación en caliente en un material laminado que tiene un espesor de laminación en caliente dW.The present invention relates to a process for manufacturing a high-strength aluminum alloy sheet from an aluminum alloy starting material having a magnesium content greater than or equal to 6.2%, wherein the material The starting material is processed in a hot rolling process into a rolled material having a hot rolling thickness dW.
Del documento WO 2005/080619 A1 se conoce un procedimiento para la fabricación de una chapa de aleación de aluminio de alta resistencia, en el que una aleación de aluminio con un contenido de magnesio del 10 % se lamina en un proceso de laminación en caliente hasta lograr la dimensión final deseada.From WO 2005/080619 A1 a process for the production of a high-strength aluminum alloy sheet is known, in which an aluminum alloy with a magnesium content of 10% is rolled in a hot rolling process to achieve the desired final dimension.
Las chapas de aluminio con un alto contenido de magnesio, que son especialmente adecuadas para su uso como chapas de carrocería de automóviles, resultan exigentes en el procesamiento por laminación debido a la elevada resistencia básica del material de partida. En particular, resulta difícil conseguir un mayor aumento deseado de los valores de resistencia mecánica en el proceso de laminación.Aluminum sheets with a high magnesium content, which are particularly suitable for use as car body sheets, are demanding in rolling processing due to the high basic strength of the starting material. In particular, it is difficult to achieve a higher desired increase in strength values in the rolling process.
En el procedimiento "en línea" conocido, el material de partida para el proceso de laminación en caliente se produce en un procedimiento de colada continua, en el que el material de partida tiene un espesor de 8 mm, que se reduce a una dimensión final de 0,9 mm con una reducción del espesor de la pasada. Para alcanzar valores de resistencia suficientes, en el proceso conocido es necesario llevar a cabo un recocido de recristalización con posterior enfriamiento tras el proceso de laminación en caliente para poder alcanzar valores de resistencia con un límite elástico de unos 220 MPa y un límite de rotura de unos 400 MPa.In the known "in-line" process, the starting material for the hot rolling process is produced in a continuous casting process, where the starting material has a thickness of 8 mm, which is reduced to a final dimension 0.9 mm with a reduction in the thickness of the pass. In order to achieve sufficient strength values, in the known process it is necessary to carry out a recrystallization annealing with subsequent cooling after the hot rolling process in order to achieve strength values with a yield strength of about 220 MPa and a breaking strength of about 400 MPa.
El procedimiento descrito en el documento WO 2005/080619 A1 está destinado a sustituir los procedimientos de laminación conocidos en los que, partiendo de un material de partida formado como llantón, se lleva a cabo primero un proceso de laminación en caliente en el que el material de partida se reduce a un espesor adecuado para el proceso de laminación en frío subsiguiente y la dimensión final deseada de la chapa se produce posteriormente en el proceso de laminación en frío.The process described in document WO 2005/080619 A1 is intended to replace the known rolling processes in which, starting from a starting material formed as plantain, a hot rolling process is first carried out in which the material The starting sheet is reduced to a suitable thickness for the subsequent cold rolling process and the desired final dimension of the sheet is produced later in the cold rolling process.
La desventaja de este procedimiento de "dos etapas", es decir, un procedimiento que presenta un proceso de laminación en caliente seguido de un proceso de laminación en frío, es que se requiere un recocido intermedio entre el proceso de laminación en caliente y el proceso de laminación en frío y, además, a menudo se requiere un tratamiento térmico posterior para obtener chapas de la calidad deseada.The disadvantage of this "two-stage" process, ie a process featuring a hot rolling process followed by a cold rolling process, is that intermediate annealing is required between the hot rolling process and the cold rolling process. of cold rolling and, in addition, a subsequent heat treatment is often required to obtain plates of the desired quality.
En comparación con el procedimiento de "dos pasos", se considera que el procedimiento en línea descrito tiene la ventaja particular de un corto tiempo de producción para la fabricación de chapas, especialmente chapas de aleación de aluminio de alta resistencia con un alto contenido de magnesio.Compared to the "two-step" process, the described in-line process is considered to have the particular advantage of a short production time for the manufacture of sheets, especially high-strength aluminum alloy sheets with a high magnesium content. .
Del documento WO 2018/025769 A1 se conoce un procedimiento para la fabricación de una chapa de aleación de aluminio de alta resistencia, en el que el material de partida se transforma en un proceso de laminado en caliente, en el que, tras el proceso de laminado en caliente, en un proceso de laminado en frío, tienen lugar una pluralidad reducciones del espesor de la pasada consecutivas sin recocido intermedio.From document WO 2018/025769 A1 a process for the production of a high-strength aluminum alloy sheet is known, in which the starting material is processed in a hot rolling process, in which, after the Hot Rolling In a cold rolling process, a plurality of consecutive pass thickness reductions take place without interannealing.
El documento EP 0599 696 A1 también divulga un procedimiento para la fabricación de una chapa de aleación de aluminio de alta resistencia, en el que, tras un proceso de laminación en caliente, se llevan a cabo varias reducciones del espesor de la pasada consecutivas en un proceso de laminación en frío.Document EP 0599 696 A1 also discloses a process for the manufacture of a high-strength aluminum alloy sheet, in which, after a hot rolling process, several consecutive thickness reductions are carried out in a cold rolling process.
La presente invención se basa en el objetivo de proponer un procedimiento para la fabricación de chapas de aleación de aluminio a partir de una aleación de aluminio de alta resistencia, que por una parte permita tiempos de producción más cortos y que, por otra parte, también la fabricación de chapas de aluminio con altos valores de resistencia mecánica.The present invention is based on the objective of proposing a process for the manufacture of aluminum alloy sheets from a high-strength aluminum alloy, which on the one hand allows shorter production times and, on the other hand, also the manufacture of aluminum sheets with high values of mechanical resistance.
Para conseguir este objetivo, el procedimiento según la invención presenta las características de la reivindicación 1. To achieve this objective, the method according to the invention has the characteristics of claim 1.
A diferencia del procedimiento usado para la fabricación de una chapa de aleación de aluminio de alta resistencia con un alto contenido de magnesio en un proceso en línea tal como se describe en el documento WO 2005/080619 A1, el cumplimiento de las ventanas de temperatura definidas para el proceso de laminación en caliente y el proceso de laminación en frío permite usar el proceso de laminación en "dos etapas" también para la fabricación de chapas de aluminio con un alto contenido de magnesio, de tal modo que no se tenga que prescindir del endurecimiento por deformación que tiene lugar en el proceso de laminación en frío y que tiene un efecto positivo sobre la resistencia mecánica de la chapa de aluminio, a fin de permitir la fabricación de chapas de aluminio en un tiempo de producción comparativamente corto. Unlike the procedure used for the manufacture of high-strength aluminum alloy sheet with a high magnesium content in an on-line process as described in WO 2005/080619 A1, compliance with defined temperature windows for the hot rolling process and the cold rolling process allows the "two-stage" rolling process to be used also for the production of aluminum sheets with a high magnesium content, in such a way that one does not have to do without the strain hardening which takes place in the cold rolling process and which has a positive effect on the mechanical strength of the aluminum sheet, in order to enable the manufacture of aluminum sheets in a comparatively short production time.
Debido a la ventana de temperatura según la invención, el recocido intermedio resulta por un lado superfluo, y por otro lado, a pesar del alto contenido de magnesio, se consigue el endurecimiento por deformación sin que ello vaya acompañado de efectos reductores de la calidad, tales como la formación de grietas en los bordes, o que éstos se produzcan al menos en menor medida.Due to the temperature window according to the invention, intermediate annealing is on the one hand superfluous, and on the other hand, despite the high magnesium content, strain hardening is achieved without this being accompanied by quality-reducing effects, such as the formation of cracks at the edges, or that these occur at least to a lesser extent.
En consecuencia, el procedimiento según la invención permite fabricar chapas de aleación de aluminio de alta resistencia, es decir, en particular chapas cuyo material presenta un contenido de magnesio igual o superior al 6,2 %, sin tener que prescindir del endurecimiento por deformación conseguido por el procedimiento de laminación en frío, que tiene un efecto positivo sobre los valores de resistencia mecánica del producto final.Consequently, the process according to the invention makes it possible to manufacture high-strength aluminum alloy sheets, that is to say, in particular sheets whose material has a magnesium content equal to or greater than 6.2%, without having to dispense with the strain hardening achieved. by the cold rolling procedure, which has a positive effect on the mechanical resistance values of the final product.
Este efecto ventajoso es posible, en particular, por el hecho de que en el proceso de laminación en caliente, dentro de una ventana de temperatura de laminación en caliente, tienen lugar varias reducciones del espesor de la pasada de tal manera que la AT entre la temperatura de entrada y la temperatura de salida del proceso de laminación en caliente es inferior a 120 °C, siendo la temperatura de entrada inferior a 500 °C.This advantageous effect is made possible in particular by the fact that in the hot rolling process, within a hot rolling temperature window, several pass thickness reductions take place in such a way that the AT between the Inlet temperature and outlet temperature of the hot rolling process is less than 120°C, with the inlet temperature being less than 500°C.
Según la invención, en el proceso de laminación en frío tienen lugar varias reducciones del espesor de la pasada en una ventana de temperatura de laminación en frío para la reducción de espesor de entre 20 °C y 200 °C. Preferentemente, el AT de calentamiento entre la temperatura de entrada del material de laminación y la temperatura de salida del material de laminación es inferior a 120 °C, siendo la temperatura de entrada inferior a 50 °C.According to the invention, in the cold rolling process, several pass thickness reductions take place in a cold rolling temperature window for thickness reduction of between 20°C and 200°C. Preferably, the heating AT between the inlet temperature of the lamination material and the outlet temperature of the lamination material is less than 120°C, the inlet temperature being less than 50°C.
Según la invención, el proceso de laminación en frío se lleva a cabo con una aplicación de cizallamiento adicional sobre el material laminado, en la que las fuerzas de cizallamiento se determinan mediante cálculo en función de la fuerza de laminación y sirven como valor orientativo para el control del proceso.According to the invention, the cold rolling process is carried out with additional shearing applied to the rolled material, in which the shearing forces are determined by calculation as a function of the rolling force and serve as a guide value for the process control.
En este contexto, se ha demostrado que resulta particularmente ventajoso en relación con el procedimiento según la invención si el proceso de laminado en frío tiene lugar en una caja de laminación asimétrica, en la que los rodillos de trabajo opuestos que definen el hueco entre rodillos por su espaciado tienen un diámetro diferente. Esto da lugar a diferentes velocidades circunferenciales en la zona de contacto de los rodillos de trabajo con el material laminado, de tal modo que, además de la fuerza de tracción de la banda aplicada sobre el material laminado a través de un devanador, se genera una distribución asimétrica de la fuerza de empuje en el material laminado en la zona de la separación entre rodillos. De este modo, se pueden reducir las fuerzas de laminación o el momento de laminación que se aplican sobre el material de laminación, en particular a través de la caja de laminación, es decir, los rodillos de trabajo, lo que a su vez tiene un efecto positivo en el dimensionamiento de la caja de laminación.In this context, it has proven to be particularly advantageous in connection with the method according to the invention if the cold rolling process takes place in an asymmetrical mill stand, in which the opposing work rolls defining the inter-roll gap by their spacing have a different diameter. This results in different circumferential speeds in the area of contact of the work rolls with the laminated material, in such a way that, in addition to the tensile force of the strip applied to the laminated material through a decoiler, a asymmetrical distribution of the thrust force in the rolled material in the area of the gap between rollers. In this way, the rolling forces or rolling moment applied to the rolling stock, in particular via the rolling stand, i.e. the work rolls, can be reduced, which in turn has a positive effect on the dimensioning of the rolling stand.
En los ensayos llevados a cabo con respecto al procedimiento según la invención, se ha demostrado que el nivel de la temperatura de entrada de laminación en caliente es de particular importancia en función del contenido de magnesio del material de partida, por lo que se ha encontrado que resulta particularmente ventajoso si, en el caso de un material de partida con un contenido de magnesio del 6,2 % a menos del 7 %, la temperatura de entrada de laminación en caliente se selecciona para que sea inferior a 460 °C y la temperatura de salida de laminación en caliente se selecciona para que sea superior a 350 °C. Preferentemente, la temperatura de entrada de laminación en caliente es inferior a 440 °C y la temperatura de salida de laminación en caliente es superior a 400 °C.In the tests carried out with respect to the process according to the invention, it has been shown that the level of the hot rolling entry temperature is of particular importance as a function of the magnesium content of the starting material, for which reason it has been found which is particularly advantageous if, in the case of a starting material with a magnesium content of 6.2 to less than 7%, the hot rolling entry temperature is selected to be less than 460 °C and the hot rolling exit temperature is selected to be higher than 350°C. Preferably, the hot rolling inlet temperature is less than 440°C and the hot rolling outlet temperature is higher than 400°C.
Por otra parte, para un material de partida con un contenido de magnesio superior o igual al 7 % pero inferior al 8 %, resulta ventajoso que la temperatura de entrada de laminación en caliente sea inferior a 440 °C y que la temperatura de salida de laminación en caliente sea superior a 350 °C. Preferentemente, la temperatura de entrada de laminación en caliente es inferior a 420 °C y la temperatura de salida de laminación en caliente es superior a 380 °C.On the other hand, for a starting material with a magnesium content greater than or equal to 7% but less than 8%, it is advantageous that the hot rolling inlet temperature is less than 440 °C and that the hot rolling outlet temperature hot rolling is higher than 350 °C. Preferably, the hot rolling inlet temperature is less than 420°C and the hot rolling outlet temperature is higher than 380°C.
Si la temperatura de entrada de laminación en caliente es inferior a 420 °C y la temperatura de salida de laminación en caliente es superior a 350 °C, se pueden obtener resultados particularmente buenos con respecto a los valores de resistencia mecánica y a la conformabilidad del producto final para un material de partida con un contenido de magnesio superior o igual al 8 % e inferior al 9 % en combinación con la etapa de laminación en frío realizada según la invención. Preferentemente, la temperatura de entrada de laminación en caliente es inferior a 410 °C y la temperatura de salida de laminación en caliente es superior a 360 °C.If the hot rolling inlet temperature is less than 420 °C and the hot rolling outlet temperature is higher than 350 °C, particularly good results can be obtained with regard to mechanical strength values and product formability. for a starting material with a magnesium content greater than or equal to 8% and less than 9% in combination with the cold rolling step carried out according to the invention. Preferably, the hot rolling inlet temperature is less than 410°C and the hot rolling outlet temperature is higher than 360°C.
Para un material de partida con un contenido de magnesio superior o igual al 9 %, es ventajoso que la temperatura de entrada de laminación en caliente sea inferior a 400 °C y que la temperatura de salida de laminación en caliente sea superior a 350 °C. Preferentemente, la temperatura de entrada de laminación en caliente es inferior a 390 °C y la temperatura de salida de laminación en caliente es superior a 360 °C.For a starting material with a magnesium content greater than or equal to 9%, it is advantageous if the hot rolling inlet temperature is lower than 400 °C and the hot rolling outlet temperature is higher than 350 °C . Preferably, the hot rolling inlet temperature is less than 390°C and the hot rolling outlet temperature is higher than 360°C.
Se pueden conseguir resultados especialmente buenos en cuanto a los valores de resistencia mecánica o la conformabilidad (alargamiento) del producto final si al menos una de varias reducciones del espesor de la pasada realizadas en el proceso de laminación en frío se lleva a cabo con un ATpasada entre la temperatura de entrada del material laminado y la temperatura de salida del material laminado inferior a 20 °C. Particularly good results in terms of strength values or formability (elongation) of the final product can be achieved if at least one of several pass thickness reductions performed in the cold rolling process is carried out with an ATpass. between the inlet temperature of the laminated material and the outlet temperature of the laminated material less than 20 °C.
En particular, si la ATpasada entre la temperatura de entrada del material de laminación y la temperatura de salida del material de laminación es inferior a 10 °C, se produce una reducción del espesor de la pasada cuasi isotérmica. En cualquier caso, resulta ventajoso que la temperatura de entrada del material de laminación sea superior a 80 °C e inferior a 120 °C.In particular, if the ATpass between the inlet temperature of the rolling stock and the outlet temperature of the rolling stock is less than 10 °C, a reduction in the thickness of the quasi-isothermal pass occurs. In any case, it is advantageous if the inlet temperature of the lamination material is higher than 80°C and lower than 120°C.
Es ventajoso si, para reducir la fuerza de laminación o el momento de laminación requeridos, la fuerza de tracción de la banda aplicada al material laminado por un devanador se selecciona en función del espesor de entrada del material laminado en el soporte de laminación en frío.It is advantageous if, in order to reduce the required rolling force or rolling moment, the strip tensile force applied to the rolled material by a decoiler is selected based on the input thickness of the rolled material into the cold rolling stand.
Preferentemente, la fuerza de tracción de la banda se determina mediante cálculo en función de los datos del material laminado y sirve como valor guía del control del proceso.Preferably, the strip tensile force is determined by calculation based on the data of the rolled material and serves as a guide value for process control.
A continuación, se explicará la invención mediante un ejemplo de realización, en el que se seleccionó como material de partida una aleación de aluminio con un contenido de manganeso del 6,5 %, que por lo demás corresponde en cuanto a su composición a la aleación descrita en el documento EP 2677049 A1.In the following, the invention will be explained by means of an exemplary embodiment, in which an aluminum alloy with a manganese content of 6.5% was selected as starting material, which otherwise corresponds in composition to the alloy described in the document EP 2677049 A1.
En el ensayo, el material de partida fue un llantón de la aleación AlMg 6,5 mencionada anteriormente con un espesor de 325 mm laminado hasta lograr un espesor de laminación en caliente de 6 mm, en donde la reducción del espesor de 325 mm a 6 mm se llevó a cabo en 23 pasadas, la temperatura de entrada del material laminado fue de 480 °C y la temperatura de salida del material laminado al final de la etapa de laminación en caliente fue de 378 °C. El grado de laminación en caliente $m alcanzado fue de 3,9.In the test, the starting material was a plantain of the aforementioned AlMg 6.5 alloy with a thickness of 325 mm rolled to a hot rolling thickness of 6 mm, where the reduction of the thickness from 325 mm to 6 mm was carried out in 23 passes, the inlet temperature of the rolled material was 480 °C and the outlet temperature of the rolled material at the end of the hot rolling stage was 378 °C. The hot rolling degree $m achieved was 3.9.
Después de enfriar a temperatura ambiente, la etapa de laminación en frío se lleva a cabo con un total de 6 pasadas, por lo que, partiendo de la temperatura de entrada Te = 20 °C, se ha alcanzado una temperatura de salida Ts = 154 °C al final de las etapas de laminación en frío llevadas a cabo inmediatamente una tras otra. El grado de transformación $ alcanzado al reducir el grosor de 6 mm a 1 mm de grosor final fue de 1,8.After cooling to room temperature, the cold rolling stage is carried out with a total of 6 passes, so that, starting from the inlet temperature Te = 20 °C, an outlet temperature Ts = 154 has been reached. °C at the end of the cold rolling steps carried out immediately one after the other. The degree of transformation $ achieved by reducing the thickness from 6 mm to 1 mm of final thickness was 1.8.
Los valores de resistencia de la chapa de aluminio fabricada de este modo se determinan inmediatamente después de finalizar la laminación en frío y el enfriamiento de la chapa a temperatura ambiente. El resultado fue un límite de elasticidad de 465 MPa y un límite de rotura de 517 MPa para la chapa.The strength values of the aluminum sheet produced in this way are determined immediately after completion of cold rolling and cooling of the sheet to room temperature. The result was a yield point of 465 MPa and a breaking point of 517 MPa for the plate.
Estos altos valores de resistencia alcanzados mediante el endurecimiento por transformación hacen posible que ya se pueda alcanzar una resistencia suficiente para la aplicación correspondiente de la chapa de aluminio producida a grados de conformación muy inferiores, de tal modo que se disponga de un alargamiento residual suficiente para una técnica de conformación posterior, es decir, por ejemplo, un proceso de embutición profunda, sin que exista o al menos se reduzca considerablemente el riesgo de aparición de defectos o grietas en el material de la chapa. Esta propiedad ventajosa de la chapa de aluminio fabricada de este modo se puede usar, en particular, en la fabricación de carcasas o de piezas de carrocería de automóviles a partir de una chapa de aluminio de alta resistencia.These high strength values achieved by work hardening make it possible for aluminum sheet produced at much lower forming grades to achieve sufficient strength already for the corresponding application, so that sufficient residual elongation is available for a subsequent forming technique, that is to say, for example, a deep-drawing process, without there being or at least considerably reducing the risk of defects or cracks appearing in the sheet material. This advantageous property of the aluminum sheet produced in this way can be used, in particular, in the production of housings or automotive body parts from high-strength aluminum sheet.
En otro ejemplo de realización, tras la etapa de laminación en caliente realizada como se ha indicado anteriormente, se llevó a cabo de manera modificada la etapa de laminación en frío con una reducción del espesor de 6 mm a 1 mm de tal manera que las 4 primeras pasadas, partiendo de una temperatura de entrada Te = 20 °C, se realizaron inmediatamente una tras otra, en donde al final de la cuarta pasada se alcanzó una temperatura de salida Ts de 150 °C y posteriormente se interrumpió la fase de laminación en frío durante 1 hora y 45 minutos para enfriar el material laminado a una temperatura Te = 108 °C, con el fin de realizar únicamente a continuación las dos pasadas siguientes hasta la reducción del espesor a 1 mm con una temperatura final de Te = 112 °C.In another exemplary embodiment, after the hot rolling stage carried out as indicated above, the cold rolling stage was carried out in a modified manner with a reduction in thickness from 6 mm to 1 mm in such a way that the 4 The first passes, starting from an inlet temperature T e = 20 °C, were carried out immediately one after the other, where at the end of the fourth pass an outlet temperature Ts of 150 °C was reached and subsequently the rolling phase was interrupted cold for 1 hour and 45 minutes to cool the laminated material to a temperature Te = 108 °C, in order to carry out only the following two passes until the thickness is reduced to 1 mm with a final temperature of Te = 112 °C
El ensayo de material realizado posteriormente tras enfriarse a temperatura ambiente dio como resultado un límite de elasticidad de 483 MPa y un límite de fractura de 536 MPa. Subsequent material testing after cooling to room temperature gave a yield strength of 483 MPa and a fracture strength of 536 MPa.
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