BR112014014956B1 - Método para produzir uma folha de aço para uma tampa de puxar - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR UM TOPO DE ANEL DE PUXAR E USO DE FOLHA DE AÇO DOTADA DE CAMADA PROTETORA PARA TOPO DE ANEL DE PUXAR. A presente invenção refere-se ao uso de uma folha de aço dotada de camada protetora para produzir um topo de anel de puxar ou uma lata que tem um topo de anel de puxar, onde a folha de aço é feita de aço sem liga ou de baixa liga que tem teor de carbono menor que 0,1% em peso e também um processo associado. O problema decorrente das folhas de aço conhecidas que têm uma camada protetora, a saber, fornecer uma folha de aço por meio da qual topos de anel de puxar que, para uma espessura de parede residual constante da linha de entalhe, têm uma força para rasgar inferior, pode ser produzido por meio do topo de anel de puxar, é resolvido através de a folha de aço ser tratada termicamente de maneira recristalizadora a uma taxa de aquecimento de mais de 75 K/s e após o tratamento de aquecimento recristalizador, resfriada a uma taxa de resfriamento de pelos menos 100 K/s e, então, revestida com a camada protetora.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método para produzir uma tampa de puxar de uma folha de aço dotada de uma camada protetora.
[0002] As latas que podem ser facilmente abertas sem o auxílio de ferramentas são muito populares para embalagem de alimentos e bebidas. Tais latas oferecem uma tampa de puxar que pode ser puxado para abrir ao longo de um entalhe no material da lata por meio de uma aba manualmente operável. Uma lata de bebida de metal com uma tampa de puxar que pode ser puxada para abrir ao longo de uma linha de entalhe por meio de uma aba de puxar é conhecida, por exemplo, do documento de n° EP 0 381 888-A.
[0003] Tais latas com uma tampa de puxar são usualmente produzidas a partir ou de folhas de alumínio ou uma folha de aço que é dotada de uma camada protetora resistente à corrosão. Devido aos custos mais baixos, as folhas de aço revestidas têm certas vantagens sobre o alumínio. Porém, determinou-se que os topos de anel de puxar de aço laminado exigem uma força mais alta para rasgar a tampa de puxar que os topos de anel de puxar de alumínio.
[0004] O documento de patente n° DE 35 12 687 C2 revela um método para produzir as folhas de aço para topos de lata facilmente abríveis, por meio do qual uma tampa de puxar pode ser produzido que torna possível abrir facilmente a lata sem reduzir excessivamente a espessura de parede de metal remanescente na região do entalhe. Para esse propósito, o documento de n° DE 35 12 687 C2 propõe o uso de um aço com um teor de carbono na faixa entre 0,01% em peso e 0,051% em peso e os constituintes ligantes silício em uma quantidade entre 0,01 e 0,02% em peso, o manganês em uma quantidade en- tre 0,32 e 0,35% em peso, o fósforo em uma quantidade entre 0,018 e 0,022% em peso e o alumínio em uma quantidade entre 0,07 e 0,09% em peso. O aço é inicialmente laminado a quente, então, recozido após uma etapa de laminação a frio e subsequentemente submetida a uma segunda etapa de laminação a frio. Após a laminação a frio, os aços são limpos, folheadas com estanho em um banho de estanho fundido e subsequentemente finalizados para a produção de uma tampa de puxar.
[0005] Outros métodos para produzir topos de anel de puxar a partir de folhas de aço são conhecidos no documento n° DE 20 10 631 e DE 42 40 373 A1, em que as linhas para uma pluralidade de topos de anel de puxar são inicialmente marcadas em uma placa de aço ou uma tira de aço e em que a placa pré-marcada ou a tira pré-marcada é, então, revestida com uma camada protetora e os topos de anel de puxar são subsequentemente estampados. Um revestimento de laca ou folheamento de estanho ou folheamento de cromo da folha de aço ou mesmo um filme de plástico que é laminado na placa ou na tira conforme proposto no documento de n° DE 42 40 373 A1, pode ser considerado como camada protetora. A camada protetora pode ser aplicada em um ou ambos os lados e fornece a tira de aço ou a folha de aço com uma estabilidade de alta corrosão de modo que as latas produzidas a partir da mesma possam ser usadas também para embalagem alimentos ou bebidas agressivas.
[0006] A invenção é baseada no objetivo de tornar disponível uma folha de aço para produzir topos de anel de puxar que, em espessura de parede residual constante da linha de entalhe, exigem uma força para rasgar inferior aos topos de anel de puxar de aço laminado conhecido da técnica anterior.
[0007] Esse objetivo é alcançado com o uso de uma folha de aço dotada de uma camada protetora para produzir os topos de anel de puxar, em que a folha de aço apresenta uma estrutura de múltiplas fases que compreende ferrita e pelo menos um dos constituintes estruturais martensita, bainita e/ou austenita residual, assim como com o método para produzir uma tampa de puxar, em que a folha de aço, ainda sem revestimento, é inicialmente recozida de uma maneira re- cristalizadora, aquecendo-se a folha de aço com indução eletromagnética a uma taxa de aquecimento de mais de 75 K/s, resfriada após o recozimento recristalizador a uma taxa de resfriamento de pelo menos 100 K/s e subsequentemente revestida com uma camada protetora.
[0008] A invenção propõe o uso de uma folha de aço dotada de uma camada protetora para a produção de uma tampa de puxar, em que a folha de aço é feita de um aço sem liga ou de baixa liga com um teor de carbono de menos de 0,1% em peso e anterior à aplicação da camada protetora, a folha de aço é submetida a um tratamento térmico, no qual a folha de aço é inicialmente recozida de uma maneira re- cristalizadora (e austenizadora) a uma taxa de aquecimento de mais de 75 K/s, preferencialmente mais de 200 K/s e subsequentemente resfriada a uma taxa de resfriamento de pelo menos 100 K/s. Após esse tratamento térmico, a folha de aço é revestida com uma camada protetora e, então, processada para a produção de topos de anel de puxar ou para a produção de latas com uma tampa de puxar de maneira convencional. Na descrição a seguir, o termo folha de aço se refere às placas ou tiras (particularmente tiras enroladas em bobinas) de aço.
[0009] O aço mais adequado para a produção dos topos de anel de puxar da invenção preferencialmente contém menos que 0,5% em peso, particularmente menos que 0,4% em peso, manganês, menos que 0,04% em peso, silício, menos que 0,1% em peso, alumínio e menos que 0,1% em peso, cromo. O aço pode conter adições de formação liga de boro e/ou nióbio e/ou titânio a fim de aumentar a resistência, em que a adição de boro preferencialmente repousa na faixa de 0,001 a 0,005% em peso e a adição de nióbio ou titânio preferencialmente repousa na faixa de 0,005 a 0,05% em peso.
[0010] Um tratamento térmico da folha de aço por meio da indução eletromagnética provou-se particularmente adequado para o recozi- mento recristalizador da folha de aço. Os testes comparativos tornaram possível demonstrar que as folhas de aço termo-tratadas por meio da indução eletromagnética alcançaram os melhores resulta com relação à força para rasgar, isto é, exigiram a força para rasgar mais baixa, na produção subsequente dos topos de anel de puxar. Em análises da folha de aço termo-tratada, demonstrou-se que, após o processo de resfriamento, as folhas de aço recozidas de uma maneira recristaliza- dora por meio da indução eletromagnética tiveram uma estrutura de múltiplas fases que compreende ferrita e pelo menos um dos constituintes estruturais martensita ou bainita. As folhas de aço tratadas de acordo com a invenção, em que pelo menos 80%, preferencialmente mais de 95%, do constituinte estrutural consiste em ferrita, martensita, bainita e/ou austenita residual, provaram ser materiais particularmente adequados para a produção de topos de anel de puxar facilmente abríveis.
[0011] O material de partida preferencial usado para transportar o método da invenção para produzir uma tampa de puxar é uma folha de delgada ou uma folha extradelgada laminada a frio, na qual as proporções de peso dos constituintes ligantes preferencialmente têm os se- guintes limites superiores: - C: 0,1%, - N: 0,02%, - Mn: 0,5%, - Si: 0,04%, - Al: 0,1%, - Cr: 0,1%, - P: 0,03%, - Cu: 0,1%, - Ni: 0,1%, - Sn: 0,04%, - Mo: 0,04%, - outros constituintes ligantes: 0,05%, - ferro remanescente.
[0012] Nesse contexto, o termo folha de delgada se refere a uma folha com uma espessura de menos de 3 mm e uma folha extradelga- da tem uma espessura de menos de 0,5 mm. Apesar de seu baixo teor de manganês, silício, alumínio e/ou cromo, os aços com as composições de liga citadas têm, após o tratamento térmico da invenção, uma resistência à tração muito alta de pelo menos 500 MPa e ao mesmo tempo um alto percentual de alongamento em fratura de mais de 6%, usualmente mais de 10%. Determinou-se surpreendentemente que após o tratamento térmico da invenção, as folhas de aço com tal composição são magnificamente adequadas para a produção de topos de anel de puxar facilmente abríveis que exigem forças para rasgar comparativamente baixas para abertura do topo.
[0013] Um exemplo de modalidade da invenção é descrito com mais detalhes abaixo com referência aos desenhos anexos. Nesses desenhos:
[0014] A Figura 1 mostra uma vista superior de uma tampa de puxar;
[0015] A Figura 2 mostra um corte através da tampa de puxar da Figura 1 ao longo da linha A-A;
[0016] A Figura 3 mostra esquematicamente uma curva típica das forças para rasgar exigidas para puxar para abrir uma tampa de puxar ao longo da linha de entalhe;
[0017] A Figura 4 mostra a dependência das forças para rasgar exigidas para puxar para abrir uma tampa de puxar na resistência à tração da folha de aço usada, e
[0018] A Figura 5 mostra esquematicamente uma curva de cozimento típica (temperatura T da folha de aço na dependência do tempo t em segundos) para o tratamento térmico recristalizador da folha de aço usada para a tampa de puxar da invenção.
[0019] As tiras de aço continuamente moldadas e laminadas a quente que foram enroladas em bobinas e consistiam em aços com a seguinte composição foram usadas para a produção de uma folha de aço a partir das quais os topos de anel de puxar podem ser produzidos de acordo com a invenção: - C: máx. 0,1%; - N: máx. 0,02%; - Mn: máx. 0,5%, preferencialmente menos que 0,4%; - Si: máx. 0,04%, preferencialmente menos que 0,02%; - Al: máx. 0,1%, preferencialmente menos que 0,05%; - Cr: máx. 0,1%, preferencialmente menos que 0,05%; - P: máx. 0,03%; - Cu: máx. 0,1%; - Ni: máx. 0,1%; - Sn: máx. 0,04%; - Mo: máx. 0,04%; - V: máx. 0,04%; - Ti: máx. 0,05%, preferencialmente menos que 0,02%; - Nb: máx. 0,05%, preferencialmente menos que 0,02%; - B: máx. 0,005%; - outros constituintes ligantes e impurezas: máx. 0,05%, - ferro remanescente.
[0020] As folhas de aço desse tipo foram inicialmente submetidas a uma redução de espessura de 50% a 96% sendo laminadas a frio para uma espessura final de cerca de 0,5 mm e subsequentemente recozidas de uma maneira recristalizadora por meio de aquecimento indutivo em um forno de indução.
[0021] Nesse caso, usou-se uma bobina de indução com uma potência de 50 kW em uma frequência de f = 200 kHz, por exemplo, para um tamanho de amostra de 20 x 30 [sic; nenhum unidade dada]. Uma curva de recozimento típica é ilustrada na Figura 5. De acordo com a curva de recozimento na Figura 5, a tira de aço foi aquecida para uma temperatura máxima Tmáx acima da temperatura Ai (T(Ai) ~ 725°C) dentro um tempo de aquecimento muito curto tA que tipicamente repousa entre aproximadamente 0,5 s e 10 s. A temperatura máxima Tmáx repousa acima da temperatura de transição de fase Tf da transição de fase ferromagnética (Tf ~ 770°C). A temperatura da tira de aço foi, então, mantida em um valor de temperatura acima da temperatura A1 por um período de recozimento tG de aproximadamente 0,75 a 1 segundo. Durante esse período de recozimento tG, a tira de aço, ligeiramente resfriou de sua temperatura máxima Tmáx, por exemplo, de 750°C para a temperatura A 1 (aproximadamente 725°C). Subsequentemente, a tira de aço foi resfriada para temperatura ambiente (aproximadamente 23°C) dentro um intervalo de resfriamento de aproximadamente 0,25 segundos por meio de um processo de resfriamento de fluido que pode ser executado, por exemplo, com o auxílio de um sistema de resfriamento a água ou um sistema de resfriamento a ar. Se assim exigido, uma etapa de laminação a frio adicional com uma redução de espessura de até 40% pode ser executada após o processo de resfriamento.
[0022] A folha de aço tratada dessa forma foi subsequentemente examinada com relação a sua resistência e seu percentual de alongamento em fratura. Os testes comparativos mostram que o percentual de alongamento em fratura foi em todas as instâncias mais alta que 6% e usualmente mais alta que 10% e que a resistência à tração equivaleu a pelo menos 500 MPa e em muitas instâncias excedeu mesmo 650 MPa.
[0023] O desbaste de cor de acordo com Klemm tornou possível confirmar que as folhas de aço tratadas de acordo com a invenção têm uma estrutura de liga que oferece ferrita como fase macia e martensita e, se aplicável, bainita como fase dura.
[0024] Determinou-se, ademais, em testes comparativos que os melhores resultados com relação à resistência e a ductilidade são alcançados se a taxa de aquecimento durante o recozimento indutivo de recristalização repousa entre 200 K/s e 1200 K/s e se a tira de aço re- cozida de uma maneira recristalizadora for subsequentemente resfriada a uma taxa de resfriamento de mais de 100 K/s. Com relação ao sistema de resfriamento, as taxas de resfriamento entre 350 K/s e 1000 K/s são vantajosas devido ao fato de que uma sistema de resfriamento a agua elaborado não é exigido nesse caso e o processo de resfriamento pode ser executado por meio de um gás refrigerante como ar. Porém, os melhores resultados com relação às propriedades de material foram alcançados através do uso de um sistema de resfriamento a agua com taxas de resfriamento em excesso de 1000 K/s.
[0025] A folha de aço da invenção é magnificamente adequada para uso como aço de embalagem. Por exemplo, os topos de anel de puxar para latas de alimento ou de bebida preservados com topos de anel de puxar podem ser produzidos a partir das folhas de aço termo- tratadas. Uma vez que os requisitos com relação à resistência à corrosão das embalagens são particularmente estritos na indústria alimentícia, é vantajoso fornecer a folha de aço produzida de acordo com a invenção com um revestimento metálico e resistente à corrosão, por exemplo, por meio de folheamento de estanho eletrolítico ou folhea- mento de cromo, após o tratamento térmico e, se aplicável, após uma etapa de laminação a frio decorrente. Porém, também pode se conceber usar outros processos de revestimento como, por exemplo, galvanização ou lacagem ou mesmo laminação em um a filme plástico. Nesse caso, o revestimento pode ser aplicado em um ou ambos os lados dependendo dos requisitos respectivos.
[0026] Com relação a sua resistência e ductilidade, a folha de aço usada para a da produção da invenção de topos de anel de puxar é comparável aos aços de fase dual conhecidos da indústria automobilística. Em comparação com os aços de fase dual conhecidos da indústria automobilística, porém, a folha de aço usada para produção da invenção de topos de anel de puxar é caracterizada, em particular, pelos custos de produção significativamente inferiores e a vantagem de que um aço com concentração de liga inferior e poucos constituintes ligantes é usado de modo que as contaminações dos alimentos embalados devido à difusão dos constituintes ligantes possam ser impedidas.
[0027] Os topos de anel de puxar para as latas de alimento ou bebida preservados foram produzidos a partir de tiras de aço ou de folhas de aço em forma de placa produzidas e termo-tratadas da maneira descrita acima. Subsequentemente, a tira de aço ou a placa de aço foi revestida com uma camada de superfície de protetora em um ou ambos os lados. A camada protetora pode ser aplicada, por exemplo, por meio de lacagem ou galvanização. A camada protetora pode consistir em um revestimento metálico, por exemplo de estanho ou cromo, que pode ser aplicada, por exemplo, com um processo de revestimento eletrolítico. Porém, também pode consistir em um ou mais revestimentos de laca ou de um filme plástico que é aplicado sobre a superfície da folha de aço em um ou ambos os lados por meio de um processo de laminação.
[0028] Após a aplicação da camada protetora, os topos foram estampados da folha de aço e marcados (isto é, dotados de uma linha de marca) a fim de obter um topo do tipo ilustrado nas Figuras 1 e 2.
[0029] O topo circular 1 ilustrado nas Figuras 1 e 2 compreende uma região de borda em flange 2 que serve para fixar o topo no corpo cilíndrico de uma lata por meio de junção de trava. A região de borda em flange 2 é unida através de uma região de transição anular 3 que essencialmente se estende de modo horizontal e é unida através de um corte 4 que é flexionado de modo vertical para baixo. O corte 4 termina em uma microesfera em formato de sulco 5 unida através de uma região central 6 que essencialmente se estende de modo horizontal. A região central 6 é circundada por uma linha de marca 7 que continuamente se estende sobre toda a circunferência. A linha de marca consiste em um entalhe de adelgaçamento de material que vantajosamente tem um corte transversal triangular ou trapezoidal com uma base de entalhe reta ou obliqua e com uma espessura de parede residual na faixa entre 50 e 100 μm. A linha de marca 7 serve para rasgar a tampa de puxar separando-se a região central 6 da região externa 2, 3, 4 do topo 1 ao longo da linha de marca 7.
[0030] Uma aba de puxar 8 com um anel de puxar 12 é fixa à região central 6 por meio de um rebite 9, em que o rebite é formado a partir do topo (isto é, extraído do material do topo). Uma depressão 10 é fornecida na região central 6 a fim de apoderar da aba de puxar 8. A aba de puxar 8 pode ser manualmente puxada para ciam em seu anel de puxar 12, em que a extremidade pontiaguda 11 da aba de puxar 8 que repousa oposta ao anel de puxar 12 perfura a linha de entalhe 7 a fim de produzir inicialmente uma fenda local na linha de entalhe. A linha de entalhe 7 é por fim aberta ao longo de toda a sua circunferência circular puxando-se no anel de puxar 12 da aba de puxar 8 de modo que a região central 6 da tampa de puxar é separada da região externa e uma abertura é exposta na tampa de puxar.
[0031] A Figura 3 mostra uma curva típica das forças supracitadas F (em Newtons) para rasgar todo uma tampa de puxar, em que as ditas forças são plotadas como uma função da distância para rasgar D ao longo da linha de entalhe. A força exigida para perfurar uma fenda local na linha de entalhe 7 quando a aba de puxar 8 for inicialmente elevada é referida como força de ruptura de marca ou força de abertura A ("ruptura de marca"). A força exigida para abrir completamente a linha de entalhe 7 puxando-se na aba de puxar 8 é referida como força rasgamento ou força de rasgamento de marca B ("rasgo de marca"). A fim de separar a região central 6 da região de borda externa, uma força referida como força para rasgar C ("rasgar") é por fim também exigida para expor completamente a abertura na tampa de puxar puxando-se a região central 6.
[0032] Até agora, assumiu-se que as forças exigidas para abrir uma tampa de puxar diminuem conforme a resistência à tração aumenta se a espessura de parede residual na região da linha de entalhe for constante. A Figura 4 mostra uma curva típica da força (máxima) de rasgamento de marca B ("rasgo de marca máximo") em dependência da resistência à tração da folha de aço usada para a produção da tampa de puxar para duas espessuras de parede residual diferentes SR (SR = 75 μm e SR = 60 μm) de uma cobertura com um diâmetro de 73 mm e uma espessura de folha de aço de 0,22 mm.
[0033] Durante o curso dos testes comparativos que foram executados com os topos de anel de puxar produzidos de acordo com a invenção, determinou-se que existe também outras variáveis influentes para as forças de rasgamento de marca. Por exemplo, a força de ras- gamento de marca também é altamente dependente do teor de carbono da folha de aço usado. Quanto mais inferior o teor de carbono da folha de aço usado, mais alto a força de rasgamento de marca exigida. Determinou-se, ademais, que as forças exigidas para abrir uma tampa de puxar, particularmente, a força de rasgamento de marca máxima, é inferior se uma folha de aço que foi termo-tratada de acordo com a invenção for usada para produzir a tampa de puxar. As folhas de aço usadas para produzir os topos de anel de puxar de acordo com a invenção têm uma estrutura de múltiplas fases que compreendem pelo menos martensita como fase de estrutura dura. Assume-se que essa fase martensitica dura inicia uma falha de material precoce quando a tampa de puxar for aberto e dessa maneira reduz significativamente as forças de rasgamento de marca. Em uma espessura de parede residual de 60 μm e uma resistência à tração da folha de aço usada de 500 MPa, os topos de anel de puxar produzidos de acordo com a invenção tiveram forças de rasgamento de marca máximas, por exemplo, na faixa de 40 N ou menos.
[0034] A invenção não é limitada ao exemplo de modalidade ilustrado nas Figuras, em que as ditas ilustrações foram meramente fornecidas para descrever a invenção em maior detalhe. A folha de aço proposta para produzir os topos de anel de puxar de acordo com a invenção é igualmente adequada para a produção dos topos de anel de puxar com um projeto diferente, assim como para a produção de latas com uma tampa de puxar. Por exemplo, também deve ser possível, consequentemente, produzir os topos de anel de puxar de acordo com a invenção em que a parte para rasgar não é completamente removida do topo, mas meramente empurrada para dentro do interior da lata com a aba de puxar. Ademais, os topos de anel de puxar podem também ter um formato diferente, por exemplo, um formato oval e a linha de entalhe pode ter de modo semelhante um formato diferente, por exemplo, um formato oval ou helicoidal ou espiral.

Claims (5)

1. Método para produzir uma folha de aço para uma tampa de puxar, onde a folha de aço é produzida através de laminação a frio de um aço sem liga ou de baixa liga com um teor de carbono de menos de 0,1% em peso, um teor de manganês de menos de 0,4% em peso, um teor de silício de menos de 0,04% em peso, um teor de alumínio de menos de 0,1% em peso e um teor de cromo de menos de 0,1% em peso, caracterizado pelo fato de que a folha de aço ainda sem revestimento é inicialmente recozida de uma maneira recristaliza- dora aquecendo-se a folha de aço com indução eletromagnética a uma taxa de aquecimento de mais de 75 K/s, resfriada após o recozimento recristalizador a uma taxa de resfriamento de pelo menos 100 K/s e subsequentemente revestida com uma camada protetora.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após o recozimento recristalizador e o processo de resfriamento, a folha de aço apresenta uma estrutura de múltiplas fases que compreende ferrita e pelo menos um dos constituintes estruturais martensita, bainita e/ou austenita residual.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após o recozimento recristalizador e o processo de resfriamento, a folha de aço é revestida com uma camada protetora de estanho, cromo, alumínio, zinco ou zinco/níquel.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a taxa de resfriamento na qual a folha de aço é resfriada após o recozimento recristalizador é mais alta que 500 K/s.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a folha de aço é feita de um aço de baixa liga com os seguintes limites superiores para as proporções de peso dos constituintes ligante: - N: 0,02%, Mn: 0,4%, Si: 0,04%, Al: 0,1%, Cr: 0,1%, P: 0,03%, Cu: 0,1%, Ni: 0,1%, Sn: 0,04%, Mo: 0,04%, V: 0,04%, Ti: 0,05%, preferencialmente menos que 0,02%, Nb: 0,05%, preferencialmente menos que 0,02%, B: 0,005%, e outros constituintes ligantes: 0,05%.
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