CN1009374B - 罐头桶体和桶盖铝合金薄板及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

生产罐头桶用铝合金板的方法。合金含Mn0.8～18，Si1～2，Mg0.7～3，Fe＜0.7，Cu＜0.5，Cr＜0.5(重量百分)，其余为Al。该方法包括将合金浇铸成厚4～20mm的带，于500～620℃加热2～20小时，再将带冷轧成最终厚度，其中还包括于500～600℃加热0.5～10分钟的中间步骤，然后在空气淬火。由于使用了单一合金，解决了使用后的罐头桶的金属回收问题。

Description

本发明涉及一种适于生产用于包装食品和碳酸饮料的罐头桶体和桶盖的铝合金薄板及其该金属板的制备工艺。

现今，铝合金已广泛用于生产包装固态或液态食品以及碳酸饮料的罐头桶。这类罐头桶包括两部分：与底面构成一整体的桶体，其侧面可经印刷或不经印刷，一带有易开系统的盖与桶体相连接，尤其是装碳酸饮料的罐头桶。桶盖一般用剪切方法，剪切一厚度为200um-400um的薄金属板而得到，具有相同厚度的桶体用冲压或冲压后接着再回火的方法制得。

应注意到，根据所装食品类型，用作桶体还是盖，所用成型方法，是否有易开系统以及印刷与否，薄金属板应具有适合于各种特殊要求的性能。

这样，易开盖应比其它类型的盖儿具有更高的机械强度，这样在使用时才不致于撕裂。需经印刷或回火的桶体应有一比较小的喇叭口（horns）以防止预印刷字母时或者安装桶盖时桶体上部变形。回火的桶体在与工具相接触时不应扭动以防造成明显划痕或断裂。

面对如此多的要求，工艺熟练的人就求助于用不同组成的合金生产的金属板。

如是，用于包装食品的罐头桶，一般使用：

-按铝联合会标准（Aluminium    Association    standards）标号为H28，厚度为230μm的5052合金制备印刷的桶体和盖儿，也就是说具有如下组成合金，按百分重量计：

Si0.25-Fe0.40-Cu0.10-Mn0.10-Mg2.2-2.8-Cr0.15-0.35-Zn0.10-其它0.15-其余为Al。

-对于印刷罐头桶，除标号为H₂₄外，所用金属板厚度相同，合金组成亦一样。

在用于碳酸饮料罐头桶的领域，一般使用：

-按铝联合会标准标号为H19，厚度为330μm的3004合金板经冲压-回火制备桶体。该合金组成如下，按百分重量计：

Si0.30-Fe0.7-Cu0.25-Mn1.0-1.5-Mg0.8-1.3-Zn0.25-其它元素0.15-其余的为Al。

-用于制桶盖的合金板是按铝联合会标准标号为H19厚度为300μm的5182合金，其组成如下，按百分重量计：

Si0.20-Fe0.35-Cu0.15-Mn0.20-0.50-Mg4.0-5.0-Cr0.10-Zn0.25-其它为0.15-其余的为Al。

从上述组成可知，尤其是在碳酸饮料罐头桶领域，盖和桶体的组成有很大区别，尤其是Mn和Mg的含量。因此制备它们就要求用不同的生产线，这也就增加了成本。并随之而来地带来旧罐头桶回收使用的困难：事实上，从罐头桶市场铝合金使用量持续增加的角度为，应考虑通过回收上述旧桶以代替报废的办法达到有效节省目的。然而，由于桶体不能与桶盖分离开，经济的回收方法是把整个桶重熔融。这样得到的合金组成就界于桶体和桶盖的组成之间，因此不得不把该合金分成两部分，而每一部 分通过加入纯的铝和合金元素使其标准化。因此，使用单一型号的合金对于循环使用显然更加有利。该合金会仍然满足下面不同方面对金属板的要求：装食品还是碳酸饮料，它们的形状即做桶体还是盖，制备方法即冲压法或是冲压-回火法，或其它某些特性如盖上的易开系统或适合于预印刷字母或纹饰的显色。

申请人已考虑到这一点，寻找到一合金组成，该合金通过浇铸使成带状然后选择一系列的合适成形和热处理工序制备成具有能经受各种应力特性的金属板。

当然，申请人不是用这种方法解决这一难题的第一个人。例如，应该提到的法国专利No2，432，556，该专利指出“一种通过冲压和回火适于制备罐头桶体和盖的铝合金带的生产方法，其特征如下：

（a）制备一熔融铝合金，其中除了通常的杂质外，含有作为主要组份的有0.4～1.0%的Mn和1.3～2.5%的Mg，Mg和Mn的总量为2.0～3.3%，Mg和Mn之比在1.4∶1～4.4∶1。

（b）用一金属带浇铸机将熔融合金连续浇铸成合金带。

（c）浇铸带以浇铸速度连续热轧使其减薄至少70%，热轧初始温度在300℃和合金凝固线温度之间。轧制终点温度至少在280℃。

（d）热轧后的带进行热卷，并在空气中静态冷却到环境温度。

（e）将冷却后的热轧带进行冷轧到最终厚度。

在本发明中，还包括金属带的浇铸，一种单一的合金和一种生产工艺用于罐头桶体和盖的生产，冷轧除外，因为桶盖需要更硬的金属带。

在此条件下，对于用于桶体的金属板所得到的金属板的机械性能，在0.2%时屈服应力（yield    stress）为250～310MPa，拉伸强度为260～320MPa，断裂拉伸为1～8%。而对于做桶盖的金属板的性能则分别为310～370MPa，320～380MPa，和1～5%。

本发明中，申请的人是在改进这些性能，尤其是用于做桶盖的金属板的性能。借助于高硅含量合金达到了上述目的，该合金组成按百分重量计为：0.8≤Mn≤1.8，1≤Si≤2，0.7≤Mg≤3，Fe＜0.5，Cu＜0.5，Cr＜0.5，其余的为Al。硅与Mg化合，硅含量越高越有利子Mg₂Si的形成，而Mg₂Si起增加硬度的作用。进一步说，Mn的平均量比以前专利中的高，可显著减少在桶体回火时造成的折皱现象。

本发明还涉及制备上述金属板的方法。该方法包括一系列与生产，成型，热处理有关的处理步骤，现说明如下：

（a）制备一熔融合金，该合金中除了通常的杂质外，作为主元素含有（百分重量）：0.8≤Mn≤1.8，1≤Si≤2，0.7≤Mg≤3，Fe＜0.7，Cu＜0.5，Cr＜0.5。

（b）上述合金连续浇铸成厚度为4～20mm的金属带。

（c）浇铸后的带加热到500～620℃，加热2～20小时。

（d）上述加热过的金属带冷轧成适中的厚度。

（e）上述较薄的金属带在500～600℃加热0.5～10分钟，然后空气中淬火。

（f）上述金属带冷轧成最终所需厚度。

因此，本方法包括制备具有一定组成的熔融体并浇铸成带，例如在一滚轧机中由于高冷却速度使大量Mg，Si和Mn保留在固体溶体中，使得后续的溶解更容易。该金属带厚度最好在6～12mm。

浇铸后，将带加热到500～620℃，加热2～20小时以使金属均相化。然后冷轧成适中厚度，冷轧后的带在500～600℃下加热0.5～10分钟使其溶解，然后在空气中淬火以得到性能比常规合金性能优越的合金。这一溶解处理最好在530～580℃处理1～2分钟。将该金属带轧成最终所要的厚度并且将该金属板在200～220℃加热5～15分钟以烘焙表膜（lacquer）。在100～250℃之间人工老化30分钟～2小时，使达溶解-淬火厚度和最终厚度之间的厚度。

这些处理可用于制备适合于生产上述所有类型罐头桶和盖的金属板。

应注意到，与法国专利No，2432556不同，所有轧制过程是冷轧，而溶解是在500～600℃下进行0.5～10分钟，而在法国专利中，部分轧制在加热下进行，溶解温度为350～500℃，最长溶解时间为90秒。

根据特殊需要制备金属板时，上述操作条件可以修改和引入补充处理步骤以使本方法优化。

本发明可以下面实施方案加以说明：

制备装碳酸饮料的罐头盖：

（a）具有下列组成的合金（按百分重量计）浇铸成7.5mm厚带：

Mg：0.80

Mn：1.08

Si：1.25

Fe：0.40

（b）上述带在540℃下加热6小时，

（c）将带冷轧成1.5mm厚，

（d）较薄的带560℃下加热5分钟并在空气中淬火，

（e）将带冷轧到0.33mm的最终厚度，

（f）在此条件下，所得金属板性能如下：

R0.2＝395MPa

Rm＝410MPa

A%＝4

这一结果比上述法国专利No.2432556中给出的R0.2＝370MPa和Rm＝380MPa有很大改进。

Claims (7)

1、一种适合于制备罐头桶和桶盖的铝合金薄板，其组成按百分重量计为：

0.8≤Mn≤1.8、

1≤Si≤2、

0.7≤Mg≤3、

余量为Al。

2、根据权利要求1的铝合金薄板，其组成按百分重量计还有：Fe＜0.7，Cu＜0.5，Cr＜0.5。

3、权利要求1或2的适合于制备罐头桶和桶盖的铝合金薄板的生产方法，该方法包括：

（a）制备熔融合金，该合金含有（重量%）：0.8≤Mn≤1.8，1≤Si≤2，0.7≤Mg≤3，Fe＜0.7，Cu＜0.5，Cr＜0.5，余量为Al;

（b）将上述熔融合金连续铸成厚度为4～20mm的金属带;

（c）浇铸带加热到500～620℃，加热2～20小时;

（d）加热过的带冷轧成适中间厚度;

（e）薄金属带在500～600℃加热0.5～10分钟，并在空气中淬火;

（f）将带冷轧成最终制成品厚度。

4、按权利要求3的方法，其中浇铸成厚度6～12mm的金属带。

5、按权利要求3的方法，其中薄金属带在530～580℃加热1～2分钟。

6、按权利要求3的方法，其中在两次冷轧之间于100～250℃下时效0.5～2小时。

7、按权利要求3的方法，其中最终金属板在200～220℃下加热5～15分钟。