CN105755333A - 一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于该板材所用成分的质量百分比含量(wt.％)为：Mg：4.5～5.0％、Mn：0.2～0.5％、Fe：≤0.35％、Zn：≤0.25％、Si：≤0.2％、Cu：≤0.15％、Cr：≤0.1％、不可避免杂质≤0.15％，余量为Al。其制备方法包括：按上述成分进行熔炼铸造，铣面，均匀化处理，热轧，冷轧率≥90％的冷轧以及烘烤得到成品板材。其中均匀化处理依照Mg含量及铸锭尺寸的不同分为单级均匀化处理和双级均匀化处理，制备的板材经表面涂装树脂，并在240?260℃烘烤20s～1min后，抗拉强度≥390MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥7％。
Description
技术领域
一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材及制备方法，涉及一种易拉罐薄型罐盖用铝合金及其板材，特别是易拉罐薄型罐盖用高强度5XXX系铝合金板材及制备方法。
背景技术
随着人们对环保节约意识的不断提高，同时为了降低成本，各饮料包装企业对罐盖料薄型化的需求是必然发展趋势。
5052、5182铝合金因其强度高、成型性好，被广泛用于罐盖产品的生产。5052合金主要用于非碳酸饮料盖和食品盖(三片罐)，如：八宝粥、椰奶、果汁等；5182合金由于较5052合金具有更高的强度，主要用于两片盖的生产，适用于碳酸饮料，如：啤酒、可乐、凉茶等有一定压力的产品。
目前，国内啤酒、可乐汽水饮料厂商为了降低成本已经开始大批量使用薄型易开盖。就罐盖铝材厚度而言，薄型5182罐盖铝材的厚度已从原有的0.24-0.27mm过渡到0.216-0.224mm。与0.24-0.27mm5182罐盖料相比，0.216-0.224mm厚度的薄型罐盖料对材料的性能要求更高，如罐盖料烘烤后的屈服强度由原来的295-340MPa提高至330-360MPa，同时，延伸率由原来的6％提高至7％。
目前，在0.216-0.224mm产品生产方面，其工艺难度大，其强度，延伸率与成品率难以保证，生产中的质量稳定性较差。
专利申请号为201210580629.9的专利申请公开了一种5182铝合金拉环料基材及其生产方法，该合金适合制造易拉罐拉环，烘烤态屈服强度未超过330MPa。
专利申请号为：201410706293.5的专利申请公开了一种易拉罐罐盖5182-H48铝合金带材及其生产方法。该合金也为易拉罐罐盖用铝材，但在权利要求书中没有提及合金烘烤态力学性能。其均匀化制度为540℃～560℃，保温时间8～10h，与本专利主张保护的单级与双级均匀化制度不同，且本专利中 主张的均匀化制度的特征为合金组织内含有一定体积与尺寸的对性能有利的针状AlFeMn相，这种相在该专利内也未提及。
上述专利提到的5182铝合金板用来作为易拉罐薄型罐盖用材料均未具备必须满足的特性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种厚度为0.216-0.224mm，抗拉强度≥390MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥7％的易拉罐薄型罐盖用铝合金板材及制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现的。
一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材，其特征在于其铝合金板材的质量百分含量为：Mg：4.5～5.0％、Mn：0.2～0.5％，Fe：≤0.35％、Zn：≤0.25％、Si：≤0.2％、Cu：≤0.15％、Cr：≤0.1％。余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免杂质总量≤0.15％。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材，其特征在于其铝合金板材厚度为0.216～0.224mm，240-260℃烘烤20s-1min后，抗拉强度≥390MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥7％。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材，其中合金成份中的Mg元素固溶强化效果强化合金性能，但Mg元素过多形成的Al-Mgβ相不但无法提高合金强度，反而降低合金延伸率，还容易在均匀化热处理中引发过烧，因此Mg元素的成分范围在4.5％～5.0％之间。
Fe、Mn：合金强化元素，并能与Al形成细小的金属间化合物，细化晶粒，利于冲压成形性能，并能在均匀化退火时形成针状的AlFeMn析出相，能够细化再结晶组织，提高合金性能。Fe、Mn含量不足，达不到需要的强度。Fe、Mn含量过多时，会形成粗大的金属间化合物，不利于板材的性能。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤包括：
(1)按所述的铝合金板成分配料，进行熔炼铸造；
(2)将熔炼铸造的铸锭进行铣面后，进行均匀化退火处理；
(3)均匀化退火处理后的铸锭进行热轧、冷轧；获得厚度范围为 0.216～0.224mm的冷轧板；
(4)将冷轧板经表面涂装树脂烘烤，获得成品板材。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其特征在于其步骤(2)进行均匀化退火处理过程是采用双级均匀化制度，其升温速率≤60℃/h，于440℃保温4h以上，再以≤20℃/h升温至530-550℃保温5～8h。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其特征在于其步骤(2)进行均匀化退火处理过程是采用单级均匀化制度，以≤30℃/h的升温速率升温至530～550℃保温5～8h；经上述均匀化处理后，合金内部分凝固时生成的第二相发生回溶，同时合金内析出长度≥3μm的针状AlFeMn相。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其步骤(3)其热轧过程终轧温度控制在300℃～330℃，得到完全再结晶的热轧板。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其步骤(3)其冷轧过程的冷轧总压下率应≥90％，冷轧板最终厚度范围为0.216～0.224mm。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其均匀化退火处理过程，当板材合金成份中Mg含量≥4.8％时，采用双级均匀化制度。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其均匀化退火处理过程，当板材合金成份中Mg含量在4.5％～4.8％时，采用单级均匀化制度。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材及制备方法，选择合金成份，针对不同Mg含量的铸锭制定了不同的均匀化退火工艺，通过控制均匀化退火工艺来控制合金的组织，进而提高合金的性能；通过控制冷轧率在90％以上，提高合金的加工硬化程度与晶粒细化程度，在烘烤后获得较好的力学性能。
附图说明
图1为本发明的实施例中样品5的不同均匀化处理后的扫描电子显微照片。
图2为本发明的实施例中样品6的不同均匀化处理后的扫描电子显微照片。
图3为本发明的实施例中样品1的不同均匀化处理后的扫描电子显微照片。
图4为本发明的实施例中样品2的不同均匀化处理后的扫描电子显微照片。
图5为本发明的实施例中样品3的不同均匀化处理后的扫描电子显微照片。
图6为本发明的实施例中样品4的不同均匀化处理后的扫描电子显微照片。
具体实施方式
一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材，板材厚度范围为0.216～0.224mm， 240-260℃烘烤20s-1min后，抗拉强度≥390MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥7％，其成分的质量百分含量为：Mg：4.5～5.0％、Mn：0.2～0.5％，Fe：≤0.35％、Zn：≤0.25％、Si：≤0.2％、Cu：≤0.15％、Cr：≤0.1％。余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免杂质总量≤0.15％。
Mg：Mg元素的固溶强化效果强化合金性能，但Mg元素过多形成的Al-Mgβ相不但无法提高合金强度，反而降低合金延伸率，还容易在均匀化热处理中引发过烧，因此Mg元素的成分范围在4.5～5.0％之间；
Fe、Mn：合金强化元素，并能与Al形成细小的金属间化合物，细化晶粒，利于冲压成形性能，并能在均匀化退火时形成针状的AlFeMn析出相，能够细化再结晶组织，提高合金性能。Fe、Mn含量不足，达不到需要的强度。Fe、Mn含量过多时，会形成粗大的金属间化合物，不利于板材的性能。
本发明的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，按所述成分进行熔炼铸造、铣面、均匀化处理、热轧、冷轧、烘烤，获得成品板材。
<熔炼铸造>
先将纯铝、各种中间合金按配比熔化，熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭。控制成分含量范围：Mg：4.5～5.0％、Mn：0.2～0.5％，Fe：≤0.35％、Zn：≤0.25％、Si：≤0.2％、Cu：≤0.15％、Cr：≤0.1％。余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免杂质总量≤0.15％。
<铣面>
用铣床将铸锭各表面的粗糙外皮铣去，防止其在轧制过程中成为裂纹源，同时也防止表面的粗晶层影响合金板材的性能。
<均匀化>
将铣面后的铸锭在箱式炉中进行均匀化，消除铸造应力，减弱铸锭内部的合金元素偏析；Mg含量≥4.8％的铸锭内，由于Mg含量较高或铸锭尺寸较大，心部冷却速度较慢，可能存在低熔点的Al-Mg相，应使用双级均匀化先回溶Al-Mg相，防止过烧。双级均匀化制度为升温速率≤60℃/h,于440℃保温4h以上，再以≤20℃/h升温至530-550℃保温5～8h；Mg含量在4.5％～4.8％的铸锭内存在Al-Mg相的可能性不大，可使用单级均匀化提高生产效率，单级均匀化制度为：以≤30℃/h的升温速率升温至530～550℃保温5～8h；经上述均匀化处理后，合 金内部分凝固时生成的第二相发生回溶，同时合金内析出长度≥3μm的针状AlFeMn相。该相在合金后续加工中破碎，能够促进热轧板再结晶，同时能够起到第二相强化的作用。因此析出一定尺寸与数量的针状AlFeMn相也是均匀化处理的目的之一。
<热轧>
对均匀化处理后的铸锭进行热轧；将热轧板冷轧到需要厚度，终轧温度控制在300℃～330℃，得到完全再结晶的热轧板。
<冷轧>
对热轧板进行冷轧，冷轧总压下率应≥90％，冷轧板最终厚度范围为0.216～0.224mm。若冷轧率低于90％，则会造成晶内位错密度不足，在之后的烘烤中影响板材的最终性能。
实施例
熔铸出成分为表1所给的合金，后续样品分类与加工工艺如表2所示。
表1合金成分(wt％)
| 合金 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Ni | Zn | Ti | Al |
| 合金1 | 0.10 | 0.218 | 0.093 | 0.367 | 4.61 | 0.019 | 0.005 | 0.008 | 0.016 | 余量 |
| 合金2 | 0.072 | 0.183 | 0.075 | 0.367 | 4.86 | 0.048 | 0.004 | 0.01 | 0.017 | 余量 |
| 合金3 | 0.081 | 0.208 | 0.088 | 0.371 | 4.36 | 0.030 | 0.004 | 0.01 | 0.012 | 余量 |
| 合金4 | 0.094 | 0.150 | 0.083 | 0.132 | 4.63 | 0.028 | 0.005 | 0.009 | 0.014 | 余量 |
表2加工工艺
经不同均匀化处理后的铸锭的扫描电子显微照片如图1-6所示。样品5内没有针状AlFeMn析出相，样品6内针状相尺寸小，体积分数少。实施例样品1、样品2、样品3和样品4的晶内，针状AlFeMn相析出数量多，尺寸也多在3μm以上，能够在后期的加工中提高合金的性能。对照例样品5与样品6内的针状相尺寸不足，说明该制度的均匀化处理效果不佳。
均匀化处理后，热轧至2.5～3mm，获得热轧板；将热轧板冷轧至0.220±0.004mm，获得冷轧率在91％～92％的冷轧板；对冷轧板进行249℃-20s或205℃-20min的烘烤，获得最终烘烤态板材。
表3样品的烘烤板材力学性能
对经过不同均匀化退火制度的烘烤态板材进行力学性能测试，结果如表3 所示。从表中可以看出，本发明通过控制合金成分、均匀化热处理工艺以及冷轧率，制备的实施例样品1、样品2、样品3及样品4合金板材，其各项指标均满足厚度为0.216-0.224mm，抗拉强度≥390MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥7％的易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的标准。对照例样品5与样品6由于均匀化温度偏低，针状AlFeMn相析出不足，抗拉强度与屈服强度均不符合本发明的指标要求。对照例样品7由于冷轧率偏低，晶粒细化不够导致细晶强化效果不足，屈服强度不符合本发明的指标要求。对照例样品8与样品9，Mg含量与Mn的含量低于本发明要求，合金板材固溶强化效果不足，屈服强度与抗拉强度不符合本发明的指标要求。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材，其特征在于其铝合金板材的质量百分含量为：Mg：4.5～5.0％、Mn：0.2～0.5％，Fe：≤0.35％、Zn：≤0.25％、Si：≤0.2％、Cu：≤0.15％、Cr：≤0.1％。余量为Al和不可避免的杂质，且不可避免杂质总量≤0.15％。
2.根据权利要求1所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材，其特征在于其铝合金板材厚度为0.216～0.224mm，240-260℃烘烤20s-1min后，抗拉强度≥390MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥7％。
3.根据权利要求1所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤包括：
(1)按所述的铝合金板成分配料，进行熔炼铸造；
(2)将熔炼铸造的铸锭进行铣面后，进行均匀化退火处理；
(3)均匀化退火处理后的铸锭进行热轧、冷轧；获得厚度范围为0.216～0.224mm的冷轧板；
(4)将冷轧板经表面涂装树脂烘烤，获得成品板材。
4.根据权利要求5所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其特征在于其步骤(2)进行均匀化退火处理过程是采用双级均匀化制度，其升温速率≤60℃/h，于440℃保温4h以上，再以≤20℃/h升温至530-550℃保温5～8h。
5.根据权利要求3所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其特征在于其步骤(2)进行均匀化退火处理过程是采用单级均匀化制度，以≤30℃/h的升温速率升温至530～550℃保温5～8h；经上述均匀化处理后，合金内部分凝固时生成的第二相发生回溶，同时合金内析出长度≥3μm的针状AlFeMn相。
6.根据权利要求3所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其步骤(3)其热轧过程终轧温度控制在300℃～330℃，得到完全再结晶的热轧板。
7.根据权利要求3所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其步骤(3)其冷轧过程的冷轧总压下率应≥90％，冷轧板最终厚度范围为0.216～0.224mm。
8.根据权利要求4所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其均匀化退火处理过程，当板材合金成份中Mg含量≥4.8％时，采用双级均匀化制度。
9.根据权利要求5所述的一种易拉罐薄型罐盖用铝合金板材的制备方法，其特征在于其均匀化退火处理过程，当板材合金成份中Mg含量在4.5％～4.8％时，采用单级均匀化制度。
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