DE2356701C3

DE2356701C3 - Weißblech und seine Verwendung zur Herstellung nahtloser Stahlbehälter

Info

Publication number: DE2356701C3
Application number: DE19732356701
Authority: DE
Inventors: Keiji Ariga; Tadashi Nemoto; Kenji Yasunaka
Original assignee: YOSHIZAKI KOZO TOKIO
Current assignee: YOSHIZAKI KOZO TOKIO
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1973-11-13
Publication date: 1979-06-28
Also published as: BE807091A; GB1436855A; AR196950A1; DE2356701B2; CA1007525A; AU6216473A; FR2206392A1; BR7308855D0; DE2356701A1; FR2206392B1; NL154793B; NL7315482A; IT1000147B

Description

Es ist bekannt, bei der Herstellung von Weißblech vor dem Aufbringen der Zinnschicht zunächst eine Schicht aus einem anderen Werkstoff auf das Eisen aufzubringen. Solche Zwischenschichten sollen bestimmte Eigenschaften des Weißblechs verbessern.

Beispielsweise ist in der DE-AS 11 23 536 ein Verfahren zur Herstellung feuerverzinnter Weißbleche oder -bänder für Konservendosen beschrieben. Dort wird in Spalte 1, Zeilen 31 bis 37, als Stand der Technik ein bekanntes Verfahren referiert, nach dem bei der Feuerverzinnung eine Metallzwischenschicht galvanisch aufgebracht wird, die gegenüber der Eisenunterlage das positive, jedoch gegenüber der Zinnschicht das negative Element darstellen soll. Durch diese Zwischenschicht soll ein erhöhter Korrosionsschutz erreicht werden.

Die GB-PS 7 63 065 betrifft Bleche, Platten oder Gegenstände aus Eisen, die mit einem Oberzug aus Nickel, Molybdän oder Kobalt und einer Schutzschicht aus Zink, Zinn oder Cadmium versehen sind. Diese Auflage dient dazu, ein nachfolgendes Feuerverzinnen. Streichen oder Löten zu erleichtern. In der Veröffentlichung J. Iron Steel Inst, Bd. 205 (1967) 11. Seiten 1126-1130 (ref. Chem, Zentralbl. 1968. Heft 47, Nr. 2378) ist die Wirkung einer elektrolytisch abgeschiedenen Nickelzwischenschicht auf die Legierungsschicht von Weißblech in bezug auf das Korrosionsverhalten beschrieben. Aus der GB-PS 4 57 780 ist ein Weißblech bekannt, bei dem zwischen dem Schwarzblechsubstrat und der Zinn-Deckschicht eine elektrolytisch aufgebrachte Schicht aus Kupfer. Nickel oder Kobalt angeordnet ist. Die Zwischenschicht ist in einer Auflage aufgetragen, die 0,1 bis 2.0 g/m² Blechoberfläche entspricht. Die zur Herstellung dieses bekannten Weißblechs angewandte Arbeitsweise zielt ausschließlich auf die Erzielung einer liochglänzenden oder gegebenenfalls auch mattierten Blechoberfläche ab. Aus der USPS 22 66 330 ist ein Weißblech bekannt, bei dem zwischen der Zinn-Deckschicht und dem Schwarzbiet h substrat eine dünne, aus Kupfer, Nickel, Chrom. Kobalt. Wolfram oder Eisen bestehende Zwischenschicht vorgesehen ist Die genannten Zwischenschichten werden auf elektrolytischem Wege aufgebracht, wonach eine Wärmebehandlung bei 1066⁰C in reduzierender .Atmosphäre vorgeschrieben ist. Auch diese Druckschrift beschäftigt sich lediglich mit wirtschaftlichen Gesichtspunkten bei der Herstellung Von Weißblech. Die Verwendung einer Kupfer-Zwischenschicht bei Weißblech ist auch aus der GB-PS 12 34 192 bekannt Dabei dient die genannte Zwischenschicht zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und zur Verringerung des Reibungskoeffizienten. Zur Herstellung eines derartigen Weißblechs findet eine 19stündige Vordiffusionsbehandlung bei 200°C statt, welcher eine weitere Wärmebehandlung bei 600° C folgt Aus der GB-PS 1124107 und der US-PS 3260580 sind Weißbleche bekannt, die zwischen der Zinn-Deckschicht und dem Schwarzblechsubstrat eine Zwischenschicht aus Nickel bzw. einer Nickel-Zinn-Verbindung aufweisen. Die genannten Zwischenschichten dienen zur Steigerung der Korrosionsbeständigkeit und haben eine Stärke, die 0,0045 bis 0,1469 g/m² entspricht Auch zur Herstellung dieses bekannten Weißblechs ist eine Wärmebehandlung bei 155 bis 282° C unerläßlich.

Die vorstehend aufgeführten Druckschriften, die Weißbleche mit Zwischenschichten zwischen dem Eisensubstrat und der Zinnschicht zum Gegenstand haben, beschäftigen sich also vorwiegend mit dem Korrosionüverhalten sowie mit Gesichtspunkten einer wirtschaftlichen Herstellung der Bleche. Nich* untersucht wurde dagegen bisher der Einfluß von Zwischenschichten auf die Verformbarkeit von Weißblech bei der Herstellung von nahtlosen Behältern.

Verfahren zur Herstellung nahtloser Behälter aus ebenen Rohlingen sind bekannt Bei einem dieser Verfahren wird zunächst das Werkstück mit einem Ziehstempel zu einem Napf tiefgezogen. Nach dem Tiefziehen wird der Napf im sogenannten Abstreckziehen durch eines oder mehrere Ziehgesenke geführt deren Innendurchmesser fortlaufend kleiner sind als der Außendurchmesser des Napfes.

Wie in der US-PS 33 60 157 beschrieben ist erfolgt beim Abstreckziehen eine Verringerung der Wandstärke eines tiefgezogenen Gegenstandes durch Verringerung des Ziehspahs zwischen Stempel und Matrize.

Beim Abstreckziehen wird die Seitenwand des Napfes durch Verringerung ihrer Wandstärke verlängert wobei jedoch der Innendurchmesser des Napfes nicht vermindert wird. Dies wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß man den Napf und den Stempel durch ein Ziehgesenk führt, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Außendurchmesser des Napfes, wodurch ein längerer, nahtloser, napfförmiger Behälter mit dünnerer Seitenwand erhalten wird.

Das Tiefziehen und Abstreckziehen wurde zur Herstellung nahtloser Behälter aus Aluminium verwendet, jedoch wurde auch Weißblech zur Herstellung nahtloser Behälter eingesetzt, weil sich durch die Gegenwart des Zinnauftrags das Stahlblech beim Tiefziehen und Abstreckziehen stärker verformen läßt, vgl. US-PS 33 60 157.

Technisch wird Weißblech dadurch hergestellt, daß man kontinuierlich Stahlblech bzw. Schwarzblech elektrolytisch verzinnt und anschließend den Zinnauftrag durch Aufschmelzen in einen blanken Zinnüberzug verwandelt. Das auf diese Weise hergestellte blanke Weißblech erfordert eine etwas größere Kraft beim

y, Abstreckziehen als Weißblech, bei dem der Zinnauftrag nicht nachträglich aufgeschmolzen wurde. Die erforderliche Kraft ist jedoch immer noch wesentlich geringer als im Falle von Schwarzblech.

Wie in der US-PS 33 60 157 beschrieben ist, eignet sich mattes Weißblech, bei dem der Zinnauftrag nicht nachträglich aufgeschmolzen wurde, besser zur Herstellung nahtloser Behälter durch Ziehen und Tiefziehen. Aus diesem Grund wird mattes Weißblech für diesen Zweck verwendet, es hat jedoch den Nächteil, daß beim Tiefziehen und Abstreckziehen noch Brüche im Schwallblech auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Weißblech zu schaffen, das sich zur Herstellung nahtloser

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Stahlbehälter eignet, das heißt, sich mit höherem Reduktionsgrad abstreckziehen und zu nahtlosen Stahlbehältern verformen läßt, als übliches Weißblech.

Diese Aufgabe wird durch den überraschenden Befund gelöst, daß durch das Aufbringen bestimmter Zwischenschichten zwischen dem Eisen und der Zinnschicht eine bedeutende Verbesserung der Tiefzieh- und Abstreckziehfähigkeit des Weißblechs erreicht wird.

Die Erfindung betrifft somit ein Weißblech mit wenigstens einer zwischen dem Schwarzblechsubstrat und der Zinn-Deckschicht angeordneten Zwischenschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwischenschicht aus Kobaltoxid, Kupferoxid, und/oder aus schwefelhaltigem Nickel in einer Menge von 0,01 bis 5 g/m² besteht

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des vorstehend beschriebenen Weißblechs zur Herstellung nahtloser Stahlbehälter. Dabei tritt beim Tiefziehen und Abstreckziehen, im Gegensatz zur Verwendung herkömmlicher Weißbleche, auch solcher mit bekannten Zwischenschichten, beispielsweise aus Kupfer, Kobalt, kein Bruch auf: vgl. Tabelle II.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Weißblechs kann als Schwarzblech warmgewalztes oder kaltgewalztes Tafelblech oder Bandblech eingesetzt werden. Vor dem Aufbringen der Zwischenschicht wird das Stahlblech sorgfältig gereinigt. Die Zwischenschicht kann einseitig oder beidseitig aufgebracht werden. Das Verzinnen kann durch Feuerverzinnen oder galvanisches Verzinnen srfo^l<jen. Der Zinn.auftrag erfolgt in -Jer üblichen Vsrzinnungshöhe für Weißblech.

Es wurde festgestellt, daß das mit der Zwischenschicht versehene Stahlblech eine ausreichende Duktilität und sehr gute Gleiteigenschaften besitzt Beim Aufbringen des Zinns auf die Zwischenschicht erfolgt die Bildung einer Zinnverbindung mit der Zwischenschichtverbindung, jedoch ohne Bildung einer Eisen-Zinn-Legierung beim Aufschmelzen. Diese Verbindung aus dem Zinn und der Zwischenschichtverbindung stellt ein festes Gleitmittel dar.

Das verfahrensgemäß eingesetzte Stahlblech, vorzugsweise kaltgewalztes Stahlblech, wird nach sorgfältiger Reinigung mit mindestens einem der vorstehend beschriebenen Materialien entweder einseitig oder beidseitig in einer Menge von 0,01 bis 5,0 g/m² beschichtet. Als Beschichtungsmethoden werden vorzugsweise das Elektroplattieren, das Vakuumbeschichten, Aufdampfen, das elektrophoretische Beschichten, das chemische Plattieren, die stromlose Metallabscheidung, das Gasplattieren, Tauchbeschichten, Walzenbeschichten und Spntzbeschichten angewendet.

Zur Unterdrückung einer Legierungsbildung zwischen dem Grundmaterial und dem Zinn während des Aufschmelzens bzw. Schnellschmelzens soll der Auftrag dieser Materialien mindestens 0.01 g/m² betragen. Zur Herstellung eines Weißblechs mit ausgezeichneter Verformbarkeit beim Tiefziehen und Abstreckziehen soll jedoch der Auftrag 5 g/m² nicht übersteigen. Diese Schicht bildet eine Zwischenschicht zwischen dem Grundmaterial und dem Zinn während des Verzinnens Und dem gegebenenfalls sich anschließenden Aufschmelzen des Zinnauftrags,

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

In Tabelle I sind die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften des verfahrensgemäß eingesetzten kaltgewalzten Stahlblechs zusammengefaßt.

Tabelle I
Zusammensetzung des Stahls Gew-%

Kohlenstoff 0,03

Mangan 0,32

Schwefel 0,014

ίο Phosphor 0,014

Silizium 0,01

Kupfer 0,023

Physikalische Eigenschaften des Stahls:

is Zugfestigkeit 31,5 kg/mm²

Streckfestigkeit 24,5 kg/mm²

Dehnung 35,3%

Härte 53H_sc30T

Das Stahlblech mit einer Stärke von 032 mm wird in 7prozentiger Natronlauge elektrolytisch entfettet, mit Wasser gespült, anschließend mit 7prozentiger Schwefelsäure gebeizt und erneut mit Wasser gespült Hierauf wird auf dem Stahlblech eine Zwischenschicht aus Kupferoxid hergestellt Zu diesem Zweck wird das Schwarzblech in einem Elektrolyt beschichtet, der 1 g/Liter Kupfersulfat, ~'O g/Liter Mangansulfat und 40 g/Liter Ammoniumsulfat enthält Die Zwischenschicht wird bis zu einer Auflage von 0,2 g/m²

jo aufgebracht Die erhaltene Zwischenschicht besteht zur Hauptsache aus Kupferoxid mit Spuren an metallischem Kupfer und geringen Mengen Mangan. Vermutlich ist das durch kathodische Elektrolyse entstandene Kupferoxid ein hydratisiertes Oxid, das metallisches Kupfer und Mangan enthält. Nach dem Aufbringen der Zwischenschicht wird das Stahlblech in einem herkömmlichen sauren Elektrolyt mit einer Auflage von 11,2 g/m² verzinnt Hierauf wird die elektrolytische Verzinnung aufgeschmolzen.

Aus dem erhaltenen Weißblech werden Ronden mit einem Durchmesser von 141 mm ausgestanzt, die mit einem Ziehstempel mit einem Durchmesser von 65,5 mm durch ein Hohlziehwerkzeug gezogen werden. Nach dem Tiefziehen wird der erhaltene Napf durch

4ü drei Abstreckziehgesenke geführt. Der Ziehspalt zwischen der letzten Abstreckziehmatrize und dem Stempel ergibt eine Wandstärke von 0,085 mm.

Die Verfahrensbedingungen und der prozentuale Bruch beim Abstreckziehen sind in Tabelle II zusam-

5(i mengefaßt.

Beispiel 2

5, Ein Stahlblech der in Beispiel 1 verwendeten Art wird durch kathodische Elektrolyse in einem Elektrolyt, der 20 g/Liter Kobaltsulfat, 70 g/Liter Mangansulfat und 50 g/Liter Ammoniumsulfat enthält, mit einer Kobaltoxidauflage in einer Menge von 0,5 g/m' versehen. Die

en Auflage besteht vermutlich aus einem hydratisierten Oxid, das Spuren an metallischem Kobalt enthält Hierauf wird das Stahlblech in einem herkömmlichen sauren Elektrolyt mit einer Zinnauflage in einer Menge von 11,2 g/m² versehen Danach wird die Zinnaüflage

65. aufgeschmolzen. Das erhaltene Weißblech wird durch Tiefziehen und Abstreckziehen gemäß Beispiel 1 Untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt.

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7Λ1

Beispiel 3

Ein kaltgewalztes Stahlblech der in Beispiel 1 beschriebenen Art wird in einem Elektrolyt, der 10 g/Liter Kobaltsulfat, 75 g/Liter Mangansulfat, 10 g/ Liter Aluminiumsulfat und 60 g/Liter Ammoniumsulfat enthält, durch kathodische Elektrolyse mit einem Kobaltoxidauftrag in einer Menge von 0,3 g/m² versehen Die Auflage enthält neben Kobaltoxid noch Spuren aus Mangan und Aluminium. Hierauf wird das Stahlblech in einem herkömmlichen sauren Elektrolyt mit einer Zinnauflage in einer Menge von 11,2 g/m² versehen. Danach wird die Zi η η au Π age aufgeschmolzen. Das erhaltene Weißblech wird durch Tiefziehen und Abstreckziehen gemäß Beispiel 1 untersucht Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt

Beispiel 4

Ein Stahlblech der in Beispiel 1 verwendeten Art wird in einem Elektrolyt, der 100 g/Iiter Nickelammoniumsulfat 15 g/Liter Natriumeitrat und 10 g/Liter Natriumthiosulfat enthält mit einem Nickelauftrag versehen, der Schwefel enthält Die Auflage beträgt 0,2 g/m². Danach wird das Stahlblech in einem herkömmlichen sauren Elektrolyt in einer Menge von 5,6 g/m² verzinnt Hierauf wird die Zinnauflage aufgeschmolzen. Das erhaltene Weißblech wird durch Tiefziehen und Abstreckziehen gemäß Beispiel 1 untersucht Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt

Wie aus Tabelle II hervorgeht besitzt das erfindungsgemäß hergestellte Weißblech eine ausgezeichnete Verformbarkeit beim Abstreckziehen, und es ist hierin herkömmlichem verzinnten und aufgeschmolzenem Weißblech, ebenso wie dem in der US-PS 33 60 157 beschriebenen matten Weißblech, deutlich überlegen.

Tabelle II	Zwischen-	0,9	Zinnauftrag	Aufschmelzen	Bruch	0
Beispiel Nr. Aufbau der	schicht-	1,2				0
Zwischenschicht	auflrag	Herkömmliches Weißblech ohne Zwischen				0
	g/m²	schicht, Vergleich	g/m²		%	0
	0,2	Aufgeschmolzenes Weißblech	11,2	aufgeschmolzen	20
1 Kupferoxid	0,5	Mattes Weißblech	IU	aufgeschmolzen	30
2 Kobaltoxid	0,3		11,2	aufgeschmolzen
3 Kobaltoxid	4 Nickel und Schwefel 0,2		5,6	aufgeschmolzen
	Vergleich Kupfer		11.2	aufgeschmolzen	100
Vergleich Kobalt		11,2	aufgeschmolzen	50


11,2
"ίο

Claims

23 /Ul Patentatasprüche:

1. Weißblech mit wenigstens einer zwischen dem Schwarzblechsubstrat und der Zinn-Deckschicht angeordneten Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Kobaltoxid, Kupferoxid und/oder aus schwefelhaltigem Nickel in einer Menge von 0,01 bis 5 g/m² besteht.

2. Verwendung des Weißbleches gemäß Anspruch 1 zur Herstellung nahtloser Stahlbehälter.