ES2648668T3 - Heat resistant alloy for the production of aerosol cans - Google Patents
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Abstract
Aleación resistente al calor para la producción de latas de aerosol a partir de un material con el siguiente contenido de adiciones de aleación, en porcentaje en peso: según las normas EN 573-3 EN AW 3102 Si <= 0,40; Fe <= 0,70; Cu <= 0,10; Mn 0,05÷0,40; Zn <= 0,30; Ti <= 0,10; o con composiciones más específicas - Si >= 0,05 ÷ 0,09; Fe >= 0,23 ÷ 0,27; Cu <= 0,005; Mn >=0,28÷0,32; Mg <= 0,005; Zn <= 0,015; Ti >= 0,01 ÷ 0,03; caracterizada por que cada composición contiene Zr añadido en una cantidad que oscila entre el 0,10 y el 0,15% en peso, siendo la suma de las cantidades contenidas de todos los elementos secundarios <= 0,10% en peso y el resto es contenido de Al.Heat resistant alloy for the production of aerosol cans from a material with the following content of alloy additions, in percentage by weight: according to standards EN 573-3 EN AW 3102 Si <= 0.40; Fe <= 0.70; Cu <= 0.10; Mn 0.05 ÷ 0.40; Zn <= 0.30; Ti <= 0.10; or with more specific compositions - If> = 0.05 ÷ 0.09; Fe> = 0.23 ÷ 0.27; Cu <= 0.005; Mn> = 0.28 ÷ 0.32; Mg <= 0.005; Zn <= 0.015; Ti> = 0.01 ÷ 0.03; characterized in that each composition contains Zr added in an amount ranging from 0.10 to 0.15% by weight, the sum of the amounts contained of all secondary elements <= 0.10% by weight and the rest It is Al content.
Description
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DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Aleación resistente al calor para la producción de latas de aerosol Antecedentes de la invenciónHeat resistant alloy for the production of aerosol cans Background of the invention
En la actualidad, las latas de aerosol se fabrican a partir de aluminio puro o aleaciones de aluminio. En el primer caso, se utiliza sobre todo aluminio de la serie 1000, según la norma europea EN 573-3. Las calidades más comunes de aluminio son EN AW 1050A, que tiene un contenido mínimo de Al del 99,5% y EN AW 1070A, que tiene un contenido mínimo de Al del 99,7%.Currently, aerosol cans are manufactured from pure aluminum or aluminum alloys. In the first case, mostly 1000 series aluminum is used, according to European standard EN 573-3. The most common grades of aluminum are EN AW 1050A, which has a minimum Al content of 99.5% and EN AW 1070A, which has a minimum Al content of 99.7%.
En el segundo caso, las latas de aerosol se fabrican sobre todo a partir de aleaciones de aluminio de la serie 3000, según la norma europea EN 573-3. Las calidades más comunes de aleación de aluminio son EN AW 3102, que tiene un contenido de Mn de, aproximadamente, el 0,3% y EN AW 3207, que tiene un contenido de Mn de, aproximadamente, el 0,6%.In the second case, aerosol cans are mainly manufactured from 3000 series aluminum alloys, according to European standard EN 573-3. The most common grades of aluminum alloy are EN AW 3102, which has an Mn content of approximately 0.3% and EN AW 3207, which has an Mn content of approximately 0.6%.
Para la fabricación de latas de aerosol, el aluminio y sus aleaciones se suministran en su mayor parte en forma de piezas en bruto.For the manufacture of aerosol cans, aluminum and its alloys are supplied mostly in the form of blanks.
Estas piezas en bruto son fabricadas en un proceso continuo de dos fases que comprende las siguientes etapas.These blanks are manufactured in a continuous two-phase process that includes the following stages.
a. ) Fase 1 - Fabricación de tirasto. ) Phase 1 - Manufacturing of strips
• Fundir los lingotes en los hornos de fusión.• Melt the ingots in the melting furnaces.
• T ransferir el aluminio fundido a un horno de mantenimiento.• Transfer the molten aluminum to a maintenance oven.
• Colar de forma continua una tira.• Strain a strip continuously.
• Laminar la tira en caliente.• Hot strip the strip.
• Laminar la tira en frío.• Cold strip the strip.
• Enrollar la tira laminada.• Roll up the laminated strip.
b. ) Fase 2 - Fabricación de piezas en brutob. ) Phase 2 - Manufacturing of blanks
• Desenrollar de la tira laminada.• Unwind the laminated strip.
• Perforar las piezas en bruto en una prensa de estampación.• Drill the blanks in a stamping press.
• Recocer las piezas en bruto.• Anneal the blanks.
• Enfriar las piezas en bruto.• Cool the blanks.
• Dar acabado superficial a las piezas en bruto (volteo, chorreo de arena, vibración).• Give surface finish to the blanks (flipping, sandblasting, vibration).
• Embalar las piezas en bruto.• Pack the blanks.
El procedimiento de fabricación de las latas de aerosol puede ser descrito tal como sigue:The manufacturing process of aerosol cans can be described as follows:
Aplicar un lubricante a las piezas en bruto.Apply a lubricant to the blanks.
Extruir por impacto hacia atrás.Extrude on impact backwards.
Prensar en plano la pared de la lata.Flat press the can wall.
Cepillar la lata.Brush the can.
Desengrasar la lata.Degrease the can.
Aplicar la capa de barniz interno + curar en un horno de polimerización Aplicar la capa de base + curar en horno.Apply the inner varnish layer + cure in a polymerization oven Apply the base coat + cure in the oven.
Aplicar las tintas decorativas + curar en horno.Apply decorative inks + cure in oven.
Aplicar la capa de recubrimiento + curar en horno.Apply the coating layer + cure in the oven.
Dar forma a las latas en la prensa de cierre.Shape the cans in the closing press.
Los materiales descritos anteriormente, según las normas EN AW 1050A y EN AW 1070A respectivamente, presentan niveles significativos de conformabilidad y endurecimiento por medios mecánicos, que los hacen ideales para la fabricación de latas de aerosol en un proceso de extrusión por impacto hacia atrás. Las aleaciones de aluminio EN AW 3102 y EN AW 3207 ofrecen propiedades mecánicas mejoradas (resistencia) y, por lo tanto, mejor rigidez y resistencia a la presión de las latas de aerosol finales. Sin embargo, las propiedades mecánicas de estos materiales cambian cuando las latas pasan por un horno de curado en el que tiene lugar la polimerización de la capa de barniz interior. Las temperaturas de curado (polimerización) de la capa de barniz interior oscilan entre 210 y 255°C, y el proceso respectivo de curado dura unos 10 minutos. A estas temperaturas, tiene lugar el recocido parcial del cuerpo de la lata, provocando que disminuya la resistencia mecánica del mismo.The materials described above, according to the standards EN AW 1050A and EN AW 1070A respectively, have significant levels of formability and hardening by mechanical means, which make them ideal for the manufacture of aerosol cans in a back impact extrusion process. The aluminum alloys EN AW 3102 and EN AW 3207 offer improved mechanical properties (strength) and, therefore, better rigidity and pressure resistance of the final aerosol cans. However, the mechanical properties of these materials change when the cans pass through a curing oven in which polymerization of the inner varnish layer takes place. Curing (polymerization) temperatures of the inner varnish layer range between 210 and 255 ° C, and the respective curing process takes about 10 minutes. At these temperatures, partial annealing of the can body takes place, causing its mechanical strength to decrease.
Para eliminar el anterior efecto indeseable, se deben seleccionar paredes más gruesas de las latas de aerosol, que son necesarias para lograr las especificaciones de seguridad y tecnológicas, particularmente una suficiente resistencia a la presión de las latas. Esto causa a un aumento significativo de consumo de materiales de partida.To eliminate the above undesirable effect, thicker walls of the aerosol cans must be selected, which are necessary to achieve safety and technological specifications, particularly sufficient pressure resistance of the cans. This causes a significant increase in consumption of starting materials.
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En la patente de EE.UU. No. 6.543.636 se da a conocer un proceso de fabricación de latas a partir de aleación de aluminio y se eligió la aleación 1050 A como la adecuada. Esta aleación se conoce como la EN AW 1050A según la norma europea y se utiliza ampliamente. Sin embargo, para alguna aplicación la resistencia a la tracción (Rm) de las latas no es suficientemente satisfactoria, cuando están sujetas a temperaturas más elevadas.In US Pat. No. 6,543,636 a process for manufacturing cans from aluminum alloy is disclosed and the 1050 A alloy was chosen as appropriate. This alloy is known as EN AW 1050A according to the European standard and is widely used. However, for some application the tensile strength (Rm) of the cans is not satisfactory enough, when they are subject to higher temperatures.
Características de la invenciónCharacteristics of the invention.
Los inconvenientes anteriores se eliminan mediante la aleación resistente al calor para la producción de latas de aerosol con las características definidas en la parte de caracterización de la reivindicación 1.The above drawbacks are eliminated by the heat-resistant alloy for the production of aerosol cans with the characteristics defined in the characterization part of claim 1.
Descripción breve de los dibujosBrief description of the drawings
La presente invención se explicará adicionalmente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que la figura 1 muestra la dependencia con la temperatura de las resistencias de las nuevas aleaciones en comparación con las aleaciones estándar mediante una representación gráfica.The present invention will be further explained with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows the temperature dependence of the resistances of the new alloys compared to the standard alloys by means of a graphic representation.
El objeto de la presente invención es una aleación a base de aluminio nueva, modificada y resistente al calor, para eliminar el efecto de debilitamiento del material de las latas que pasan a través de horno de curado. De este modo, se logra la mejora deseada de las propiedades mecánicas de las latas de aerosol en comparación con los materiales (utilizados convencionalmente) estándar, junto con la reducción del espesor de la pared y el aumento de la resistencia a la presión de la misma. Particularmente, el efecto favorable anterior se consigue mediante la adición de un aditivo antirrecristalización formado por Zr (circonio) con el fin de modificar las composiciones de aluminio y sus aleaciones: EN AW 1050A, EN AW 3102, EN AW 3207.The object of the present invention is a new, modified and heat-resistant aluminum-based alloy, to eliminate the weakening effect of the material of the cans passing through the curing oven. In this way, the desired improvement of the mechanical properties of the aerosol cans is achieved in comparison to the standard (conventionally used) materials, together with the reduction of the wall thickness and the increase in the pressure resistance thereof. . Particularly, the above favorable effect is achieved by the addition of an antirecrystallization additive formed by Zr (zirconium) in order to modify the aluminum compositions and their alloys: EN AW 1050A, EN AW 3102, EN AW 3207.
Las composiciones químicas de las aleaciones utilizadas de forma habitual, no modificadas, tienen los siguientes valores límite según la norma EN 573-3, en porcentaje en peso:The chemical compositions of the alloys commonly used, unmodified, have the following limit values according to EN 573-3, in percentage by weight:
Si < 0,25; Fe < 0,40; Cu < 0,05; Mn < 0,05; Mg < 0,05; Zn < 0,07; Ti < 0,05; Al 99,5 min.,If <0.25; Fe <0.40; Cu <0.05; Mn <0.05; Mg <0.05; Zn <0.07; Ti <0.05; At 99.5 min.,
EN AW 3102EN AW 3102
Si < 0,40; Fe < 0,70; Cu < 0,10; Mn 0,05-0,40; Zn < 0,30; Ti < 0,10; resto Al EN AW 3207If <0.40; Fe <0.70; Cu <0.10; Mn 0.05-0.40; Zn <0.30; Ti <0.10; rest Al EN AW 3207
Si < 0,30; Fe < 0,45; Cu < 0,10; Mn 0,40-0,80; Mg < 0,10; Zn < 0,10; resto AlIf <0.30; Fe <0.45; Cu <0.10; Mn 0.40-0.80; Mg <0.10; Zn <0.10; Al rest
La aleación, según la presente invención, tiene una composición química nueva con Zr añadido, estando la proporción del nuevo constituyente entre el 0,10 y el 0,15% en peso. La adición de Zr da lugar a aleaciones completamente nuevas que no se pueden clasificar en las clases existentes según la norma EN 573-3. Por lo tanto, las nuevas aleaciones se designarán a continuación como aleaciones MC, es decir, MC3 (EN AW 3012A + Zr). La composición de la nueva aleación (en porcentaje en peso) es la siguiente:The alloy, according to the present invention, has a new chemical composition with Zr added, the proportion of the new constituent being between 0.10 and 0.15% by weight. The addition of Zr results in completely new alloys that cannot be classified into existing classes according to EN 573-3. Therefore, the new alloys will be referred to below as MC alloys, ie MC3 (EN AW 3012A + Zr). The composition of the new alloy (in percentage by weight) is as follows:
Aleación MC3MC3 Alloy
Si < 0,40; Fe < 0,70; Cu < 0,10; Mn < 0,05 ^ 0,40; Zn < 0,30; Ti < 0,10; Zr = 0,05 ^ 0,20; resto Al; (suma de todos los elementos secundarios < 0,10)If <0.40; Fe <0.70; Cu <0.10; Mn <0.05 ^ 0.40; Zn <0.30; Ti <0.10; Zr = 0.05 ^ 0.20; Al rest; (sum of all secondary elements <0.10)
Para verificar el efecto antirrecristalización durante el proceso de producción de las latas de aerosol, se compararon las nuevas aleaciones con los materiales conocidos y utilizados de forma habitual. El resultado se representa gráficamente en la figura 1 en el que el primer material estándar, según la norma EN AW 1050A, en el presente documento específicamente designado como la aleación A5, se compara con la nueva aleación MC1_A, que no es el objeto de la presente solicitud, y el segundo material estándar, según la norma EN AW 3102, en el presente documento específicamente denominado como aleación A3Mn, se compara con otra nueva aleación MC3_A que contiene el constituyente Zr antirrecristalización añadido. Las latas, que se realizaron a partir de estos materiales en las mismas condiciones tecnológicas, tenían especificaciones de pared idénticas.To verify the antirecrystallization effect during the production process of aerosol cans, the new alloys were compared with known and commonly used materials. The result is represented graphically in Figure 1 in which the first standard material, according to EN AW 1050A, in this document specifically designated as the A5 alloy, is compared with the new MC1_A alloy, which is not the object of the This application, and the second standard material, according to EN AW 3102, in this document specifically referred to as A3Mn alloy, is compared to another new MC3_A alloy containing the added Zr constituent antirecrystallization. The cans, which were made from these materials under the same technological conditions, had identical wall specifications.
Las aleaciones estándar, utilizadas para los propósitos de comparación del efecto antirrecristalización, se señalan tal como sigue:Standard alloys, used for the purposes of comparing the antirecrystallization effect, are indicated as follows:
Aleación A5 (aluminio según la norma EN AW 1050A) que tiene la siguiente composición química en % en peso:Alloy A5 (aluminum according to EN AW 1050A) that has the following chemical composition in% by weight:
Si = 0,08; Fe = 0,24; Cu < 0,005; Mn < 0,005; Mg < 0,005; Zn = 0,01; Ti= 0,02; resto AlSi = 0.08; Fe = 0.24; Cu <0.005; Mn <0.005; Mg <0.005; Zn = 0.01; Ti = 0.02; Al rest
La aleación A3Mn (aleación de aluminio según la norma EN AW 3102) que tiene la siguiente composición química en % en peso:The A3Mn alloy (aluminum alloy according to EN AW 3102) which has the following chemical composition in% by weight:
Si = 0,07; Fe = 0,25; Cu < 0,005; Mn = 0,29; Mg < 0,005; Zn = 0,01; Ti = 0,02; resto AlSi = 0.07; Fe = 0.25; Cu <0.005; Mn = 0.29; Mg <0.005; Zn = 0.01; Ti = 0.02; Al rest
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La aleación recientemente desarrollada utilizada para los propósitos de comparación del efecto antirrecristalización se designa tal como sigue:The newly developed alloy used for the purposes of comparing the antirecrystallization effect is designated as follows:
Aleación MC3_A que tiene la siguiente composición química en % en peso:MC3_A alloy that has the following chemical composition in% by weight:
Si = 0,06; Fe = 0,23; Cu < 0,005; Mn = 0,30; Mg < 0,005; Zn = 0,01; Ti = 0,03; Zr = 0,12; resto AlSi = 0.06; Fe = 0.23; Cu <0.005; Mn = 0.30; Mg <0.005; Zn = 0.01; Ti = 0.03; Zr = 0.12; Al rest
La tabla 1 muestra las propiedades mecánicas de las latas producidas a partir de los materiales anteriores. Durante la comparación, se evaluaron los valores de resistencia a la tracción (Rm) de las latas medidos antes y después del horno de curado, en que se polimerizó la capa de barniz interior. Además, se midió la dureza (HB) de los productos semielaborados de entrada (piezas en bruto).Table 1 shows the mechanical properties of cans produced from the above materials. During the comparison, the tensile strength (Rm) values of the cans measured before and after the curing oven were evaluated, in which the inner varnish layer was polymerized. In addition, the hardness (HB) of the semi-finished input products (blanks) was measured.
Tabla 1Table 1
- Aleación Alloy
- Dureza de la pieza en bruto Resistencia a la tracción Rm [MPal Workpiece hardness Tensile strength Rm [MPal
- Después de extrusión hacia atrás After extrusion back
- Después del horno de curado (polimerización) de la capa de barniz interior After the curing oven (polymerization) of the inner varnish layer
- 210°C/10min 210 ° C / 10min
- 230°C/10min 255°C/10min 230 ° C / 10min 255 ° C / 10min
- A5 TO 5
- 20,8 164,1 154,8 150,5 135,1 20.8 164.1 154.8 150.5 135.1
- A3Mn A3Mn
- 22 180,7 172,6 167,9 151,2 22 180.7 172.6 167.9 151.2
- MC1 A MC1 A
- 22 171,0 171,1 168,3 167,2 22 171.0 171.1 168.3 167.2
- MC3 A MC3 A
- 23,5 182,5 179,2 179,0 178,3 23.5 182.5 179.2 179.0 178.3
Los resultados enumerados en la tabla 1 muestran claramente que los materiales estándar pierden su resistencia a la tracción cuando están sometidos a la temperatura de 255°C en el horno, disminuyendo la resistencia el 17,7% para el aluminio A5 y el 16,3% para la aleación A3Mn. En contraste con esto, la pérdida de resistencia de las aleaciones que contienen Zr es significativamente menor, es decir, sólo el 2,2% para la aleación de MC1_A y el 2,3% para la aleación MC3_A. En varios casos, se observó incluso un aumento de la resistencia a la tracción de las nuevas aleaciones después de que hubieran pasado por el horno de curado.The results listed in Table 1 clearly show that standard materials lose their tensile strength when subjected to the temperature of 255 ° C in the furnace, reducing the resistance by 17.7% for A5 aluminum and 16.3 % for the A3Mn alloy. In contrast to this, the loss of strength of Zr-containing alloys is significantly less, that is, only 2.2% for the MC1_A alloy and 2.3% for the MC3_A alloy. In several cases, even an increase in the tensile strength of the new alloys was observed after they had passed through the curing oven.
La comparación del aluminio A5 con la aleación de MC1_A muestra que el valor de resistencia a la tracción de esta última aleación fue 32,1 MPa más elevado después del paso por el horno de polimerización a la temperatura de 255°C.The comparison of the A5 aluminum with the MC1_A alloy shows that the tensile strength value of this latter alloy was 32.1 MPa higher after passing through the polymerization furnace at the temperature of 255 ° C.
La comparación de las aleaciones de aluminio A3Mn y MC3_A muestra que el valor de resistencia de esta última aleación fue 27,1 MPa más elevado después del paso por el horno de polimerización a la temperatura de 255°C.The comparison of the A3Mn and MC3_A aluminum alloys shows that the resistance value of this latter alloy was 27.1 MPa higher after passing through the polymerization furnace at the temperature of 255 ° C.
También resulta ser ventajoso el hecho de que, aunque la aleación MC1_A que contiene el componente Zr añadido tiene su resistencia a la tracción, después de la extrusión hacia atrás, 9,7 MPa menor en comparación con la aleación de A3Mn, el paso de la aleación MC1_A a través del horno de polimerización a temperaturas por encima de 226°C provoca que la resistencia de esta aleación supere la resistencia de la aleación de A3Mn, a pesar de que la aleación de MC1_A no contiene manganeso.It is also advantageous that, although the MC1_A alloy containing the added Zr component has its tensile strength, after extrusion back, 9.7 MPa lower compared to the A3Mn alloy, the passage of the MC1_A alloy through the polymerization furnace at temperatures above 226 ° C causes the strength of this alloy to exceed the resistance of the A3Mn alloy, although the MC1_A alloy does not contain manganese.
Entre las ventajas principales de las nuevas aleaciones MC1, MC3 (que no está dentro del alcance de la presente invención) y (que no está dentro del alcance de la presente invención) se incluyen particularmente:Among the main advantages of the new MC1, MC3 alloys (which is not within the scope of the present invention) and (which is not within the scope of the present invention) are particularly included:
a. ) Debido a la adición de Zr, las aleaciones MC1, MC3 y MC4 contienen una dispersión fina de A^Zr.to. ) Due to the addition of Zr, the MC1, MC3 and MC4 alloys contain a fine dispersion of A ^ Zr.
b. ) La presencia de manganeso en las aleaciones MC3 y MC4 da como resultado además un aumento de la resistencia de estas aleaciones después de someterse a un proceso de conformación, esto es debido a la formación de partículas de AlaMn, Als(FeMn) y a-AI(Mn,Fe)Si.b. ) The presence of manganese in MC3 and MC4 alloys also results in an increase in the resistance of these alloys after undergoing a forming process, this is due to the formation of AlaMn, Als (FeMn) and a- particles. AI (Mn, Fe) Yes.
c. ) Las partículas anteriores quedan atrapadas en los límites subgranulares, evitando que se produzca de este modo cualquier recuperación o formación de núcleos de recristalización o crecimiento de granos recristalizados (aumento de la resistencia a la recristalización).C. ) The above particles are trapped in the subgranular boundaries, thus preventing any recovery or formation of recrystallization nuclei or growth of recrystallized grains (increased resistance to recrystallization).
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