KR910006022B1 - 캔의 뚜껑과 본체를 제조하기에 적합한 금속박판 제조용 알루미늄 합금과 그 금속박판의 제조방법 - Google Patents

캔의 뚜껑과 본체를 제조하기에 적합한 금속박판 제조용 알루미늄 합금과 그 금속박판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

캔의 뚜껑과 본체를 제조하기에 적합한 금속박판 제조용 알루미늄 합금과 그 금속박판의 제조방법
본 발명은 식료품과 탄산음료수를 담는 캔의 뚜껑과 본체의 제조에 적합한 금속박판용 알루미늄 합금과 상기 금속박판 제조방법에 관한 것이다.
알루미늄 합금은 요즘 탄산음료수 뿐아니라 고체 또는 액체 식료품을 담는 캔의 제조에 광범위하게 사용된다. 이들 캔들은 기부와 일체로된 본체와 측벽의 2부분으로 이루어지며, 상기 측벽에는 인쇄될 수도 있으며, 탄산음료수 캔에서 용이하게 개방할 수 있는 기구가 장착되어 있는 뚜껑과 결합되어 있다. 이 뚜껑은 일반적으로 200 내지 400㎛의 두께를 갖는 금속박판을 절단하여 얻어지며, 비슷한 두께를 갖는 본체는 스탬핑(stamping) 또는 스탬핑 이후의 재인발(re-drawing)에 의하여 얻어진다.
캔의 내용물, 본체 또는 뚜껑에 사용하기 위한 금속박판에 이용된 성형방법을 용이한 개방을 위한 기구 또는 인쇄의 유무에 따라 박판금속은 이들 각 특정한 특징에 적합한 특징을 가져야 한다.
따라서, 용이하게 개방되는 뚜껑은 사용될 때 파괴되지 않도록 다른 뚜껑보다 큰 기계적 강도를 가져야 한다. 인쇄되거나 재인발된 본체는 미리 인쇄된 문자나 뚜껑을 수용하는 본체 상부의 변형을 막기 위하여 비교적 작은 부분을 차지하는 돌출부(horn)를 가져야 한다. 재인발된 본체는 긁힘 또는 파손을 피하기 위하여 공구와 접촉할 때 구겨지면 안된다.
이렇게 많은 문제에 직면하여 당업자가 다른 조성의 합금으로 이루어진 박판금속을 만들었다.
따라서, 식료품용 캔에서 다음것이 사용된다. 인쇄된 뚜껑과 본체용으로 알루미늄 어소시에이션 스탠다드(Aluminum Association Standards)에 따른 H28 상태에서 5052합금의 두께 230㎛를 갖는 박판, 즉 중량%로 나타낸 다음의 조성을 갖는 박판이 사용된다. Si 0.25-Fe 0.40-Cu 0.10-Mn 0.10-Mg 2.2-28-Cr 0.15-0.35-Zn 0.10-기타 0.15-잔부 Al-인쇄된 캔의 본체용으로 H24 상태에서 동일한 두께와 동일한 합금으로 구성된 박판이 사용된다.
탄산음료수용 캔에서 다음것이 사용된다. -스탬핑-재인발에 의하여 얻어진 캔의 본체용으로 알루미늄 어소세에이션 스탠다드에 따른 H19 상태에서 3004합금으로 구성된 두께 330㎛를 갖는 금속박판, 즉 중량%로 나타낸 다음 조성을 갖는 금속박판이 사용된다. Si 0.30-Fe 0.7-Cu 0.25-Mn 1.0-1.5-Mg 0.8-1.3-Zn 0.25- 기타 0.15-잔여부 Al- 캔의 뚜껑용으로 알루미늄 어소시에이션 스탠다드에 따른 H19 상태에서 5182합금으로 구성된 두께 300㎛를 갖는 금속박판, 즉 중량%로 나타낸 다음 조성을 갖는 금속 박판이 사용된다. Si 0.20-Fe 0.35-Cu 0.15-Mn 0.20-0.50-Mg 4.0-5.0-Cr 0.10-Zn 0.25- 기타 0.15-잔부 Al.
특히 탄산음료수용 캔에서 뚜껑들과 본체들은 특히 마그네슘과 망간함량에 관하여 매우 다른 성분을 갖는다는 것을 상기 표로부터 알 수 있다. 이로 인하여 이같은 뚜껑과 본체로 이루어진 캔을 제조하기 위해 서로 다른 생산라인이 필요하게 되고, 생산비용이 증가하게 된다. 그러나, 사용 후 캔을 재생하는 문제에 단점이 있게 된다. 즉, 캔의 시장에서 알루미늄 합금의 점차 증가 사용하는 점에서 이 캔들을 고철화시키는 대신 재생시켜 상당히 절약할 수 있게 되었다. 그러나, 본체는 뚜껑으로부터 대체로 분리할 수 없으므로 경제적으로 재생하는 문제는 캔의 전체를 재용융시켜야 한다. 이렇게 재용융하면 본체와 뚜껑의 중간 조성을 갖는 합금의 생성되므로 두부분으로 분리되어야 하며, 이들 각 부분은 순수 알루미늄과 합금 원소를 첨가하여 다시 표준상태로 된다.
그러므로 재생에 대하여 단일 종류의 합금을 사용하는 것이 보다 큰 잇점이 생기게 된다. 그러나, 이 합금은 그 대상물, 즉 식료품 또는 탄산음료수인가에 따라 형상, 즉 본체 또는 뚜껑인가에 따라 제조방법, 즉 스탬핑 또는 스탬핑-재인발 인가에 따라 그리고 어떤 다른 특수한 특징, 즉 뚜껑을 용이하게 개방하는 기구인가 또는 문자나 의장을 인쇄하기에 적절한가에 따라 금속박판의 모든 요구를 여전히 만족해야 한다.
본 발명의 출원인은 계속 이것을 연구하였다. 이로인하여 출원인은 스트립으로 주조한 후 다수의 적합한 성형조작과 열처리에 의하여 다양한 응력에 견디는 특성을 갖는 금속박판을 제조하게 되었다.
물론 상기 출원인이 이 방법으로 문제를 해결한 최초의 사람은 아니다. 예를들어 프랑스공화국 제2,432,556호는 다음과 같은 특징을 갖는 스탬핑과 재인발에 의하여 캔의 본체와 꾸껑을 제조하기 적합한 알루미늄 합금의 스트립의 제조방법을 제시한다.
(a) 주성분으로 0.4 내지 1.0%의 망간과 1.3 내지 2.5%의 마그네슘을 함유하고 통상의 불순물이 첨가된 알루미늄 합금으로 이루어진 용융물이 제조되며, 여기서 전체 마그네슘과 망간 함량은 2.0 내지 3.3%이고, 망간에 대한 마그네슘의 비율은 1.4 : 1 내지 4.4 : 1이다.
(b) 용융물은 스트립 주조장치를 사용하여 스트립으로 연속 주조된다.
(c) 주조된 스트립은 적어도 70%가 단면 수축되는 주조속도로 연속적으로 열간압연되고 열간압연의 개시온도는 300℃와 합금의 고상선 온도(temperature of solidus)사이가 되며, 압연 종료 온도는 적어도 280℃가 된다.
(d) 열간압연된 스트립은 고온에서 권취되어 공기중에서 주위온도로 냉각된다.
(e) 냉각된 열간압연된 스트립은 최종 두께로 냉각압연된다.
스트립의 주조를 포함하는 상기 특허에서 뚜껑용으로 더욱 단단한 스트립이 필요하므로 냉간압연하는 것을 제외하고 단일 합금과 단일 제조방법이 캔의 본체와 뚜껑용으로 사용된다.
이런 조건하에서 얻어진 박판의 기계적 특징으로 보면 본체용 박판인 경우에 0.2% 항복응력이 250 내지 310MPa이되고, 인장강도는 260 내지 320MPa이되며, 파괴연신율은 1 내지 8%가 되며, 뚜껑을 박판의 경우에는 0.2% 항복응력이 310-370MPa이고 인장강도가 320-380MPa가 되고 파괴 연신율이 1 내지 5%가 된다.
본 발명에서 출원인은 특허 뚜껑용 금속박판의 경우에서 이들 특성들을 향상시키는 것을 목적으로 하였다. 이 목적은 중량퍼센트로 나타낸 다음과 같은 성분을 함유하는 보다 높은 실리콘 함량을 갖는 합금에 의해 달성된다 : 0.8≤망간≤1.8, 1〈실리콘≤2, 0.7≤마그네슘≤3, 철〈0.5, 구리〈0.5, 크롬〈0.5, 잔부는 알루미늄·마그네슘과 화합하는 실리콘 함량을 높이면 경화제로 적용하는 Mg2Si의 형성을 촉진한다. 더욱이, 초기의 특허에서 보다 높은 망간의 평균함량을 가지므로 캔 본체를 재인발할 때 구겨지는 현상을 현저하게 감소시킬 수 있게된다.
본 발명은 또한 상기 금속박판의 제조방법에 관한 것이다. 이 방법은 다음과 같은 특징을 갖는 다수의 제조와 성형 및 열처리 조작을 수반한다.
(a) 통상의 불순물과 함께 중량%로 나타낸 다음과 같은 주성분을 함유하는 용융합금이 만들어진다 : 0.8≤망간≤1.8, 1〈실리콘≤2, 0.7≤마그네슘≤3, 철〈0.7, 구리〈0.5, 크롬〈0.5
(b) 상기 용융물이 4 내지 20mm의 두께를 갖는 스트립으로 연속 주조된다.
(c) 상기 주조된 스트립은 500 내지 620℃에서 2 내지 20시간 동안 가열된다.
(d) 가열된 상기 스트립은 중간두께로 냉간압연된다.
(e) 얇아진 상기 스트립은 500 내지 600℃에서 0.5 내지 10분동안 가열된 후 공기중에서 담금질 된다.
(f) 상기 스트립은 제조된 박판의 최종두께로 냉간압연된다.
상기 합금중 망간이 0.8% 미만이고, 마그네슘이 0.7% 미만이면, 캔뚜껑과 본체를 제조하기 위한 충분한 기계적 특성을 갖지 못하며, 또한 Mn이 0.8% 미만이면 재인발된 캔 본체는 공구와 접촉으로 구겨지고 긁히거나 파손될 수 있다. 또한, Si이 1% 이하이면 경화제로써 작용하는 Mg2Si의 형성을 충분히 촉진시키지 못하게 되며, Fe가 0.7% 이상이고, Mn이 1.8%보다 크면 기계적 특성을 감소시키는 큰 입자가 형성되게 되며, Mg가 3%보다 크면 박판이 캔 본체를 만들정도로 충분히 변형되지 않게되며, Si가 2%보다 크면 용융물내에 Mg2Si가 생기지 않게되므로 상기와 같은 조성을 갖는 것이 바람직하다.
그러므로 이 방법은 주어진 조성의 용융물을 만들고 높은 냉각속도 때문에 고용체속에 많은 Mg와 Si 및 Mn이 유지할 수 있는 압연기에서 스트립으로 성형하고 연속적 용해를 용이하게 한다. 이 스트립은 6 내지 12mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
주조후 스트립은 균질화되기 위하여 500 내지 600℃에서 2 내지 20시간 동안 가열된다. 다음 중간두께로 냉간압연된 후 이 스트립은 500 내지 600℃에서 0.5 내지 10분 동안 용해된 후 종래의 합금보다 나은 특성을 갖도록 공기속에서 담금질된다. 이 용해처리는 530 내지 580℃에서 1 내지 2분 동안 실시되는 것이 바람직하다. 이 공정조건중 480℃로 5시간 가열하면 냉간압연시에 스트립을 충분히 변형시킬 수 없으며, 630℃로 5시간 가열하면 인열(tear)이 생기므로 상기와 같은 공정조건이 바람직하다. 다음 이 스트립은 최종 두께로 압연되고 경우에 따라서는 락카를 굽기(baking)위해 200 내지 220℃에서 5 내지 15분 동안 재가열된다. 경우에 따라서는 용해-담금질 두께와 최종두께 사이의 중간두께 단계에서 100 내지 250℃에서 30분 내지 2시간 동안 인공시효(artificial ageing)가 실시될 수 있다.
실리콘 함량변화에 따른 시험을 실시한 결과를 하기표에 나타내었다.
[표]
Figure kpo00001
상기 표에 나타낸 바와 같이 Si〈1%이면 R 0.2와 Rm은 충분하지 않으며, Si〉2%이면 R 0.2와 Rm은 양호하지만 A%는 충분하지 않음.
이들 조작은 위에 설명한 모든 종류의 캔뚜껑과 본체에 적합한 금속박판의 제조에 적용될 수 있다.
프랑스공화국 특허 제2,432,556호와 대조적으로 모든 압연 조작이 냉간으로 실시되었고, 용해는 500 내지 600℃에서 30초 내지 10분동안 실시된 반면 상기 프랑스공화국 특허에서는 압연이 부분적으로 가열하에 실시되었고 용해는 350 내지 500℃의 온도에서 최고 90초 동안 실시되었다.
금속박판으로 만들어진 제품의 특수한 용도에 따라 위에서 설명한 조작조건은 변경될 수 있으며, 경우에 따라서는 본 발명에 따른 방법을 최적으로 하기 위하여 보조조작이 임의로 도입될 수 있다.
탄산음료수를 담는 캔의 뚜껑은 제조하기 위하여
(a) 중량%로 나타낸 다음과 같은 성분을 같은 합금이 7.5mm 두께의 스트립으로 주조되었다. Mg : 0.80, Mn : 1.08, Si : 1.25, Fe : 0.40
(b) 상기 주조된 스트립은 540℃에서 6시간 동안 가열되었다.
(c) 상기 스트립은 1.5mm의 두께로 냉간압연 되었다.
(d) 상기 얇아진 스트립은 560℃에서 5분 동안 가열되고, 공기중에서 담금질 되었다.
(e) 상기 스트립은 0.33mm의 최종두께로 냉간압연 되었다.
이들 조건하에 얻어진 금속박판의 특징은 다음과 같다.
R 0.2(0.2% 항복응력)=395MPa
Rm (인장강도)=410MPa
A%(연신율)=4
본 발명에 따르면 전술한 프랑스공화국 특히 제2,432,556호에서 주어진 값, 즉 R 0.2=370MPa과 Rm=380MPa보다 큰 개선이 나타난다.

Claims (6)

  1. 캔의 뚜껑과 본체를 제조하기에 적합한 박판제조용 알루미늄 합금에 있어서, (단위 : 중량%), 0.8≤망간≤1.8, 1〈실리콘≤2, 0.7≤마그네슘≤3, 철〈0.7, 구리〈0.5, 크롬〈0.5 잔부 : 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 캔의 뚜껑과 본체를 제조하기에 적합한 금속박판 제조용 알루미늄 합금.
  2. 식료품 또는 탄산음료수를 담도록 되어 있으며, 제조와 성형 및 열처리 조작으로 구성되는 캔뚜껑과 본체 제조에 적합한 금속박판 제조방법에 있어서, (a) 통상의 불순물과 함께 주성분으로 0.8≤망간≤1.8, 1〈실리콘≤2, 0.7≤마그네슘≤3, 철〈0.7, 구리〈0.5, 크롬〈0.5(단위 : 중량%)을 포함하는 용융합금 제조 단계와; (b) 상기 용융합금은 4 내지 20mm의 두께를 갖는 스트립으로 연속 주조되는 단계와; (c) 상기 주조된 스트립은 500 내지 620℃에서 2 내지 20시간 동안 가열되는 단계와; (d) 상기 가열된 스트립은 중간 두께로 냉간압연되는 단계와; (e) 상기 얇아진 스트립은 500 내지 600℃에서 0.5 내지 10분동안 가열된후 공기속에서 박판 담금질되는 단계와; (f) 상기 스트립은 제조된 박판의 최종두께로 냉간압연되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캔뚜껑과 본체 제조에 적합한 금속박판 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 6 내지 12mm의 두께를 갖는 스트립이 주조되는 것을 특징으로 하는 캔뚜껑과 본체제조에 적합한 금속박판 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 얇아진 스트립은 530 내지 580℃에서 1 내지 2분 동안 가열되는 것을 특징으로 하는 캔뚜껑과 본체 제조에 적합한 금속박판 제조방법.
  5. 제2항에 있어서, 100 내지 250℃에서 30분 내지 2시간 동안 인공시효 단계가 상기 (e)단계와 (f)단계 사이에 도입되는 것을 특징으로 하는 캔뚜껑과 본체 제조에 적합한 금속박판 제조방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 최종의 금속박판이 200 내지 220℃에서 5 내지 15분 동안 가열되는 것을 특징으로 하는 캔뚜껑과 본체 제조에 적합한 금속박판 제조방법.
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