TWI629118B - 鋁罐用料之製造方法 - Google Patents

Abstract

一種鋁罐用料之製造方法。在此方法中，提供鋁胚。鋁胚為AA3xxx系鋁合金。對鋁胚進行均質化處理。均質化處理之溫度為580℃至640℃，持溫時間為大於或等於12小時。對鋁胚進行熱粗軋製程，以形成熱粗軋鋁板。熱粗軋製程包含數道熱粗軋步驟。熱粗軋步驟中的末五道熱粗軋步驟之平均軋下量為20mm至30mm，末道熱粗軋步驟之軋速為10s^-1至30s^-1。進行熱粗軋製程時包含對鋁胚噴灑潤滑冷卻液。對熱粗軋鋁板進行熱精軋製程，以形成熱精軋鋁板。熱精軋製程之精軋機入口溫度為390℃至440℃，熱精軋製程之完軋溫度為320℃至355℃。對熱精軋鋁板進行冷軋製程，以形成鋁罐用料。

Description

鋁罐用料之製造方法

本發明是有關於一種金屬罐用料之製造方法，且特別是有關於一種鋁罐用料之製造方法。

鋁-錳-鎂(Al-Mn-Mg)系鋁合金由於質量輕、強度高且成形性佳等優點，因此已被廣泛地使用在飲料業的產品外殼上。二片式鋁製飲料罐身的製造屬於高度自動化生產，因此對於鋁材品質的要求十分嚴苛。除了對強度與伸長率的要求外，又以凸耳率最為重要，為衡量鋁材品質良窳的關鍵。此係由於在飲料罐的生產過程中所產生的凸耳部分必須切除，若凸耳率過高，將導致客戶必須裁掉大量的廢料，不僅造成廢料過多而生產成本劇增，也容易發生卡模與破罐，大幅降低生產效率，還會掉屑而造成成品之表面品質不佳，嚴重影響客戶的使用意願。

產生凸耳的原因主要係因鋁胚經大量軋延成鋁捲後，鋁材內部自然存在強烈的集合組織(texture)，促使鋁材在深抽時產生非等向性變形的現象。當集合組織愈強，鋁材之凸耳率愈高，反之，凸耳率愈低。此外，鋁材中不同 集合組織在變形時所產生之凸耳的位置也有所不同。一般而言，鋁材經冷軋後，傾向產生變形集合組織，而於深抽時易產生45°/135°方向(相對軋延方向)的凸耳。為了解決此一現象，必須藉由退火處理來使鋁材發生再結晶，以在鋁材內製造足夠的方(cube)集合組織。透過立方集合組織可產生0°/90°方向凸耳的特性，來達到減緩/平衡變形集合組織所引起之凸耳的效果。

然而，由於高強度的要求，因此鋁材之冷軋量需達85%以上，但冷軋量的提高卻會促使鋁片中變形集合組織的含量竄升，使得45°/135°的凸耳過高。而若降低冷軋量以換取耳率的要求，則有鋁片強度不足的問題。如此將使得生產的困難度大幅增加。

在解決上述問題上，傳統製程的作法係在冷精軋之前先在鋁片中製造足夠的立方組織，使鋁片在軋延後可同時兼顧機性與耳率的要求。近十幾、二十年來，鋁廠導入1+4熱連軋機，並開發出免中退法，使得罐身料的製程大幅縮減，因而已成為目前的主流工序。此技術的原理係利用1+4熱連軋機於生產時對鋁胚施予大量的裁減量與快速的軋延速度，促使鋁捲累積充足的儲存能與適當的完軋溫度，如此可使鋁材與盤捲時有能力進行自退火(self-annealing)，從而完成再結晶以及製造出足夠含量的立方集合組織。因此，此技術不需要額外的中間退火，即可直接冷軋(總下軋量85%)至成品，並可滿足機性與凸耳率的 要求。由此可知，在鋁片的製作上，熱軋製程扮演相當關鍵的角色。

綜上所述可知，利用熱連軋所得之熱完軋捲必須同時具備完全再結晶和高立方含量兩大要求。舉例而言，日本專利特開平第10-310837號之技術雖然採熱連軋機，但顯然完軋溫度不足，而需對熱完軋捲施予額外的熱處理。因此，製程時間冗長，不具經濟效益，也不符環保需求。

日本專利特開第2004-183035號與特開第2006-299330號之技術係以相同合金成分為基礎，在相仿的製程條件下，即均質化之溫度>580℃且持溫時間<20小時、熱粗軋之起軋溫度範圍為430℃~550℃、熱精軋之完軋溫度範圍為280℃~350℃、冷軋量均在80%以上，並調整所得罐身料之介金屬化合物尺寸的分布，且不需額外的中退處理，即可使鋁材滿足規範，且於210℃下烘烤10分後的抗拉強度在245MPa以上。然而，此二專利案並未對熱軋關鍵製程之熱粗軋的完軋溫度、以及熱精軋之起軋溫度進行管制，因此耳率普遍不佳。

日本專利特開第2003-342657號、歐洲專利第1944384 A1號、以及美國專利公開號第2009/0053099 A1號的合金含量範圍又比上述日本專利特開第2004-183035號與特開第2006-299330號大，並採用兩階段均質化處理，其中第一段均質化處理之溫度約550℃~650℃且持溫6小時~12小時，而第二段均質化處理之溫度需比前一段低而約50℃~100℃，且持溫需4小時~15小時。此外，這些專利 技術之熱軋條件的溫度略高於上述之日本專利特開第2004-183035號與特開第2006-299330號。其中，日本專利特開第2003-342657號之熱粗軋的起軋溫度為440℃，歐洲專利第1944384 A1號以及美國專利公開號第2009/0053099 A1號之熱粗軋的起軋溫度範圍為490℃~550℃且熱粗軋之完軋溫度範圍為420℃~490℃，這三個專利案之熱精軋的完軋溫度範圍為300℃~360℃，因此可得到耳率表現較佳的產品。然而，這些專利技術因採用耗時費能的兩階段均質化處理，因此製程冗長，且較不經濟也不環保。此外，雖然這些專利技術有管制熱粗軋之完軋溫度，但耳率仍有改善空間，且均勻性亦有待加強。另外，雖然這些專利技術之最終完軋溫度較高，但由於並無控制熱精軋之起軋溫度，故軋速提升有限，有生產效率偏低的問題。

日本專利特開第2006-89828號規範熱精軋的起軋溫度為350℃~450℃，其生產效率可獲得提高，但卻忽略熱粗軋的完軋溫度，故所獲得之鋁片的耳率僅為堪用，均勻性亦待改善。而隔年同此專利案之申請人提出了日本專利特開第2007-51310號，其針對熱粗軋之完軋溫度部分予以補強，並規定粗軋末3道每道之裁減量為20%~60%，並以10℃/s~50℃/s的速度強制冷卻至精軋的起軋溫度。冷卻方式係於工作台上空冷擺放並搭配噴水、或是以潤滑液(水+油)強制冷卻，這樣作法的目的是為了抑制析出以避免耳率偏高的問題。然而，空冷的方式雖可擺放至均勻，但時間過久，而不利量產。另外，強制冷卻法雖可將熱軋板快速降溫， 但容易復熱並導致熱軋板之溫度不均，熱軋板之寬度方向的平均溫差至少60℃以上，甚至破百，使得最終成品的性質不穩定。

因此，本發明之一目的就是在提供一種鋁罐用料之製造方法，其係一種以熱軋製程為主的方法，可改善具高深沖鋁製產品需求的耳率，而可減少廢料，並可提高鋁材的均勻性。

本發明之另一目的是在提供一種鋁罐用料之製造方法，藉由熱軋之軋延規程(pass schedule)，例如包含下軋量、軋速與潤滑冷卻液等的適當組合，在不延長熱軋時間的原則下，於軋延過程中調控溫降速率，藉此達到低熱精軋機入口溫度與高完軋溫度，以增加利於改善凸耳之立方集合組織的成核與生長時間，進而可改善高深沖產品之耳率。

本發明之又一目的是在提供一種鋁罐用料之製造方法，其可縮小熱粗軋板之溫度變異，因此鋁板之溫度分布更為均勻，而可大幅縮小熱軋捲之機性差異，達到強化熱軋捲之內質的目的，進而可有效提升最終成品之均勻性。故，最終所製得之成品不僅可符合客戶規範要求，且其破罐比例也明顯降低。

根據本發明之上述目的，提出一種鋁罐用料之製造方法。在此方法中，提供一鋁胚，其中鋁胚為AA3xxx系鋁合金。對鋁胚進行均質化處理，其中此均質化處理之溫 度為580℃至640℃，且均質化處理之持溫時間為大於或等於12小時。對鋁胚進行熱粗軋製程，以形成熱粗軋鋁板。熱粗軋製程包含複數道熱粗軋步驟，其中這些熱粗軋步驟中的末五道熱粗軋步驟之平均軋下量為20mm至30mm，這些熱粗軋步驟中的末道熱粗軋步驟之軋速為10s^-1至30s^-1。進行熱粗軋製程時包含對鋁胚噴灑潤滑冷卻液。對熱粗軋鋁板進行熱精軋製程，以形成熱精軋鋁板。熱精軋製程之精軋機入口溫度為390℃至440℃，且熱精軋製程之完軋溫度為320℃至355℃。對熱精軋鋁板進行冷軋製程，以形成鋁罐用料。

依據本發明之一實施例，上述之鋁胚為AA3004鋁合金或AA3104鋁合金。

依據本發明之一實施例，上述之熱粗軋製程之起軋溫度為480℃至540℃。

依據本發明之一實施例，上述之鋁胚於起軋溫度下持溫1小時至2小時。

依據本發明之一實施例，在上述之熱粗軋製程中，於起軋後，熱粗軋製程之溫降速率為1℃/s至10℃/s。

依據本發明之一實施例，於上述之熱粗軋製程後，熱粗軋鋁板之寬度方向的平均溫差小於10%。

依據本發明之一實施例，上述之冷軋製程之裁減率為85%至88%。

依據本發明之一實施例，於上述之熱精軋製程與冷軋製程之間，不對熱精軋鋁板進行任何中間退火處理。

依據本發明之一實施例，於上述之冷軋製程後，鋁罐用料之厚度為0.275mm至0.31mm。

100‧‧‧步驟

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋁罐用料之製造方法的流程圖。

有鑑於習知鋁罐用料的製作無法有效兼顧耳率、產品性質穩定性、生產效率、經濟效益與環保需求，因此本發明在此提出一種鋁罐用料之製造方法，其自熱軋製程著手，藉由熱軋之軋延規程的適當調整，來控制軋延溫度，以延長立方集合組織停留在適於成核與成長之溫度範圍的時間，藉此可促使利於降低凸耳之組織的成核與成長，並可提升材料的均勻性，進而達到強化熱軋鋁捲之內質的目的。故，本發明所製作出之鋁罐用料成品不僅可符合客戶規範要求，且用來製罐時，破罐比例也明顯降低。

本發明之鋁罐用料之製造方法可用以製造高品質、高成形及低廢料率之鋁製飲料罐之殼件(即罐身)用的鋁合金薄片。請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋁罐用料之製造方法的流程圖。在本實施方式中，製 作鋁罐用料時，可先進行步驟100，以提供鋁胚。在一些例子中，鋁胚為鋁-錳-鎂系鋁合金。在一些示範例子中，鋁胚為AA3xxx系鋁合金。舉例而言，鋁胚為成分符合國際規範AA3004或AA3104的鋁合金。

接下來，可進行步驟102，以對鋁胚進行均質化處理。在一些例子中，進行鋁胚的均質化處理時，可將處理溫度控制在約580℃至約640℃，且讓鋁胚在此溫度下持溫一段時間。均質化處理之持溫時間可例如大於或等於12小時。舉例而言，若鋁胚的均質化處理溫度小於580℃或時間不足，鋁胚的成分會不均；另一方面，若均質化溫度大於640℃，鋁胚則有熔解的風險。

於均質化處理後，可進行步驟104，以對鋁胚進行熱粗軋製程，而將鋁胚熱粗軋成一熱粗軋鋁板。此熱粗軋製程可例如包含許多道熱粗軋步驟。在一些例子中，熱粗軋製程之起軋溫度可為約480℃至約540℃。而且，可例如使鋁胚在此起軋溫度下持溫約1小時至約2小時。在一些例子中，熱粗軋製程開軋後，較佳可將溫降速率控制在約1℃/s至約10℃/s，以利獲得較低且較均勻的完軋溫度。此外，為了滿足溫降速率的要求，在這些熱粗軋步驟中，末五道熱粗軋步驟之平均軋下量可例如控制為約20mm至約30mm，且末道熱粗軋步驟之軋速可例如控制為10s^-1至30s^-1。此外，進行熱粗軋製程時更可包含對鋁板噴灑潤滑冷卻液。在一些示範例子中，在每一道熱粗軋步驟中，均對鋁胚噴灑潤滑冷卻液。潤滑冷卻液的噴灑可有利於控制鋁板的溫度，而 可有效控制熱粗軋鋁板進入精軋機之入口溫度，並可大幅改善熱粗軋鋁板之均溫性。在一些示範例子中，於熱粗軋製程後，熱粗軋鋁板之寬度方向的平均溫差可小於約10%。

於熱粗軋製程後，可進行步驟106，以對熱粗軋鋁板進行熱精軋製程，而將熱粗軋鋁板進一步熱精軋成一熱精軋鋁板。此熱精軋製程可例如包含一或多道熱精軋步驟。由於在熱粗軋製程時，對溫降速率、末五道熱粗軋步驟之平均軋下量、以及末道熱粗軋步驟之軋速，甚至熱粗軋製程之起軋溫度等進行控制，並搭配噴灑潤滑冷卻液，藉此可有效控制熱精軋製程中熱粗軋鋁板進入精軋機之入口溫度。在一些例子中，於熱精軋製程中，熱粗軋鋁板進入精軋機之入口溫度可為約390℃至約440℃，且熱精軋製程之完軋溫度可為約320℃至約355℃。在一些示範例子中，熱精軋製程可將鋁板精軋至厚度約2.2mm。熱精軋製程後之鋁板厚度可根據產品需求而調整，並不限於上述之示範例子。

在本實施方式中，於熱粗軋製程期間的強制冷卻之目的是為了增加鋁材內的立方集合組織，並非為了抑制析出，其中相關析出問題已先於熱粗軋製程前的均質化處理中解決。此外，本實施方式為了使熱軋板之溫度分布均勻，而控制熱粗軋製程中的末五道之各道次的軋下量(例如約20mm至約30mm)、與末道熱粗軋步驟之軋速，並輔以潤滑冷卻液的噴灑，可將熱粗軋鋁板以相對較和緩的溫降速率強制冷卻。如此一來，於熱精軋完軋後，可獲得高立方集合組 織的熱軋鋁捲，且材料性質更為均勻，進而可獲得低耳率、高均勻性的鋁罐用料。

完成熱精軋製程後，可進行步驟108，以對熱精軋鋁板進行冷軋製程，而將熱精軋鋁板進一步冷軋成具有所需厚度的鋁罐用料，而大致完成鋁罐用料的製作。在一些例子中，於熱精軋製程與冷軋製程之間，可不對熱精軋鋁板進行任何中間退火處理，因此可大幅縮短製作時間，減少能耗。在一些示範例子中，冷軋製程之裁減率為約85%至約88%。此外，冷軋後之鋁罐用料的厚度可例如為約0.275mm至約0.31mm。

藉由在熱粗軋製程時，導入控溫軋延的作法，而在不延長熱軋時間的原則下，將熱精軋機之入口與出口的溫度拉近至適當範圍，即低入口溫度與高完軋溫度，藉此延長有利於改善鋁罐用料之凸耳的立方集合組織生長的時間。而且，透過溫控的作法，可使鋁罐用料在高速下穩定生產，而可兼顧極大化鋁罐用料之立方集合組織的含量與產量。此外，藉由適當組合熱粗軋之下軋量與軋速等軋延規程、以及潤滑冷卻液的噴灑，可使鋁板可以較低入口溫度進入熱精軋機，如此一來，不但鋁板的板形可得到妥善控制外，亦可使得鋁板於熱粗軋完軋後的溫度更為均勻，例如熱粗軋鋁板之寬度方向的平均溫差可小於約10%，而可使熱軋鋁捲的機性差異大幅縮小，因此鋁罐用料成品之性質的均勻性自然提高。至於鋁罐用料的耳率更可穩定控制在小於1.5%。

以下利用多個實施例與比較例來說明運用本發明實施例所製作之鋁罐用料在耳率上的改善。各實施例與比較例之相關製程參數、及鋁罐用料成品厚度與凸耳率記錄於下表1中。

其中，上表1之溫度均為沿板材之寬度方向的5點平均值。

各實施例與比較例之熱軋鋁捲性質與成品性質記錄於下表2。

在上表2中，「◎」代表優，「○」代表尚可，「×」代表劣，而「-」代表無法進行或無法量測。

根據表2可知，實施例1~4利用本發明所設計之熱粗軋製程與熱精軋製程所製作出之熱軋鋁捲的抗拉強度與伸長率、以及成品的抗拉強度與耳率等機械性質皆相當均勻。而且，不但機械性質均勻，且鋁罐用料的耳率更可限制在小於1.5%。因此，本發明實施例的運用可大幅降低客戶的廢料量。而且，在斷罐率方面，由於鋁罐用料成品的均勻度大幅提高，因此斷罐的表現十分優異。

比較例1和2在鋁胚成分、均質化條件、熱粗軋之起軋條件、熱完軋厚度等均大致與實施例類似，唯熱粗軋末五道之平均軋下量不同，其中比較例1之熱粗軋末五道之平均軋下量較低，而比較例2之熱粗軋末五道之平均軋下量較高。根據實驗結果與上表2可知，比較例1之最終成品性質雖然堪用，但因軋下量偏低，導致總粗軋道次增加，因此 製程時程偏長而費時，較不經濟。再者，比較例1在工程上也不易控制，板型不佳，故均勻性略差，性質表現僅是尚可。另一方面，根據實驗結果與上表2可知，比較例2之軋下量偏高，導致鋁板復熱的情形嚴重，即使提高溫降速率，也無法壓低完軋溫度，故鋁捲不但不均勻，且耳率亦偏高。

比較例3和4在鋁胚成分、均質化條件、熱粗軋之起軋條件、熱完軋厚度等均大致與實施例類似，唯熱粗軋末道軋速不同，其中比較例3之熱粗軋末道軋速較低，而比較例4之熱粗軋末道軋速較高。由實驗結果與上表2可知，比較例3因軋速偏低，不但耗時且不經濟，且因滯留於轉送台之時間過長，熱軋捲之性質反而不均，故成品性質稍差。軋速過快之比較例4則會因絕熱效應，而無法有效降溫，因此故成品性質不佳。

比較例5在鋁胚成分、均質化條件、熱粗軋之起軋條件、熱完軋厚度等均大致與實施例類似，唯不使用熱粗軋潤滑冷卻液作為輔助冷卻。由實驗結果與上表2可知，這樣將導致熱軋失敗率偏高，工安風險也高，且因成品性質不均勻以及精軋入口溫度偏高等原因，導致成品性質不佳。

比較例6在鋁胚成分、均質化條件、熱粗軋之起軋條件、熱完軋厚度等均大致與實施例類似，但其溫降速率過快，故雖可透過參數適當組合，而獲得最低之粗軋完軋溫度與精軋入口溫度，但因溫度過低有超過軋機設備能力的風險，無法生產。

比較例7和8在鋁胚成分、均質化條件、熱粗軋之起軋條件、熱完軋厚度等均大致與實施例類似，唯熱精軋之完軋溫度不同，其中比較例7之熱精軋完軋溫度偏低，而比較例8之熱精軋完軋溫度偏高。由實驗結果與上表2可知，比較例7因熱精軋完軋溫度偏低，導致熱軋捲無法自行退火，而無法順利完成再結晶，因此鋁罐用料之立方組織含量不足，耳率偏高。而且，鋁捲均勻性也不佳，因此斷罐頻率也顯著提高。另一方面，比較例8因熱精軋完軋溫度偏高，導致立方組織含量下降過多，而使得成品於深沖時發生極不均勻之雙耳現象，導致客戶無法生產。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之鋁罐用料之製造方法藉由熱軋之軋延規程，例如包含下軋量、軋速與潤滑冷卻液等的適當組合，在不延長熱軋時間的原則下，於軋延過程中調控溫降速率，藉此達到低熱精軋機入口溫度與高完軋溫度，以增加利於改善凸耳之立方集合組織的成核與生長時間，進而可改善高深沖產品之耳率。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之鋁罐用料之製造方法可縮小熱粗軋板之溫度變異，因此鋁板之溫度分布更為均勻，而可大幅縮小熱軋捲之機性差異，達到強化熱軋捲之內質的目的，進而可有效提升最終成品之均勻性。故，最終所製得之成品不僅可符合客戶規範要求，且其破罐比例也明顯降低。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種鋁罐用料之製造方法，包含：提供一鋁胚，其中該鋁胚為AA3xxx系鋁合金；對該鋁胚進行一均質化處理，其中該均質化處理之一溫度為580℃至640℃，且該均質化處理之一持溫時間為大於或等於12小時；對該鋁胚進行一熱粗軋製程，以形成一熱粗軋鋁板，其中該熱粗軋製程包含複數道熱粗軋步驟，且該些熱粗軋步驟中的末五道熱粗軋步驟之一平均軋下量為20mm至30mm，該些熱粗軋步驟中的末道熱粗軋步驟之一軋速為10s^-1至30s^-1，進行該熱粗軋製程時包含對該鋁胚噴灑一潤滑冷卻液；對該熱粗軋鋁板進行一熱精軋製程，以形成一熱精軋鋁板，其中該熱精軋製程之一精軋機入口溫度為390℃至440℃，且該熱精軋製程之一完軋溫度為320℃至355℃；以及對該熱精軋鋁板進行一冷軋製程，以形成一鋁罐用料。
2. 如申請專利範圍第1項之鋁罐用料之製造方法，其中該鋁胚為AA3004鋁合金或AA3104鋁合金。
3. 如申請專利範圍第1項之鋁罐用料之製造方法，其中該熱粗軋製程之一起軋溫度為480℃至540℃。
4. 如申請專利範圍第3項之鋁罐用料之製造方法，其中該鋁胚於該起軋溫度下持溫1小時至2小時。
5. 如申請專利範圍第1項之鋁罐用料之製造方法，其中在該熱粗軋製程中，於起軋後，該熱粗軋製程之一溫降速率為1℃/s至10℃/s。
6. 如申請專利範圍第1項之鋁罐用料之製造方法，其中於該熱粗軋製程後，該熱粗軋鋁板之寬度方向的平均溫差小於10%。
7. 如申請專利範圍第1項之鋁罐用料之製造方法，其中該冷軋製程之一裁減率為85%至88%。
8. 如申請專利範圍第1項之鋁罐用料之製造方法，其中於該熱精軋製程與該冷軋製程之間，不對該熱精軋鋁板進行任何中間退火處理。
9. 如申請專利範圍第1項之鋁罐用料之製造方法，其中於該冷軋製程後，該鋁罐用料之一厚度為0.275mm至0.31mm。