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CN1191578A - 铝合金罐坯的制备方法 - Google Patents

铝合金罐坯的制备方法 Download PDF

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CN1191578A
CN1191578A CN96195753A CN96195753A CN1191578A CN 1191578 A CN1191578 A CN 1191578A CN 96195753 A CN96195753 A CN 96195753A CN 96195753 A CN96195753 A CN 96195753A CN 1191578 A CN1191578 A CN 1191578A
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R·E·小桑德斯
S·F·保曼
W·B·斯逖沃桑
S·L·帕尔莫
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Abstract

本发明涉及改进的生产铝合金罐体坯和罐盖坯的方法,该坯材是特别适于制造铝合金罐体和罐盖的。该制备罐体坯的方法包括轧铸成厚度小于约1—5mm的铝合金带,接着将该带退火,冷轧,连续退火、淬火及冷轧至合乎要求的尺寸。此后该铝合金板可用来制铝合金罐体。该方法产生具有改进的综合的强度和出耳性能以可接受的表面特点。还公开了可用于该要求保护的工艺的独特的合金。按另一实施方案,可通过轧铸,最好不作预先热处理的冷轧、连续退火、淬火和冷轧至合乎要求的尺寸来制备罐盖。

Description

铝合金罐坯的制备方法
本发明涉及铸造铝合金板材的改进的制备方法，更确切地说，涉及制备具有高强度、良好的成耳性能和表面特性的罐体和罐盖坯的方法并涉及其相关合金。
在制备铝合金罐体坯和罐盖坯时，众所周知，开始用大约12～24英寸厚的AA3004或5182合金扁锭，然后通过热轧和冷轧逐渐地把厚度减小到所需最终尺寸，其间用加热处理和表面处理使材料得到所需性能。用于制备罐体坯的典型的现有技术工艺包括使用3004合金，它被铸成厚22英寸、宽65英寸的锭。该锭的轧制表面以在每边去除0.5英寸去皮。然后该锭经过预加热/均匀化处理，其中，它被加热到1100°F，保温4小时然后冷却到轧制温度。然后在可逆热轧机中把此锭热轧成1.5英寸的坯，接着在多机架热连轧机中热轧到0.120英寸再冷轧到0.011英寸。这种方法很耗费时间并包含许多工艺步骤。
虽然一直建议用双辊式铸造法制备铝合金罐体板材，但这种措施有显著的不合要求的特点。该缺点是需要经济地禁止一些工艺步骤，并且强度、成形性、表面质量和成耳性能不令人满意。
在D.Teirlinck等人所写的、发表在由H.D.Merchant等人编辑的“有色金属及合金的连续铸造”(矿物、金属和材料学会1989)内的文章“Effectof Homogenization on the Behavior of Roll Cast 3004 for Can Stock”中，报道了拉伸试验对于轧铸3004的机械性能，如成耳和卡咬方面的微观组织特性的评价。得出的结论是单靠均匀化不能得到用于制备罐体坯材的刚性容器板材的所需最佳性能。该被公开的内容的实施包括使用含有1～2重量百分比的Si和最高3.0重量百分比的Mg的3004合金。对低温均匀化和高温均匀化进行了对比。还公开了使用轧铸带坯的分批退火，然后冷轧，再分批退火和再冷轧。
U.S.4,872,921公开了通过拉拔和展薄制得用于生产罐体的铝合金板材及相关方法。公开了含镁铝合金，例如3004和5182。该专利公开了在板材表面分散小颗粒的无定形的铝氧化物和晶态的镁、铝氧化物。该方法包括对该铸带材进行分批退火，然后冷轧，接着以比第一次分批退火步骤低的温度和更短的时间进行分批退火。然后冷轧该带材，接着酸洗、表面清刷和分批退火，再冷轧。
U.S.4,855,107公开采用适于制备罐盖和罐体的薄铝板材状的高Si、改进了的3xxx合金。它公开了将带材连续浇铸到4～20mm的厚度，优选地6～12mm的厚度。该带坯然后被加热到500℃～620℃保温2～20小时以使该金属均匀化，接着冷轧到中间厚度，然后该带材被加热到500℃～600℃保温0.5～10分钟，然后在空气中急冷再冷轧到最终厚度。
U.S.4,111,721公开了使用3003和3004铝合金板材来制备拉拔和展薄的容器。通过轧铸，然后冷轧、退火、再冷轧、分批退火，和再冷轧制备该板材。其首要目的是减少在为制备拉拔和展薄的容器所需的严酷金属加工过程中的擦伤。还参见U.S.4,238,248，其中3004铝合金被铸成坯、以多机架工序热轧、冷轧、连续退火，和再冷轧以便提高强度并改善成耳性能。
U.S.4,441,933公开了生产适于拉拔的铝板，其中该轧铸产品经机械清刷或经喷气进行清理处理，然后进行分批退火或连续退火。
U.S.4,517,034公开了用于罐的的条件的、含铬的3004合金的铝板。此轧铸坯材经分批退火，然后冷轧，接着再进行两个周期的分批退火和冷轧。还参见U.S.4,334,935，其中一种铝合金经双辊式轧铸，接着经坯料退火以使大多数的Mn以细小金属间粒子析出冷轧(冷轧中间进行退火)，以及最终的板材退火。
U.S.5,106,429公开了生产用于铝罐的带坯。它公开了将3004铝合金铸成带，然后此带经热轧、退火和冷轧。
U.S.4,269,632公开了一种把废铝转化成容器板材的方法，根据这种方法可生产出冲拔展薄的罐体和易拉罐盖。该工艺使用主要由：0.1～1.0百分比的硅、0.1～0.9百分比的铁、0.4～1.0百分比的锰、1.3～2.5百分比的镁、0.05～0.4百分比的铜、0～0.2百分比的钛，余量主要为铝构成的合金。该专利试验进行直接冷铸，接着去皮，预热，热粗轧(hot breakdownrolling)，连热轧，退火，冷轧和剪切，然后或者涂覆和生产罐盖或者生产罐体和涂覆。
尽管已有上述的公开文件，但仍急需一种有效的工艺来以较经济的方式生产有所需强度、成耳性能和表面特性制造铝合金罐板材。
本发明已满足了上述需求。在制造罐体坯材的本发明的优选实施中，通过轧铸一种主要由0.8～2.0百分比的Mn、0.4～1.5百分比的Fe、0.3～1.5百分比的Mg、0.1～0.4百分比的Cu、最高为0.4百分比的Si、余量主要为铝和常规杂质构成的合金来生产铝合金带材。然后该带材经过分批退火，接着冷轧到中间厚度。在中间尺寸下该带材经连续退火和在最后冷轧到最终尺寸之前急冷。快速的加热速率有助于使所需的重结晶达到能提高最终板材成形性的晶粒尺寸。本发明的一个重要方面是使用连续退火，它把高含量的溶质留在合金中。这反过来促进了冷轧过程中的快速加工硬化。结果，为产生所需性能所要求的冷加工量变少。这使产品得到高的成形性和性能。应当明白，不同于现有技术分批退火工艺，该连续退火有助于制造高强板材，它比传统5xxx盖坯或3xxx体坯有少得多的溶质和/或冷加工量。所得的盖坯材在更高的速率下加工硬化，使得有可能对罐盖坯材使用更低量的溶质以及减少罐体坯材的冷加工量以降低出耳率。
在本发明的另一个实施方案中制备了罐盖坯材。所用的合金主要由，0.2～1.0百分比的Mn、0.1～0.5百分比的Fe、1.0～3.0百分比的Mg、0.2～0.5百分比的Cu、最高0.3百分比的Si，其余主要为铝和常规杂质构成。制备罐盖坯材的工艺优选地是本文中公开的用于制备罐体坯材的工艺，但可省去分批退火而且铸材应冷轧到中间退火尺寸而不先进行热处理。
因为传统方法涉及到用所说的冷轧铝合金板生产多量的铝罐体，以这种方式制造的板材可通过传统方法制成罐体和罐盖。
所考虑的是：
提供一种制备铝合金板的工艺来制造具有改进的强度、表面特性和成耳性能的铝合金罐体和罐盖板材；
制造这种有所需表面质量的板材以便提高生产效率并把生产成本保持在合理范围，是无须在最后冷轧前表面清理或处理而达到的。
提供一种能用轧铸薄带坯制造铝罐体和罐盖，而不需使用铸锭或坯、修整和热轧工艺的方法。
提供一种使用独特合金制造这种板材的方法。
制造在强度、出耳和表面质量方面适于用在生产罐体和罐盖的铝合金板材；及
提供一种用于制造铝合金罐体板材和罐盖板材的独特铸造合金。
从下述本发明的详细描述可更充分地理解本发明。
本发明已满足了前文中所述的需求。在制造罐体坯材时按本发明优选实施时，通过把一种合金轧铸到约1～5mm的厚度来生产铝合金带坯。该合金主要由0.8～2.0百分比的Mn、0.4～1.5百分比的Fe、0.3～1.5百分比的Mg、0.1～0.4百分比的Cu、最高0.4百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成。按本发明的优选实施方案，从一种主要含有1.2～1.6百分比的Mn、0.6～0.9百分比的Fe、0.3～0.7百分比的Mg、0.25～0.35百分比的Cu、最高0.4百分比的Si、其余主要为铝和正常杂质的可铸铝合金制备该罐体坯材。此轧铸带优选厚度为1～5mm。然后该带材在约580℃～610℃下进行约2～16小时的分批退火。接着冷轧到约0.35～0.7mm的中间厚度并使该中间尺寸的带材在约450℃～560℃下进行小于1分钟的连续退火。然后该带材经空气中或水中急冷再冷轧到所需尺寸，即0.2～0.4mm，优选地为0.2～0.3mm。
在制造罐盖坯材的本发明另一实施方案中，所用合金主要由0.2～1.0百分比的Mn、0.1～0.5百分比的Fe、1.0～3.0百分比的Mg、0.2～0.5百分比的Cu、最高0.3百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成。用于罐盖坯材的该优选铝合金是一种主要由0.5～0.8百分比的Mn、0.1～0.3百分比的Fe、1.5～2.5百分比的Mg、0.3～0.5百分比的Cu、最高0.2百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成的合金。
在制备罐盖坯材时，可使用前文中所述的制造罐体坯材的工艺，但可省去分批退火而且此铸材应冷轧到中间退火厚度而不进行先前的热处理。中间厚度优选地为0.5～1.0mm。下一步的连续退火优选地在450℃～520℃下进行小于1分钟。然后该带坯冷轧到为0.15～0.4mm，优选地为0.2～0.3mm的最终尺寸。
根据上述方法制备的板材可分别通过传统拉拔和展薄方法制成罐体或通过传统手段制成罐盖。
用这些方法制备的板材可生产出分别比用传统12～24英寸厚的锭坯制造的3004罐体板材或5182罐盖板材有更好的强度和出耳性能组合及可接受的表面特性的铝合金罐体板和盖板。所有这些都是在除了在轧铸过程中所经历的有效热轧之外不需要表面清理或其它表面处理或终冷轧前的热轧而实现的。
在本发明的另一实施方案中，落在本文中所揭示的用于制造罐体坯材的方法的两个范围之一的任一种铝合金可通过本文中揭示的制备罐盖坯材的方法加工。该实施方案制造的罐板材可用于生产罐体或者罐盖。以这种方式下同一板材可用于两个目的。
因而应当明白，本发明提供了一种制备具有高强度和所需表面特性及成耳性能的铝合金板材的又经济又有效的手段。所有这些的实现方式是通过省去在铸态产品和冷轧阶段之间的许多现有技术热工艺和清理工艺而提高了生产速度。浇铸相对薄的扁坯、所用的热处理和选择并使用特定的优选合金部分地有助于实现这点。本发明在制造用于铝合金罐体和罐盖的板材方面是尤为有用的。
虽然为了示例说明，本文描述了本发明的实施方案，但对那些在本领域的普通技术人员来说，很显然可进行许多细节的变动而不偏离在所附的权利要求中所限定的本发明。

Claims (43)

1  一种铝合金罐体坯材的制备方法，它包括：
使用一种主要由0.8～2.0百分比的Mn、0.4～1.5百分比的Fe、0.3～1.5百分比的Mg、0.1～0.4百分比的Cu、最高0.4百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成的合金，作为所说的铝合金，
轧铸成厚度为约1～5mm的一种铝合金带，
将所说的带在约580℃～610℃下进行约2～16小时的分批退火，
冷轧所说的带，
将所说的冷轧带坯在约450℃～560℃下进行小于1分钟的连续退火，
将所说的带淬火，并，
把所说的带坯冷轧到所需尺寸的铝合金板。
2  根据权利要求1的方法，它包括，
通过第一次冷轧步骤达到0.35～0.7mm的带厚度。
3  根据权利要求2的方法，它包括，
通过第二次冷轧步骤达到0.2～0.3mm的带厚度。
4  根据权利要求2的方法，它包括，
所说的淬火使用空气淬火。
5  根据权利要求2的方法，它包括，
所说的淬火使用水淬火。
6  根据权利要求3的方法，它包括，
不预先热轧所述的带而进行所述的第二次冷轧。
7  根据权利要求1的方法，它包括，
所说的带不进行任何预先表面处理即进行第二次冷轧。
8  根据权利要求1的方法，它包括，
所说的合金主要由1.2～1.6百分比的Mn、0.6～0.9百分比的Fe、0.3～0.7百分比的Mg、0.25～0.35百分比的Cu、最高0.4百分比的Si、其余主要为铝和正常杂质构成。
9  一种铝合金罐体的制备方法，它包括：
作为所说的铝合金，使用一种主要由0.8～2.0百分比的Mn、0.4～1.5百分比的Fe、0.3～1.5百分比的Mg、0.1～0.4百分比的Cu、最高0.4百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成的合金，
轧铸成厚度为约1～5mm的一种铝合金带，
将所说的带在约580℃～610℃下进行约2～16小时的分批退火，
冷轧所说的带，
将所说的冷轧带在约450℃～560℃下进行小于1分钟的连续退火，
将所说的带淬火，
把所说的带冷轧成所需尺寸的铝合金板，并，
用所说的冷轧铝合金板制造多种铝罐体。
10  根据权利要求9的方法，它包括，
通过第一次冷轧步骤实现0.35～0.7mm的带厚度。
11  根据权利要求10的方法，它包括，
通过第二次冷轧步骤实现0.2～0.3mm的带厚度。
12  根据权利要求11的方法，它包括，
所说的淬火使用空气淬火。
13  根据权利要求11的方法，它包括，
所说的淬火使用水淬火。
14  根据权利要求11的方法，包括，
所说的带在进行第二次冷轧前不进行预先的热轧。
15  根据权利要求9的方法，它包括，
所说的带坯在进行第二次冷轧前不进行任何预先的表面处理。
16  一种可用于制造铝合金罐体板材的可铸造的铝合金，它主要由0.8～2.0百分比的Mn、0.4～1.5百分比的Fe、0.3～1.5百分比的Mg、0.1～0.4百分比的Cu、最高0.4百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成。
17  根据权利要求16的合金，它包括，
主要由1.2～1.6百分比的Mn、0.6～0.9百分比的Fe、0.3～0.7百分比的Mg、0.25～0.35百分比的Cu、最高0.4百分比的Si、其余主要为铝和正常杂质构成的所述的合金。
18  一种铝合金罐盖坯材的制备方法，它包括：
作为所说的铝合金，使用一种主要由0.2～1.0百分比的Mn、0.1～0.5百分比的Fe、1.0～3.0百分比的Mg、0.2～0.5百分比的Cu、最高0.3百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质的合金构成的合金，
轧铸成厚度为约1～5mm的一种铝合金带，
冷轧所说的带，
将所说的冷轧带在约450℃～560℃下进行小于1分钟的连续退火，
将所说的带淬火，并，
把所说的带冷轧成所需尺寸的铝合金板。
19  根据权利要求18的方法，它包括，
通过第一次冷轧步骤实现0.5～1.0mm的带厚度。
20  根据权利要求19的方法，它包括，
通过第二次冷轧步骤实现0.15～0.4mm的带厚度。
21  根据权利要求19的方法，它包括，
所说的淬火使用空气淬火。
22  根据权利要求19的方法，它包括，
所说的淬火使用水淬火。
23  根据权利要求19的方法，它包括，
在实施第一次冷轧前所说的带不进行预先的热轧。
24  根据权利要求23的方法，它包括，
在实施第一次冷轧前所说的带不进行预先的热处理。
25  根据权利要求19的方法，包括，
所说的带坯在实施第二次冷轧步骤前不进行预先的热轧。
26  根据权利要求25的方法，包括，
所说的带坯在实施第二次冷轧步骤之前不进行任何预先的表面处理。
27  根据权利要求19的方法，它包括，
所说的合金主要由0.5～0.8百分比的Mn、0.1～0.3百分比的Fe、1.5～2.5百分比的Mg、0.3～0.5百分比的Cu、最高0.2百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成。
28  一种铝合金罐盖的制备方法，包括：
作为所说的铝合金，使用一种主要由0.2～1.0百分比的Mn、0.1～0.5百分比的Fe、1.0～3.0百分比的Mg、0.2～0.5百分比的Cu、最高0.3百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成的合金，
轧铸成厚度为约1～5mm的一种铝合金带，
冷轧所说的带，
将所说的冷轧带在约450℃～560℃下进行小于1分钟的连续退火，
将所说的带淬火，并，
把所说的带坯冷轧成所需尺寸的铝合金板，
由所说的冷轧铝合金板生产多种铝合金罐盖。
29  根据权利要求28的方法，它包括，
通过第一次冷轧步骤实现0.5～1.0mm的带厚度。
30  根据权利要求29的方法，包括，
通过第二次冷轧步骤实现0.15～0.4mm的带厚度。
31  根据权利要求28的方法，它包括，
所说的淬火使用空气淬火。
32  根据权利要求28的方法，它包括，
所说的淬火使用水淬火。
33  根据权利要求28的方法，它包括，
在实施第一次冷轧之前所说的带不进行预先的热轧。
34  根据权利要求33的方法，它包括，
在实施第一次冷轧之前所说的带不进行预先的热处理。
35  根据权利要求29的方法，它包括，
所说的带在实施第二次冷轧步骤之前不进行预先的热轧。
36  根据权利要求35的方法，包括，
所说的带在实施第二次冷轧之前不进行任何预先的表面处理。
37  根据权利要求29的方法，它包括，
所说的合金主要由0.5～0.8百分比的Mn、0.1～0.3百分比的Fe、1.5～2.5百分比的Mg、0.3～0.5百分比的Cu、最高0.2百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成。
38  一种用于制造铝合金罐盖板材的铝合金，它主要由0.2～1.0百分比的Mn、0.1～0.5百分比的Fe、1.0～3.0百分比的Mg、0.2～0.5百分比的Cu、最高0.3百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成。
39  根椐权利要求38的可铸铝合金，它包括，
所说的合金主要由0.5～0.8百分比的Mn、0.1～0.3百分比的Fe、1.5～2.5百分比的Mg、0.3～0.5百分比的Cu、最高0.2百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成。
40  一种罐坯的制备方法，包括：
作为所说的铝合金，使用一种主要由0.8～2.0百分比的Mn、0.4～1.5百分比的Fe、0.3～1.5百分比的Mg、0.1～0.4百分比的Cu、最高0.4百分比的Si，其余主要为铝和正常杂质构成的合金，
轧铸成厚度为约1～5mm的一种铝合金带，
冷轧所说的带，
将所说的冷轧带在约450℃～560℃下进行小于1分钟的连续退火，
将所说的带淬火，并，
把所说的带坯冷轧成所需尺寸的铝合金板。
41  根据权利要求40的方法，它包括，
所说的合金主要由1.2～1.6百分比的Mn、0.6～0.9百分比的Fe、0.3～0.7百分比的Mg、0.25～0.35百分比的Cu、最高0.4百分比的Si、其余主要为铝和正常杂质构成。
42  根据权利要求41的方法，它包括，
用所说的方法制备罐体坯。
43  根据权利要求41的方法，它包括，
用所说的方法制备罐盖坯。
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