铝板带箔材在包装及容器工业中的开发应用

   2023-08-21 互联网2570

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  轻量化一直是易拉罐的发展趋势。随着制罐企业封缝机械和其它技术的不断进步,罐体用铝带材的厚度已由上世纪的0.343咖减为0.250 mm;罐盖用铝带材的厚度也由原来的0.39HⅡn减为0.24mm。为提高生产效率,各制罐厂家也在依靠先进技术不断提高罐体的成形速度,上世纪80年代中期,美国易拉罐生产线的生产能力都在800罐/min左右,而目前已达2 000罐/min。

  综上所述,随着生产技术的不断改进、易拉罐的轻量化和成形速率的提高,对铝带材的性能提出了更加严格的要求。只有不断地提高铝带材的精度、表面质量、内在冶金质量及成形性能,才能适应易拉罐的生产需要。

  2.3 提高易拉罐用铝带材质量的主要工艺措施

  高精度铝合金带材的生产过程主要包括熔炼铸造、铣面、均匀化和加热、热粗轧、热精轧、精整、剪切、退火等工艺过程。要使带材具有良好的深冲成形性能、抗疲劳、抗腐蚀、优良的表面质量、较高的强度、足够的塑性、小制耳率和严格的尺寸偏差,就要求材料具有合适的化学成分,优异的冶金质量,合理的织构和板形公差等。要达到这些要求,必须对铝带材的各个生产环节进行有效的控制,成分控制、铝熔体处理及热轧工艺优化等是提高带材质量的关键环节。

  目前各国主要采用3104合金作为罐体材料,该合金的Mn、Mg含量均为1%左右。添加Mn可以提高合金强度,Mn低于0.5%时强度不足,但高于2%时则在A1一Mn—Fe系合金结晶过程中形成粗大的一次晶化合物,使材料的成形性能变差,并可能导致罐体成形时产生针孔或撕裂;Mg能比Mn更有效地提高合金强度。Mg低于0.2%时则强化作用不足,增加Mg含量可以提高带材的屈服强度,但高于2%时带材的变薄拉伸性及罐底凸缘成形性能变差,且在拉伸时易造成罐体划伤;Si在A1一Mn—Fe合金中可以促使一次晶化合物转变为a相,改善变薄拉伸性能,同时si还与Mg形成gzSi析出相从而提高带材强度,因此si含量必须在0.1%以上,但不得超过0.5%,否则会降低加工性能;Fe与Mn形成(FeMn)A1化合物,对拉深有利,因此其含量应大于0.2%,但大于0.7%时会恶化成形性能;Cu含量低于0.05%时不能起强化作用,而大于0.5%时会降低耐蚀性能。

  为了避免形成粗大金属间化合物,在DC铸锭中,Fe、Mn、Mg含量应满足以下关系:W(Fe)+W(Mn)×1.07+W(Mg)×0.27<.0%W(Fe)+W(si)<0.9%铸锭质量对后续加工和最终产品性能有着决定性作用,因此对铝熔体进行排杂、除气净化是提高其冶金质量的关键。国内外在铝熔体净化处理技术方面已做了大量的工作,开发出了一些较先进的净化方法与装置,如SNIF法、ALPUR法、RDU快速除气法、RID法、旋转叶轮法、FIL1)法、MINT法等。这些方法或装置大多数是从除气净化的角度出发设计的,其除氢效率虽然比较明显,但对于一些纯净度要求较高的高成形性铝材仍很难满足要求。

  长期研究发现,夹杂物与氢气之间存在着某种相互依存的关系,夹杂物是形成气孔的主要因素,因此进行高效排杂处理也是提高铝材冶金质量的关键。

  此外,铝熔体处理还包括变质处理和晶粒细化处理等。粗大的一次晶及大晶粒组织等对铝带材性能的影响也很突出。研究表明,当一次晶化合物长度超过459.m时,则会增加翻边裂口的频率及变薄拉伸中的撕裂;冷轧板材晶粒宽度大于25,ttm时,罐体颈缩成形性能变差,且不能有效减薄罐体壁厚。

  由于易拉罐用铝合金带材自身的特殊性,必须采用热轧供坯的生产工艺。在热轧过程中必须合理地控制带坯的冶金组织、力学性能、表面质量、几何尺寸、板形等,以满足后续加工和最终产品的质量要求。

  一般情况下,用作罐体料的AA3004/3104 铝合金带材的加工工艺过程是:半连续铸造(铸锭厚度500—750rain),580~610℃均匀化处理4~12h,约530—550℃进行热粗轧、热精轧,终轧厚度2~3.5rain。对制耳率的控制是相当关键的,若制耳率较大,不仅会增加修边量,浪费材料,增加生产成本,而且在深冲和变薄拉深过程中容易在两制耳间产生开裂。目前罐料生产企业为降低制耳率所采取的措施主要是控制热轧的终轧温度,使材料处于完全再结晶状,再严格控制冷轧变形量,最终使带材的轧制织构占再结晶织构的25%左右。3104合金带材热轧终了温度高于300℃时,有利于形成再结晶立方织构,增大再结晶织构量的比例,从而抑制制耳率。采用1+4式热连轧生产线轧制罐料时,粗轧带坯厚度为3O~48mm温度为400~410℃,喷淋乳液冷却到350~36℃后,再经热精轧轧至厚2.5mm;若第4机架的轧制速度大于400m/mn,则带坯的温度可达325℃,成卷后自然冷却,材料可达充分再结晶状态,其再结晶立方织构可达85%以上;再冷轧3道次可达到0.28mm厚、H19状态,冷轧织构与再结晶立方织构的搭配最为合理,带材的制率最低。当然,制耳率与材料中夹杂物粒子的大小与多少也有关系,粒子越细,分布越均匀,有利于降低制耳率。

 
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