一种罐体用铝合金板材及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种罐体用铝合金板材及其制备方法。通过对主要合金元素Mn、Mg、Fe、Si配比优化以及金属间化合物分布的精确调控，有效降低穿孔发生率。该产品同系再生材利用率≥50％，且具有独特的遗传性组织特征：均匀化前铸锭低倍截面2μm以上疏松面积比0.05

【技术实现步骤摘要】
一种罐体用铝合金板材及其制造方法


[0001]本申请涉及金属材料及其加工
，尤其涉及一种具有优良耐穿孔性能、低成本的罐体用铝合金板材及其制备方法。

技术介绍

[0002]与镀锡钢罐相比，铝罐以其质轻、耐蚀、热导性能好、加工成形性好、易回收利用、印刷后加工简单、环保等优点，成为金属包装业用量最的大材质之一。罐体用铝合金板材可通过对大规格铝合金扁铸锭实施均匀化处理、热轧、冷轧制造而成。对制得的板材进行脱脂清洗、涂油后，可通过杯体成形、清洗、干燥、涂装、烘烤、缩颈以及凸缘加工等工序来制造啤酒及饮料用罐体。
[0003]啤酒及饮料用罐体需具有一定耐压强度，但经烘烤后，罐体强度会降低。为了减少烘烤后强度的衰减，需对包括杂质元素在内的合金化元素的固溶量、相对含量、析出量进行优化调控。若调控不当，穿孔风险较高的基板将流入下游制罐企业。由于下游企业制罐后追溯困难，为保险起见，往往对穿孔缺陷的基板采取整批隔离或退货，其索赔额不仅包含罐体本身，还涉及整罐价值以及用户体验，往往超出罐体成本很多倍，造成巨大的损失及资源浪费。因此，如果能够将再生铝材进行应用，则将对生态环境、能源利用带来长期的巨大收益。
[0004]目前，铝罐的废料回收、再生技术与综合利用越来越受到产品开发端的重视。但是，废料的再生利用引入更多杂质元素如Fe、Si等元素，对现有再生材料利用率以及质量管控带来更为严峻的考验。然而，对包含杂质元素在内的合金元素精确调控的水平直接影响低成本材料的应用范围，因此，在不断增加再生材的使用比例的基础上，提高对铝合金的金属间化合物种类及相对含量、尺寸分布、空间分布的精确调控能力，是设计低成本高性能变形铝合金包装材料的不可回避的首要问题。
[0005]在现有的罐体用铝合金板材中，还没有一种能够实现同时具有较低的成本、较高的再生铝材利用率，还依然具备低穿孔率的材料。因此，如何制造能同时兼备低成本且穿孔发生率低的环保新型铝合金，是变形铝合金产品开产业急需解决的问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，专利技术人对铝材料组成成分、杂质分布进行了服役模拟试验，发现基体中金属间化合物的类型以及尺寸空间分布(Spatial size distribution feature)与罐体料穿孔缺陷的发生率密切相关。
[0007]基于此，本申请的目的之一在于提供一种罐体用铝合金板材，其采用同系的罐体再生材料制备而成，所述罐体用铝合金板材按质量百分比计，包括Mn：0.70～1.35％，Mg：0.80～1.55％，Si：0.30～0.50％，Fe：0.40～0.75％，Cu：0.15～0.35％，Zn：0～0.30％，Ti：0～0.08％，混合稀土CeLa：0.005～0.008％，余量为Al及其他不可避免的杂质；其中，Fe/Si的质量比大于1.5；并且，所述同系的罐体再生材添加量占所述铝合金板材总重量的50％以上。
[0008]在一些现有技术中，为解决高Si废料制得的罐体强度不足的问题，会将Fe/Si质量比控制在1以下，但这种方案并不能使穿孔缺陷得到解决。本申请考虑到铝合金再生材中Si、Fe元素会对微观组织和产品性能造成负面影像，本申请提供的罐体用铝合金板材在化学组分的设计时限定Fe/Si的质量比大于1.5，并适当提高Mg的相对含量，从而克服了Si、Fe对微观组织和产品性能造成的负面影响。
[0009]该技术方案加入痕量稀土元素以夺取残留在熔体中的高熔点高硬度金属氧化夹杂物SiO2、MnO2、FeO、Al2O3中的氧，以对氧化物进行塑性改质，从而提高主要合金元素的固溶量。由于Ti元素和Al元素形成的AlTi3相控制不好容易形成较为粗大的第二相，而添加了再生材(铝罐等废料)后，原废料中的多余Ti元素依然存在，熔融铸造后，容易与Al元素析出形成AlTi3粗大第二相，此时若还添加AlTiB变质剂来细化晶粒，则易造成基体中Ti元素的含量偏高。考虑到稀土元素容易与B元素形成ReB化合物，成为形核点并抑制晶粒长大，有晶粒细化效果，这样就能够适当降低细化剂Al
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Ti
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B的相对含量。
[0010]此外，由于同系罐体再生材的添加量占金属总质量的50％以上，大幅降低了原铝投入，有利于低碳生产性价比高的罐体用铝合金用材。
[0011]进一步地，罐体用铝合金板材中5μm以上的AlFeMnSi等金属间化合物相和夹杂物的总面积比范围为0.08％～0.80％；和/或0.5～5μm的金属间化合物相和夹杂物的总面积比为0.3％
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1.5％。
[0012]由于金属间化合物边缘有尖锐的棱角，与基体塑性差距较大，极易在罐体成形的过程中诱发位错聚集，形成潜在开裂点；同时，金属间化合物之间存在相反作用力，形成空洞，也会在板材内部形成开裂点。因此，仅对小尺寸金属间化合物相比例进行调控并不能降低罐体穿孔的发生率。在现有技术中，通过对小尺寸金属间化合物相的面积含量进行限定以解决具有高的Si含量的罐体破裂问题。而本申请通过对不同尺寸的金属间化合物相和夹杂物的面积比进行控制，减小了应力集中情况的发生，进而解决了低成本薄铝合金板材的破裂问题。
[0013]进一步地，罐体用铝合金板材的AlFeMnSi相转化率为80～95％。
[0014]由于Fe在Al中的室温固溶度仅为0.002％，而在温度500℃时的固溶度也仅为0.005％，过剩的Fe与Al生成阴极性相FeAl3，造成局部耐蚀性降低。且Fe易与固溶强化合金元素Mn形成粗大片状(FeMn)Al6化合物，一方面消耗了固溶强化元素Mn的固溶量，造成烘烤软化；另一方面，金属间化合物的尺寸分布控制不当使得薄罐壁在罐内压下穿孔开裂的风险不断上升。基于过剩的Si与Mn形成复杂三元相Al12Mn3Si2，与Mg形成Mg2Si析出相，与Fe形成Al(FeMn)Si四元相，促使一次晶化合物转变为α相，且腐蚀电位大小关系为Mg2Si＞Al6Mn＞αAlFeMnSi＞α
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Al，因此提高αAlFeMnSi的相对比例对提高罐体料耐蚀性是有益的，且α相的比例对后续轧制过程中立方织构的调控也有不可忽略的正向影响。
[0015]进一步地，罐体用铝合金板材中的第二相尺寸不超过70μm。对第二相尺寸的调控能够有效降低铝合金罐体薄板材的穿孔失效缺陷发生率。
[0016]进一步地，罐体用铝合金板材的厚度为0.23～0.50mm。
[0017]对本申请提供的罐体用铝合金板材的主合金成分进行限定，并通过对αAlFeMnSi相转化率定量控制，使第二相分布更弥散更均匀，危害级尺寸分布进一步收窄。成罐后穿孔缺陷发生率较常规工艺产品降低10ppm以上，表现出了优异的耐穿孔性能。
[0018]本申请的另一目的在于提供一种罐体用铝合金板材的制备方法，包括下述步骤：
[0019]配料：加入同系的罐体再生材、铝锭、稀土金属以及金属添加剂进行配料，所述同系的罐体再生材的添加质量占料体总质量的50％以上；按质量百分含量计，控制料体中的M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种罐体用铝合金板材，其特征在于，采用同系的罐体再生材料制备而成，所述罐体用铝合金板材按质量百分比计，包括Mn：0.70～1.35％，Mg：0.80～1.55％，Si：0.30～0.50％，Fe：0.40～0.75％，Cu：0.15～0.35％，Zn：0～0.30％，Ti：0～0.08％，混合稀土CeLa：0.005～0.008％，余量为Al和其他不可避免的杂质；其中，Fe/Si的质量比大于1.5；并且，同系的所述罐体再生材添加量占所述铝合金板材总重量的50％以上。2.如权利要求1所述的罐体用铝合金板材，其特征在于，所述罐体用铝合金板材中5μm以上的金属间化合物相和夹杂物的总面积比范围为0.08％～0.80％；和/或0.5～5μm的金属间化合物相和夹杂物的总面积比为0.3％～1.5％。3.如权利要求1所述的罐体用铝合金板材，其特征在于，所述罐体用铝合金板材的AlFeMnSi相转化率为80～95％。4.如权利要求1所述的罐体用铝合金板材，其特征在于，所述罐体用铝合金板材中的第二相尺寸不超过70μm。5.如权利要求1所述的罐体用铝合金板材，其特征在于，所述罐体用铝合金板材的厚度为0.23～0.50mm。6.一种罐体用铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下述步骤，配料：加入同系的罐体再生材、铝锭、稀土金属以及金属添加剂进行配料，所述同系的罐体再生材的添加质量占料体总质量的50％以上；按质量百分含量计，控制料体中的Mn：0.70～1.35％，Mg：0.80～1.55％，Si：0.30～0.50％，Fe：0.40～0.75％，Cu：0.15～0.35％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛菲，何海铜，单长智，许晋，杨兵，章乃俊，胡莹，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：