一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法与流程

1.本发明涉及新材料技术领域，具体为一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的不断提高，啤酒、饮料等市场需求呈递增趋势，包装材料市场前景佳、效益空间可观。在众多包装材料中，铝制包装材料，特别是铝制罐盖和罐体料因其质轻、美观、易于封口、环境友好等优点，市场需求呈递增态势。其中，二片罐凭其性价比优势有望逐渐替代三片罐，预计到 2025 年，二片罐市场规模可达 280 亿元。
3.2021年国内电解铝产量3850万吨，铝加工材综合产量4470万吨，其中铝板带材总产量1335万吨，易拉罐身、罐盖用铝170万吨，增幅9.7%。同时，国内罐料减薄技术与国外存在一定差距。因此，减薄罐体和罐盖料的技术等问题亟待解决。在保持或提升罐盖料铝板带产品强度、韧性、冲压性和耐蚀性能的同时，对罐盖料进一步减薄，不仅可以节约资源，还可降低罐盖料生产企业的成本，对提升罐盖料生产企业及下游企业的市场竞争力和提高经济效益具有十分重要的现实意义。以罐盖料为例，对于 202 盖型、0.218 mm 厚度的盖料，一吨铝材能打 36 万只盖子，经验数据表明，制备材料减少 1μm，则后续制盖能够多生产大约 1700 只盖子，对于材料厂意味少卖铝材，但是对于制盖厂而言则可增加利润。
4.目前，5xxx系铝合金虽然具有较高的力学性能，但当mg的含量大于3.5wt.%时，合金容易在晶界或亚晶界处析出连续的β-mg2al3相，虽然β相的存在可以起到一定的强化作用，但β相与al基体不共格，析出相尺寸较大且形核困难，且β相的腐蚀电位为-1.29v，相较于基体的-0.73v腐蚀电位更小，β相在铝基体中作为阳极更容易腐蚀，导致5xxx系铝合金的腐蚀性能变差，限制5xxx系铝合金的应用范围。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，通过添加高比例的zn元素，使得5xxx系合金中原来沿晶界连续分布的β-mg2al3相，渐渐地被τ-mg32(al, zn)49相所取代，且呈现不连续分布，尺寸约为1-5μm，不连续分布的τ相与基体的电位差相较于β相更小，从而提高合金的耐蚀性，并提高了5xxx系铝合金的应用范围，可以有效解决背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的成分按质量百分比包括以下组分：si：≤0.2%、fe：≤0.35%、cu：≤0.15%、mn：0.2%-0.5%、mg：4%-5%、cr：≤0.1%、zn：x%、ce：0.05%-0.1%、ti：≤0.1%、余料为al。
7.作为本发明的一种优选技术方案，x的数值可以为0.05-0.4。
8.一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）铸锭：根据组分及质量百分比将各组分熔化混合，并制备铝合金铸锭；
（2）加热：将第一步中的铸锭在490℃-510℃下保温4-6小时；（3）热轧：经过1+4热连轧轧制成2.8mm厚度的热轧卷，热精轧出口终轧温度控制在310℃-340℃；（4）冷轧：将第三步中的热轧卷轧制到0.4-0.6mm；（5）中间切边：通过切边机将冷轧后的卷材进行切边处理；（6）冷轧：将切边后的坯料冷轧至0.200-00.208mm的厚度；（7）分切：通过分切机将第六步中的卷材分切成目标重量和规格。
9.作为本发明的一种优选技术方案，第三步中，使用1+4热连轧机进行轧制时，轧制中根据热轧坯料厚度匹配设定压下量、热粗轧轧制道次、热粗轧出口的中间板坯厚度、精轧出口温度，在扁锭从608mm到成品2.5-3.0mm的轧制过程中，把热轧坯料厚度和压下量分配相匹配。
10.作为本发明的一种优选技术方案，热粗轧轧制设置在31个道次分配，热粗轧轧制出口的中间板坯厚度设置在32mm。
11.作为本发明的一种优选技术方案，扁锭厚度608mm，中间板坯厚度32mm，粗轧31道次，热粗轧轧制的道次按出口厚度分配如下：602、590、576、562、546、529、511、492、472、452、431、410、388、367、345、323、300、278、256、234、212、189、167、144、121、99、81、65、52、41、32，单位均为mm。
12.作为本发明的一种优选技术方案，中间板坯厚度32mm，精轧道次按出口厚度分配如下：17、9、5、2.8，单位均为mm。
13.作为本发明的一种优选技术方案，第六步中，冷轧具体道次按出口厚度分配如下：2.8、1.67、0.97、0.62、0.43、0.200-0.208，单位均为mm。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明示例的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，通过添加高比例的zn元素，使得5xxx系合金中原来沿晶界连续分布的β-mg2al3相，渐渐地被τ-mg32(al, zn)49相所取代，且呈现不连续分布，尺寸约为1-5μm，不连续分布的τ相与基体的电位差相较于β相更小，从而提高合金的耐蚀性，并提高了5xxx系铝合金的应用范围。
15.本发明示例的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，加入合适比例的ce元素减少铝液中的含气量、 减少铝液中的夹杂物、 降低铝液中的有害元素含量，净化熔体质量，并且ce的加入可以增加液态金属的结晶核心、过冷度，且在析出相或生长相的表面生成一层吸附膜，阻碍晶粒继续长大，进而细化晶粒。
16.本发明示例的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，由于配料中使用了较高比例的zn，使得合金的自腐蚀电位发生正移，腐蚀电流密度逐渐减小，晶间最大腐蚀深度降低，说明合金耐蚀性增强，降低了应力腐蚀开裂的可能性；另外，本发明的罐盖料在保证强度和延伸率的同时，成品厚度的减薄大幅度提高材料的出盖率。
附图说明
17.图1为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
19.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的成分按质量百分比包括以下组分：si：0.086%、fe：0.1873%、cu：0.0807%、mn：0.338%、mg：4.82%、cr：0.0362%、zn：0.086%、ce：0.0122%、ti：0.0122%、余料为al。
20.一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）铸锭：根据组分及质量百分比将各组分熔化混合，并制备铝合金铸锭；（2）加热：将第一步中的铸锭在490℃-510℃下保温4-6小时；（3）热轧：经过1+4热连轧轧制成2.8mm厚度的热轧卷，热精轧出口终轧温度控制在310℃-340℃，轧制中根据热轧坯料厚度匹配设定压下量、热粗轧轧制道次、热粗轧出口的中间板坯厚度、精轧出口温度，在扁锭从608mm到成品2.5-3.0mm的轧制过程中，把热轧坯料厚度和压下量分配相匹配；热粗轧轧制设置在31个道次分配，热粗轧轧制出口的中间板坯厚度设置在32mm，扁锭厚度608mm，中间板坯厚度32mm，粗轧31道次，热粗轧轧制的道次按出口厚度分配如下：602、590、576、562、546、529、511、492、472、452、431、410、388、367、345、323、300、278、256、234、212、189、167、144、121、99、81、65、52、41、32，单位均为mm。
21.中间板坯厚度32mm，精轧道次按出口厚度分配如下：17、9、5、2.8，单位均为mm。
22.（4）冷轧：将第三步中的热轧卷轧制到0.4-0.6mm；（5）中间切边：通过切边机将冷轧后的卷材进行切边处理；（6）冷轧：将切边后的坯料冷轧至0.200-00.208mm的厚度，冷轧具体道次按出口厚度分配如下：2.8、1.67、0.97、0.62、0.43、0.200-0.208，单位均为mm；（7）分切：通过分切机将第六步中的卷材分切成目标重量和规格。
23.本方法生产的罐盖料用铝合金，具有超薄和高耐蚀特点，可有效降低因材料应力腐蚀造成的爆舌情况，可广泛应用于超薄罐盖料领域。
24.将各成分按上述质量百分比混合，并在实验室的条件下以：铸锭-加热-热轧-冷轧-中间切边-冷轧-分切的制备步骤制备出厚度为1.4mm的铝合金板带，该铝合金板带的性能参数如下：抗拉强度388.41mpa；屈服强度336.21mpa；延伸率6.43%。
实施例2：
25.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备
方法，该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的成分按质量百分比包括以下组分：si：0.083%、fe：0.201%、cu：0.0756%、mn：0.304%、mg：4.88%、cr：0.0295%、zn：0.195%、ce：0.102%、ti：0.0106%、余料为al。
26.一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）铸锭：根据组分及质量百分比将各组分熔化混合，并制备铝合金铸锭；（2）加热：将第一步中的铸锭在490℃-510℃下保温4-6小时；（3）热轧：经过1+4热连轧轧制成2.8mm厚度的热轧卷，热精轧出口终轧温度控制在310℃-340℃，轧制中根据热轧坯料厚度匹配设定压下量、热粗轧轧制道次、热粗轧出口的中间板坯厚度、精轧出口温度，在扁锭从608mm到成品2.5-3.0mm的轧制过程中，把热轧坯料厚度和压下量分配相匹配；热粗轧轧制设置在31个道次分配，热粗轧轧制出口的中间板坯厚度设置在32mm，扁锭厚度608mm，中间板坯厚度32mm，粗轧31道次，热粗轧轧制的道次按出口厚度分配如下：602、590、576、562、546、529、511、492、472、452、431、410、388、367、345、323、300、278、256、234、212、189、167、144、121、99、81、65、52、41、32，单位均为mm。
27.中间板坯厚度32mm，精轧道次按出口厚度分配如下：17、9、5、2.8，单位均为mm。
28.（4）冷轧：将第三步中的热轧卷轧制到0.4-0.6mm；（5）中间切边：通过切边机将冷轧后的卷材进行切边处理；（6）冷轧：将切边后的坯料冷轧至0.200-00.208mm的厚度，冷轧具体道次按出口厚度分配如下：2.8、1.67、0.97、0.62、0.43、0.200-0.208，单位均为mm；（7）分切：通过分切机将第六步中的卷材分切成目标重量和规格。
29.本方法生产的罐盖料用铝合金，具有超薄和高耐蚀特点，可有效降低因材料应力腐蚀造成的爆舌情况，可广泛应用于超薄罐盖料领域。
30.将各成分按上述质量百分比混合，并在实验室的条件下以：铸锭-加热-热轧-冷轧-中间切边-冷轧-分切的制备步骤制备出厚度为1.4mm的铝合金板带，该铝合金板带的性能参数如下：抗拉强度397.54mpa；屈服强度350.24mpa；延伸率6.04%。
实施例3：
31.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的成分按质量百分比包括以下组分：si：0.078%、fe：0.192%、cu：0.0803%、mn：0.321%、mg：4.8%、cr：0.0355%、zn：0.303%、ce：0.103%、ti：0.011%、余料为al。
32.一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）铸锭：根据组分及质量百分比将各组分熔化混合，并制备铝合金铸锭；（2）加热：将第一步中的铸锭在490℃-510℃下保温4-6小时；（3）热轧：经过1+4热连轧轧制成2.8mm厚度的热轧卷，热精轧出口终轧温度控制在310℃-340℃，轧制中根据热轧坯料厚度匹配设定压下量、热粗轧轧制道次、热粗轧出口的
中间板坯厚度、精轧出口温度，在扁锭从608mm到成品2.5-3.0mm的轧制过程中，把热轧坯料厚度和压下量分配相匹配；热粗轧轧制设置在31个道次分配，热粗轧轧制出口的中间板坯厚度设置在32mm，扁锭厚度608mm，中间板坯厚度32mm，粗轧31道次，热粗轧轧制的道次按出口厚度分配如下：602、590、576、562、546、529、511、492、472、452、431、410、388、367、345、323、300、278、256、234、212、189、167、144、121、99、81、65、52、41、32，单位均为mm。
33.中间板坯厚度32mm，精轧道次按出口厚度分配如下：17、9、5、2.8，单位均为mm。
34.（4）冷轧：将第三步中的热轧卷轧制到0.4-0.6mm；（5）中间切边：通过切边机将冷轧后的卷材进行切边处理；（6）冷轧：将切边后的坯料冷轧至0.200-00.208mm的厚度，冷轧具体道次按出口厚度分配如下：2.8、1.67、0.97、0.62、0.43、0.200-0.208，单位均为mm；（7）分切：通过分切机将第六步中的卷材分切成目标重量和规格。
35.本方法生产的罐盖料用铝合金，具有超薄和高耐蚀特点，可有效降低因材料应力腐蚀造成的爆舌情况，可广泛应用于超薄罐盖料领域。
36.将各成分按上述质量百分比混合，并在实验室的条件下以：铸锭-加热-热轧-冷轧-中间切边-冷轧-分切的制备步骤制备出厚度为1.4mm的铝合金板带，该铝合金板带的性能参数如下：抗拉强度407.63mpa；屈服强度361.84mpa；延伸率5.86%。
37.本发明通过添加高比例的zn元素，使得5xxx系合金中原来沿晶界连续分布的β-mg2al3相，渐渐地被τ-mg32(al, zn)49相所取代，且呈现不连续分布，尺寸约为1-5μm，不连续分布的τ相与基体的电位差相较于β相更小，从而提高合金的耐蚀性。
38.另外，加入合适比例的ce元素减少铝液中的含气量、减少铝液中的夹杂物、降低铝液中的有害元素含量，净化熔体质量，并且ce的加入可以增加液态金属的结晶核心、过冷度，且在析出相或生长相的表面生成一层吸附膜，阻碍晶粒继续长大，进而细化晶粒。
39.该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，由于配料中使用了较高比例的zn，使得合金的自腐蚀电位发生正移，腐蚀电流密度逐渐减小，晶间最大腐蚀深度降低，说明合金耐蚀性增强，降低了应力腐蚀开裂的可能性；另外，本发明的罐盖料在保证强度和延伸率的同时，成品厚度的减薄大幅度提高材料的出盖率。
40.本发明中未公开部分均为现有技术，其具体结构、材料及工作原理不再详述。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金，其特征在于：该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的成分按质量百分比包括以下组分：si：≤0.2%、fe：≤0.35%、cu：≤0.15%、mn：0.2%-0.5%、mg：4%-5%、cr：≤0.1%、zn：x%、ce：0.05%-0.1%、ti：≤0.1%、余料为al。2.根据权利要求1所述的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，其特征在于：x的数值可以为0.05-0.4。3.一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：（1）铸锭：根据组分及质量百分比将各组分熔化混合，并制备铝合金铸锭；（2）加热：将第一步中的铸锭在490℃-510℃下保温4-6小时；（3）热轧：经过1+4热连轧轧制成2.8mm厚度的热轧卷，热精轧出口终轧温度控制在310℃-340℃；（4）冷轧：将第三步中的热轧卷轧制到0.4-0.6mm；（5）中间切边：通过切边机将冷轧后的卷材进行切边处理；（6）冷轧：将切边后的坯料冷轧至0.200-00.208mm的厚度；（7）分切：通过分切机将第六步中的卷材分切成目标重量和规格。4.根据权利要求3所述的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，其特征在于：第三步中，使用1+4热连轧机进行轧制时，轧制中根据热轧坯料厚度匹配设定压下量、热粗轧轧制道次、热粗轧出口的中间板坯厚度、精轧出口温度，在扁锭从608mm到成品2.5-3.0mm的轧制过程中，把热轧坯料厚度和压下量分配相匹配。5.根据权利要求4所述的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，其特征在于：热粗轧轧制设置在31个道次分配，热粗轧轧制出口的中间板坯厚度设置在32mm。6.根据权利要求5所述的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，其特征在于：扁锭厚度608mm，中间板坯厚度32mm，粗轧31道次，热粗轧轧制的道次按出口厚度分配如下：602、590、576、562、546、529、511、492、472、452、431、410、388、367、345、323、300、278、256、234、212、189、167、144、121、99、81、65、52、41、32，单位均为mm。7.根据权利要求6所述的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，其特征在于：中间板坯厚度32mm，精轧道次按出口厚度分配如下：17、9、5、2.8，单位均为mm。8.根据权利要求3所述的超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，其特征在于：第六步中，冷轧具体道次按出口厚度分配如下：2.8、1.67、0.97、0.62、0.43、0.200-0.208，单位均为mm。

技术总结
本发明公开了一种超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的成分按质量百分比包括以下组分：Si：≤0.2%、Fe：≤0.35%、Cu：≤0.15%、Mn：0.2%-0.5%、Mg：4%-5%、Cr：≤0.1%、Zn：0.05-0.4%、Ce：0.05%-0.1%、Ti：≤0.1%、余料为Al，该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金的制备方法为：铸锭-加热-热轧-冷轧-中间切边-冷轧-分切。该超薄高耐蚀罐盖料用铝合金及其制备方法，由于配料中使用了较高比例的Zn，使得合金的自腐蚀电位发生正移，腐蚀电流密度逐渐减小，晶间最大腐蚀深度降低，说明合金耐蚀性增强，降低了应力腐蚀开裂的可能性；本发明的罐盖料在保证强度和延伸率的同时，成品厚度的减薄大幅度提高材料的出盖率。成品厚度的减薄大幅度提高材料的出盖率。成品厚度的减薄大幅度提高材料的出盖率。


技术研发人员：石磊 朱源源 高振朋 王晓磊 韩昭勇 韩冰 左欣欣
受保护的技术使用者：河南中孚高精铝材有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/20