專利名稱：鋁－鐵合金極薄帶材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及厚度小于或等于12μm的鋁-鐵合金極薄帶材的制備方法。這種帶材尤其可用于制造多層復(fù)合材料，該多層復(fù)合材料包括一個(gè)紙或紙板層、一個(gè)鋁合金層和一個(gè)聚合物層，它可以用于制造無菌的柔性或剛性的磚型食品包裝材料。
現(xiàn)有技術(shù)狀況要求鋁合金極薄帶材應(yīng)具有的使用性能是良好的機(jī)械強(qiáng)度、充足的延伸率、極低的單位表面的孔隙數(shù)以及良好的撕裂彎曲強(qiáng)度。沒有孔隙主要與晶粒尺寸有關(guān)，該晶粒尺寸無論如何都應(yīng)該小于最終厚度。
另外，就所述產(chǎn)品的工業(yè)制造而言，重要的是所選擇的合金可以容易地進(jìn)行鑄造和軋制，其加工制作不應(yīng)該太昂貴，尤其是該合金不要求太低的硅含量，并且，最后，該產(chǎn)品的處理范圍不太復(fù)雜，尤其是應(yīng)該避免太多的熱處理。
該領(lǐng)域常用的合金是硅與鐵的含量之和低于1wt％的1100或1200型合金。也已知使用鐵含量較高的合金，如分別于1978年和1988年在鋁協(xié)會(Aluminum Association)登記的合金8006和8015，以及添加錳能夠改善機(jī)械強(qiáng)度。
登記合金8006的組成是(wt％)Si＜0.4，F(xiàn)e1.2-2，Cu＜0.30，Mn0.3-1，Mg＜0.10，Zn＜0.10。
登記合金8015的組成是(wt％)Si＜0.30，F(xiàn)e0.8-1.4，Cu＜0.10，Mn0.10-0.40，Mg＜0.10，Zn＜0.10。
鐵含量高的合金的一個(gè)主要缺點(diǎn)是難于將制造廢料循環(huán)用于其它場合；的確，極薄帶材的制造是一個(gè)棘手的操作過程，它能夠獲得很高的產(chǎn)量，但同時(shí)又會產(chǎn)生大量的廢料。制造該帶材時(shí)避免出現(xiàn)這種缺點(diǎn)的手段是使用連鑄機(jī)，例如雙輥式連鑄，該連鑄方法能夠?qū)⒂芍圃爝^程中產(chǎn)生的廢料和廢品送入該連鑄機(jī)的熔煉爐中直接循環(huán)利用。該有益之處賦予連鑄固有的優(yōu)點(diǎn)，特別是其投資成本低的優(yōu)點(diǎn)。
以Alcoa Aluminio Do Nordeste的名義于1993年提交的美國專利5,380,379介紹了一種鋁帶材，其組成(wt％)為Si＜0.2，F(xiàn)e1.35-1.6，Cu＜0.1-0.4，Mn0.3-0.6，B0.01-0.02。其制造過程為雙輥式連鑄至厚度4.8-10mm，在高于450℃的溫度下退火并且冷軋。如果帶材的最終厚度小于9μm，則該專利推薦進(jìn)行額外的中間退火處理。
1994年提交的專利EP 0750685(Alcan International)涉及厚度為5-40μm的薄箔，其組成(wt％)為Si＜0.4，F(xiàn)e1.2-2.0，Mn0.2-1.0，Mg和/或Cu0.1-0.5，Zn＜0.1，最終退火后的平均晶粒尺寸小于5μm。該金屬可以采用傳統(tǒng)的半連鑄或者雙輥式或雙帶式連鑄進(jìn)行鑄造。
WO98/45492專利申請(Alcan International)介紹了一種可循環(huán)利用的薄箔，該薄箔特別適于家用場合，其組成為Si0.2-0.5，F(xiàn)e0.4-0.8，Cu0.1-0.3，Mn0.05-0.3，并且含有至少2wt％的彌散質(zhì)點(diǎn)和至少0.1wt％的固溶態(tài)的銅和/或錳。該合金通過連鑄并且在冷軋期間進(jìn)行中間退火制備而成。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種通過使用輥間連鑄制備鋁-鐵型合金帶材的方法，所述帶材的厚度小于或等于12μm，優(yōu)選小于9μm，并且，能夠在與大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)相當(dāng)?shù)募夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下，獲得良好的機(jī)械強(qiáng)度和較高的撕裂和彎曲強(qiáng)度。本發(fā)明的目的是一種制備厚度小于或等于12μm，優(yōu)選小于9μm的鋁合金帶材的方法，其包括
-制備具有下述組成(wt％)的合金Si0.15-0.40，F(xiàn)e1.10-1.70，Mg＜0.02，Mn0.30-0.50，其它元素每種＜0.05，總量＜0.15，余者為鋁，-輥間連鑄出厚度為2-10mm的所述合金的帶材，-在450-620℃的溫度下，對所述帶材進(jìn)行均勻化處理，處理時(shí)間為8-40小時(shí)，-冷軋所述帶材，-在200-400℃的溫度下對所述冷軋帶材進(jìn)行中間退火，處理時(shí)間為8-15小時(shí)，-將已退火的帶材冷軋至小于或等于12μm的最終厚度，-在200-300℃的溫度下對所述帶材進(jìn)行最終退火，處理時(shí)間至少為50小時(shí)。
所述合金的組成中硅含量為0.15-0.40％，該含量不要求使用純基體材料，也不必進(jìn)行特殊控制，這與美國專利5,380,379的內(nèi)容不同，該專利推薦硅含量低于0.2％，以防止形成金屬間化合物AlFeSi和AlMnSi。鐵含量為1.1-1.7％，并且優(yōu)選＜1.4％，該含量處于8006的范圍下部，并且也處于8015的范圍下部內(nèi)。錳含量為0.3-0.5％，該值本身也處于8006的范圍下部。鎂和銅含量均保持在低水平。
借助在兩個(gè)冷輥之間連鑄帶材的機(jī)器，例如Pechiney Rhenalu的Jumbo3CTM鑄造出所述合金。實(shí)施澆注時(shí)的厚度為2-10mm，澆注速率為0.5-3m/min。能夠?qū)⑺械闹圃鞆U品和廢料送入連鑄機(jī)的加料爐中循環(huán)利用。然后，在450-620℃的溫度下，對所述鑄造帶材進(jìn)行均勻化處理，處理時(shí)間為8-40小時(shí)，之后，再緩慢冷卻。
然后，實(shí)施第一次冷軋，將厚度軋制成0.8-0.3mm，隨后，在200-400℃的溫度下進(jìn)行中間退火，以獲得細(xì)小的組織結(jié)構(gòu)，并且，中間退火溫度優(yōu)選為302-370℃，以獲得一種晶粒尺寸小于30μm，優(yōu)選為15μm的再結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)。然后，采用通常技術(shù)，將所述帶材冷軋成最終厚度，然后，通過在200-300℃下退火來進(jìn)行最終的脫脂處理，處理時(shí)間至少50小時(shí)，具體的處理參量主要取決于帶材厚度。
根據(jù)本發(fā)明的帶材的極限抗拉強(qiáng)度高于100MPa，屈服強(qiáng)度高于80MPa，延伸率大于3％，根據(jù)EN 546-4標(biāo)準(zhǔn)確定的孔隙率低于10個(gè)孔隙/dm2。與采用傳統(tǒng)鑄造方法獲得的帶材相比，所述帶材也具有改善的撕裂和彎曲強(qiáng)度。
可以注意到僅僅通過一次中間退火處理，就能夠獲得具有相當(dāng)令人滿意的使用性能的厚度小于12μm的帶材，而對于同樣的厚度范圍，美國專利5,380,379推薦當(dāng)厚度為0.31-0.38mm時(shí)，在200-250℃下進(jìn)行第一次中間退火，然后，當(dāng)厚度為20-45μm時(shí)，在200-300℃下進(jìn)行第二次中間退火。
上述性能通過從金屬間粒子的尺寸、形貌和分布方面對再結(jié)晶過程進(jìn)行具體控制來獲得。充分大的粒子的均勻分布和錳固溶體最大程度的脫飽和能夠?qū)е掳l(fā)生晶粒細(xì)小、均勻的再結(jié)晶，這有助于產(chǎn)品獲得良好的機(jī)械性能，特別是撕裂和彎曲強(qiáng)度，以及低孔隙率。
借助根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的帶材特別適于制備用于制造磚型無菌食品包裝材料的多層復(fù)合材料，例如，紙-或紙板-鋁-聚合物復(fù)合材料。它們也可以用作各種類型包括暴露的、涂漆的或涂清漆(涂料)的包裝材料。
實(shí)施例實(shí)施例1制備出一種合金，其組成為Si＝0.23％，F(xiàn)e＝1.26％，Cu＝0.017％，Mn＝0.37％，Mg＝0.0032％，Ti＝0.008％。
在Pechiney Rhenalu的Jumbo 3CTM牌連鑄機(jī)上，在兩個(gè)冷輥之間，以0.96m/min的澆注速率鑄造出寬1500mm、厚8mm的所述合金。在600℃下對所獲鑄造帶材均勻化處理12個(gè)小時(shí)。然后，將所述帶材冷軋至0.5mm厚，之后，作為卷材，在350℃下進(jìn)行中間退火，時(shí)間為12個(gè)小時(shí)，以使金屬發(fā)生晶粒細(xì)小的再結(jié)晶。然后，再次進(jìn)行軋制，獲得6.60μm最終厚度，之后，在280℃下進(jìn)行最終的脫脂退火處理，時(shí)間為約80小時(shí)。
對極限抗拉強(qiáng)度Rm、延伸率0.2％時(shí)的傳統(tǒng)屈服強(qiáng)度R0.2(MPa)以及延伸率A(％)進(jìn)行了測量，并將其與厚度相同但采用傳統(tǒng)半連鑄方法制備的1200合金鑄造帶材的性能進(jìn)行了比較。結(jié)果示于表1中。
表1
還根據(jù)EN546-4標(biāo)準(zhǔn)，采用每dm2孔隙的個(gè)數(shù)測量了帶材的孔隙率。該孔隙率是6個(gè)孔隙/dm2，而相比之下，采用標(biāo)準(zhǔn)鑄造方法制備的1200合金的孔隙率的平均值為13個(gè)孔隙/dm2。
實(shí)施例2由厚度分別為6.3、6.6和9μm、采用標(biāo)準(zhǔn)鑄造方法制備的1200合金帶材以及由厚度相同的根據(jù)本發(fā)明的帶材切制出薄箔片，并對這些薄箔片進(jìn)行了撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)。該試驗(yàn)采用根據(jù)EN 21974標(biāo)準(zhǔn)(ISO1974)的Elmendorf法進(jìn)行。所述試驗(yàn)包括確定使試樣上的裂縫擴(kuò)展所要求的力。沒有任何預(yù)定切口的第一次試驗(yàn)給出的是裂紋萌生和擴(kuò)展強(qiáng)度的綜合結(jié)果，而存在預(yù)定切口的第二次試驗(yàn)提供的則是擴(kuò)展強(qiáng)度的單獨(dú)量化結(jié)果。選自于所述標(biāo)準(zhǔn)附件A的第一段目錄的力中，起始撕裂力是4N，非起始撕裂力是32N。每個(gè)試樣包含一個(gè)由8個(gè)薄箔片構(gòu)成的夾芯結(jié)構(gòu)，其中軋制方向與裂紋擴(kuò)展方向一致。表2匯總了撕裂所要求的平均力F1(有裂紋萌生)以及F2(沒有任何裂紋萌生)的結(jié)果(幾次實(shí)驗(yàn)的平均值)。
表2
可以看出根據(jù)本發(fā)明的薄箔片具有比采用標(biāo)準(zhǔn)鑄造方法制造的薄箔片更高的撕裂強(qiáng)度。
實(shí)施例3根據(jù)ISO5626標(biāo)準(zhǔn)，采用Lhomargy裝置對彎曲強(qiáng)度進(jìn)行了測量。通過使位于控制彎曲角的4個(gè)軋輥之間的切口發(fā)生往復(fù)運(yùn)動來產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。對用于固定帶材的儀器和拉應(yīng)力稍加改變，以便考慮鋁與紙之間的差別。夾鉗之間的距離延伸至35mm(而不是28.5mm)，并且，調(diào)整平衡系統(tǒng)以產(chǎn)生0.4N，1.7N和3N(而不是9.81N和8N)的拉力。所用試樣的尺寸為170mm×15mm(而不是100mm×15mm)，軋制方向與彎曲刀片一致，即與拉應(yīng)力方向垂直。所述試驗(yàn)分別對由標(biāo)準(zhǔn)鑄造方法制備、厚度為6.6μm和9μm的1200合金帶材以及同樣厚度的根據(jù)本發(fā)明的帶材進(jìn)行。
采用不同類型的應(yīng)力(拉力和應(yīng)力)測量破斷時(shí)的循環(huán)次數(shù)C。所獲結(jié)果(幾次實(shí)驗(yàn)的平均值)示于表3中。
表3
可以看出當(dāng)帶材厚度為6.6μm時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的帶材盡管機(jī)械強(qiáng)度較高，但是仍具有比采用標(biāo)準(zhǔn)鑄造方法制造的1200合金帶材更高的彎曲強(qiáng)度；厚度為9μm時(shí)，兩種合金帶材的彎曲強(qiáng)度大致相當(dāng)。
權(quán)利要求
1.制備厚度小于或等于12μm的鋁合金帶材的方法，其包括-制備具有下述組成(wt％)的合金Si0.15-0.40，F(xiàn)e1.10-1.70，Mg＜0.02，Mn0.30-0.50，其它元素每種＜0.05，總量＜0.15，余者為鋁，-輥間連鑄出厚度為2-10mm的所述合金的帶材，-在450-620℃的溫度下，對所述帶材進(jìn)行均勻化處理，處理時(shí)間為8-40小時(shí)，-冷軋所述帶材，-在200-400℃的溫度下對所述冷軋帶材進(jìn)行中間退火，處理時(shí)間為8-15小時(shí)，-將已退火的帶材冷軋至小于或等于12μm的最終厚度，-在200-300℃的溫度下對所述帶材進(jìn)行最終退火，處理時(shí)間至少為50小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述帶材的厚度小于9μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中之任何一項(xiàng)的方法，其特征在于合金中的鐵含量低于1.40％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中之任何一項(xiàng)的方法，其特征在于所述中間退火是唯一的，即在兩次冷軋步驟之間沒有其它的中間退火。
5.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1-4中之任何一項(xiàng)的方法制備的厚度小于或等于12μm的鋁合金帶材，其特征在于所述合金帶材的極限抗拉強(qiáng)度高于Rm＞100MPa，屈服強(qiáng)度R0.2＞80MPa，極限延伸率A＞3％，根據(jù)EN546-4標(biāo)準(zhǔn)確定的孔隙率＜10個(gè)孔隙/dm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的帶材在制造磚型無菌食品包裝上的用途。
全文摘要
本發(fā)明的目的是一種制備厚度小于或等于12μm的鋁合金帶材的方法，其包括制備具有下述組成(wt％)的合金Si0.15－0.40，F(xiàn)e1.10－1.70，Mg＜0.02，Mn0.30－0.50，其它元素每種＜0.05，總量＜0.15，余者為鋁；雙輥式連鑄出厚度為2－10mm的所述合金的帶材，在450－620℃的溫度下，對所述帶材進(jìn)行均勻化處理，處理時(shí)間為8－40小時(shí)，冷軋所述帶材，在200－400℃的溫度下對所述冷軋帶材進(jìn)行中間退火，處理時(shí)間為8－15小時(shí)，將已退火的帶材冷軋至小于或等于12μm的最終厚度，在200－300℃的溫度下對所述帶材進(jìn)行最終退火，處理時(shí)間至少為50小時(shí)。所述方法特別適于制造磚型無菌食品包裝材料用的帶材。
文檔編號C22C21/00GK1449454SQ0181479
公開日2003年10月15日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月29日
發(fā)明者P·塔沃尼爾, J·賈格涅爾, H·齊哈諾, S·漢利, R·戴伯里奧克斯, B·齊納爾 申請人:皮西尼何納呂公司