一种铝合金易拉罐拉环及其加工工艺的制作方法

1.本发明属于易拉罐包装容器及铝合金罐材加工技术领域，具体涉及一种铝合金易拉罐拉环及其加工工艺。


背景技术：

2.随着人类对海洋资源的全面认识和开发利用，海洋水产业成为海洋产业中的组成部分，在海洋经济发展中起着十分重要的作用。随着渔业产业结构的不断深化，利用海洋渔业资源开展深加工形成了比较大的优势和特色。水产罐头是以鱼类等水产品为原料，在生鲜状态或经蒸煮脱水后装罐，加调味料后密封杀菌而制成的一类罐头，罐藏容器对人体没有毒害，不污染食品，保证食品符合卫生要求，具有良好的密封性能，保证食品经消毒杀菌之后与外界空气隔绝，防止微生物污染，使食品能长期贮存而不致变质，具有良好的耐腐蚀性。
3.常用的罐装容器为塑料材质、玻璃材质或马口铁罐，塑料材料易与罐内成分（如盐）反应，玻璃制品易于发生碰撞，不方便携带，马口铁罐不可重复使用，回收困难。目前，铝合金已广泛用于生产包装固态或液态食品级碳酸饮料的罐头桶，这类罐头桶包括两部分，与底面构成一体的桶体，其侧面可印刷，一带有易开系统的盖与桶体相连接，而铝合金具有质量轻、强度高、耐磨性好、加工后不易变形的优点，同时铝合金易拉罐体积小，重量轻，便于携带，开盖后方便加热，食用方便。
4.5182铝合金因中等的强度、良好耐腐蚀性和优异的成形性，被广泛使用在易拉罐的罐盖和拉环料。目前5182覆膜拉环料或dos拉环料的生产工艺是：熔炼
→
精炼
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铸造
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锯铣
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加热
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热轧（粗轧、精轧）
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冷轧（中间切边）
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拉弯矫
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涂层线/连退线烘烤
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覆膜/涂dos油，工艺需要在覆膜前或涂dos油前对铝材进行烘烤，主要目的是降低材料强度、减少拉环开裂风险。但随着拉环材料的长时间存放或者拉环成形前后性能存在的较大的衰减，且现有工艺程序复杂、工期长、生产成本高、降低了生产利润。另外，烘烤使用天然气，造成化石燃料的消耗，燃烧会释放大量的co2，加大温室效应。
5.综上所述，研发一种性能优异的铝合金拉材料，并应用该材料冲裁成易拉罐拉环具有重要意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在工序复杂、成本高、能耗大以及不烘烤常态下铝合金材料强度偏高、拉环成型过程中易开裂、材料长时间存放或拉环成型后材料强度衰减速度快的问题，本发明提供了一种铝合金易拉罐拉环及其加工工艺，制备的5182合金材料省去烘烤工序，同时改变原料成分、轧制道次和温度，应用于冲裁易拉罐拉环时更易于成形，且减少开裂风险，存放时间长，强度及断后伸长率衰减速度慢。
7.本发明通过以下技术方案实现：一种铝合金易拉罐拉环，经由5182铝合金冲裁而成；所述的5182铝合金各元素重
量百分含量为：si：0.06~0.07％、fe：0.18~0.20%、cu：0.05~0.06%、mn：0.23~0.25%、mg：4.43~4.55%、cr：0.025~0.035%、zn：0.09~0.109%，其它单个杂质≤0.03%、总杂质合计≤0.15%，余量为al。
8.进一步地，所述的5182铝合金厚度为0.249~0.279mm。
9.本发明中，所述的铝合金易拉罐拉环经由5182铝合金冲裁而成；所述的5182铝合金的加工方法包括以下步骤：（1）熔铸：按以下重量百分比的化学成分配料：si：0.06~0.07%、fe：0.18~0.20%、cu：0.05~0.06%、mn：0.23~0.25%、mg：4.43~4.55%、cr：0.025~0.035%、zn：0.09~0.109%，其它单个杂质≤0.03%、总杂质合计≤0.15%，余量为al，熔炼、精炼，并铸造成铸锭；（2）锯铣；（3）均热：锯铣后的铸锭采用分级加热，第一段加热至400~420℃保温2~3h，第二段加热至480~500℃保温2~3h，采用分级加热工艺，减少mg元素在加热过程的析出，防止加热过快产生的组织过热、晶界低熔点化合物的溶解；（4）热轧：采用1 4热连轧，粗轧轧制27道次，将铸锭加工至厚度为27mm，然后进行精轧，精轧成厚度为2.3mm的带材，热轧终轧温度为350℃，热轧速度400m/min；通过热轧工艺，提高材料立方织构数量，提高材料成形性能，减少冷轧总加工率，减少加工硬化程度，降低材料室温力学性能；（5）冷轧：将热轧后厚度为2.3mm的带材经二道次轧制得到厚度为0.56~0.6mm的半成品，轧制速度600~800m/min，半成品切边清洗后，再经过两道次连轧得厚度为0.249~0.279mm的成品，轧制速度1000~1200m/min；（6）拉弯矫直。
10.进一步地，步骤（1）中所述的熔炼温度为750~760℃，精炼温度为740~750 ℃、铸造温度为680~700℃，铸造速度60mm/min，水温20~30℃。
11.进一步地，步骤（2）中所述的锯铣为：铸锭浇口锯切50mm，引锭头锯切250mm，大面铣面11mm，侧面铣9mm。
12.进一步地，步骤（5）中所述的冷轧总加工率为87.8~88.69%，冷轧出口温度为130~135℃。
13.进一步地，步骤（2）锯铣后的铸锭厚度为618mm。
14.进一步地，步骤（6）拉弯矫直工艺为：对冷轧后的成品进行矫直、切边，使用碱液对产品表面进行脱脂，并用60℃水清洗，通过拉弯矫直机对冷轧后的带材进行反复弯曲变形，延长材料纵向紧的区域，保证材料波高、波距、纵向翘曲满足覆膜或冲拉环的要求。
15.有益效果1）本发明制备的厚度为0.249~0.279mm的5182铝合金，直接省去烘烤的工序，缩短工期，减少燃料、电力及人工的损耗，减少二氧化碳的排放量，对环境更加友好；2）本发明无需烘烤，通过改变合金成分、轧制道次和温度，应用于冲裁易拉罐拉环时更易于成形且减少开裂风险，存放时间长，强度及断后延伸率衰减速度慢。
具体实施方式
16.为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进
行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。
17.实施例1（1）熔铸：化学成分：si：0.07%、fe：0.20%、cu：0.06%、mn：0.25%、mg：4.43%、cr：0.035%、zn：0.109%，其他单个杂质≤0.03%、合计≤0.15%，其余为al，熔炼温度750~760℃，精炼温度740~750℃，dc铸造速度60mm/min，铸造温度690℃，水温控制20~30℃，铸造后得铸锭；（2）锯铣：铸锭浇口锯切50mm，引锭头锯切250mm，大面铣面11mm，侧面铣9mm，锯铣后铸锭厚度618mm；（3）均热：锯铣后的铸锭采用分级加热，第一段加热至410℃保温3小时，第二段加热至490℃保温2小时；（4）热轧：使用1 4热连轧，粗轧27道次至铸锭厚度为27mm，然后经过4机架连轧机进行精轧，精轧后得厚度为2.3mm的带材，热轧终轧温度为350℃，热轧速度400m/min；（5）冷轧：使用冷轧机将热轧后厚度为2.3mm的带材轧至成0.6mm的半成品，冷轧道次分配：2.3
→
1.1（52.2％）
→
0.6（45.5％），轧制速度为600 m/min，半成品经过切边、碱液清洗，去除表面油脂后，再使用冷轧两道次连轧将半成品从厚度0.6mm轧至成品厚度为0.279mm的成品，冷连轧分配道次0.6
→
0.40（33.3％）
→
0.279 （30.2％）；冷轧轧制速度：1000m/min，冷轧出口温度130℃，冷轧总加工率：87.8％；（6）拉弯矫直：对冷轧后的成品进行矫直、切边，使用碱液对产品表面进行脱脂，并用60℃去离子水清洗，拉弯矫直速度为150 m/min，通过拉弯矫直机对冷轧后的带材进行反复弯曲变形，延长材料纵向紧的区域，保证材料波高、波距、纵向翘曲满足覆膜或冲拉环的要求。
18.实施例2步骤（1）~（4）同实施例1；（5）冷轧：使用冷轧将热轧后厚度为2.2mm的带材轧至成0.56mm的半成品，冷轧道次分配：2.2
→
1.1（50％）
→
0.56（49％），轧制速度为800 m/min，半成品经过切边、碱液清洗，去除表面油脂后，再使用冷轧两道次连轧将半成品从厚度0.56mm轧至成厚度0.249mm的成品，冷连轧分配道次0.56
→
0.36（35.7％）
→
0.249 （30.8％）；冷连轧轧制速度：1200m/min，冷轧出口温度135℃，冷轧总加工率：88.69％；（6）拉弯矫直：对冷轧后的成品进行矫直、切边，使用碱液对产品表面进行脱脂，并用60℃去离子水清洗，拉弯矫直速度为150 m/min。
19.实施例3步骤（1）~（4）同实施例1；（5）冷轧：使用冷轧将热轧后厚度为2.2mm的带材轧至成0.258mm的半成品，冷轧道次分配：2.2
→
1.2（45.5%）
→
0.58（51.7%），轧制速度为700 m/min，半成品经过切边、碱液清洗，去除表面油脂后，再使用冷轧两道次连轧将半成品从厚度0.58mm轧至成厚度0.258mm的成品，冷连轧分配道次0.58
→
0.35（39.7%）
→
0.258（26.3%）；冷连轧轧制速度：1100m/min，冷轧出口温度135℃，冷轧总加工率：88.3％；（6）拉弯矫直：对冷轧后的成品进行矫直、切边，使用碱液对产品表面进行脱脂，并
用60℃去离子水清洗，拉弯矫直速度为150m/min。
20.实施例4（1）熔铸：化学成分：si：0.06％、fe：0.18％、cu：0.05％、mn：0.23％、mg：4.55％、cr：0.025％、zn：0.09％，其他单个杂质≤0.03％、合计≤0.15％，其余为al，熔炼温度750~760℃、精炼温度740~750℃，dc铸造速度60mm/min，铸造温度690℃，水温控制20~30℃；步骤（2）~（6）同实施例1。
21.对比例1对步骤（1）熔铸的化学成分进行改变调整，调整后的成分重量百分含量组成为：si：0.11％、fe：0.254％、cu：0.075％、mn：0.44％、mg：4.76％、cr：0.034％、zn：0.160％，其他单个杂质≤0.03％、合计≤0.15％，余量为al，其余步骤与实施例1相同。
22.对比例2改变实施例1步骤（3）中的均热工艺，在温度为490℃条件下保温5个小时，其与步骤及参数条件与实施例1相同。
23.对比例3（1）熔铸：熔铸后铝水化学成分与对比例1相同，熔炼温度750~760℃，精炼温度740~750℃，dc铸造速度60mm/min，铸造温度690℃，水温20~30℃，铸造后得铸锭；（2）锯铣：与实施例1相同；（3）均热：锯铣后的铸锭加热至490℃保温5小时；（4）热轧：使用1 4热连轧，粗轧29道次至铸锭厚度为31mm，然后经过4机架连轧机进行精轧，精轧后得厚度为2.7mm的带材，热轧终轧温度为340℃，热轧速度400m/min；（5）单机架冷轧：使用单机架三道次将热轧后的带材从厚度2.7mm轧至成厚度为0.6mm的半成品，冷轧道次分配：2.7
→
1.62（40％）
→
0.98（39.5％）
→
0.6（38.7％），半成品经过切边、碱液清洗，去除表面油脂后，再使用单机架冷轧两道次将半成品从厚度0.6mm轧至成厚度为0.279mm的成品，冷轧分配道次0.6
→
0.38（36.6％）
→
0.279（26.6％），单机架冷轧轧制速度：800m/min，冷轧出口温度98℃，冷轧总加工率：89.67％；（6）拉弯矫直：同实施例1。
24.对比例4步骤（1）~（6）与对比例3相同，不同的是在步骤（6）拉弯矫直后增加烘烤步骤：烘烤速度60m/min，炉气温度为200℃。
25.铝合金成品性能测试及分析：（1）对实施例1~4及对比例1~4制备的5182铝合金拉环材料的成品性能（抗拉强度、屈服强度及断后伸长率）进行检测，结果如下表1所示：由表1可知，通过对本发明工艺及材料成分进行改进，铝合金材料的强度及断后伸长率可以满足拉环的强度和制盖要求，且断后延伸率有了提升，拉环不易裂环，保证成品率提高；表15182铝合金抗拉强度、屈服强度及断后伸长率
。
26.（2）将实施例1~4和对比例1~4制备的5182铝合金拉环材料在同等条件下放置6个月，然后对铝合金的性能（抗拉强度、屈服强度及断后伸长率）进行检测，结果如下表2所示，由表2可知，本发明无需烘烤，通过改变合金成分、轧制道次和温度，制备的5182铝合金强度及断裂伸长率的衰减速度与传统工艺烘烤后的铝合金相当；表2放置6个月后5182铝合金抗拉强度、屈服强度及断后伸长率。
27.(3)本发明省去了烘烤工艺，国产设备烘烤生产速度为30~80m/min，以厚度0.279mm，宽度1600mm计算，每吨的卷就节约10.3~27.6min，一年一万吨可节约1717~4600工时，天然气每吨铝约消耗30m3天然气，每吨天然气按3.6元，一年一万吨可节约108万元。每吨铝消耗电100kw
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h，每kw
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h时0.5元，一年一万吨可节约50万元。人工按每小时20元，一般需要4个人，一年一万吨生产一万吨可节约至少13.7万以上，综合以上，一年一万吨可节约171.7万元以上；另外每年一万吨需要消耗30万方天然气，一方天然气可产生二氧化碳1.76kg，一年一万吨就可以减少528吨的温室气体排放，对碳中和做出积极的贡献。