Способ изготовления сверхтонких лент из ферроалюминиевого сплава

Способ изготовления сверхтонких лент из ферроалюминиевого сплава

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение касается способа изготовления сверхтонких лент толщиной, меньшей или равной 12 мкм, из сплава типа ферроалюминия. Такие ленты применяются, в частности, для производства многослойных комплексов, содержащих слой бумаги или картона, слой алюминиевого сплава и слой полимера и используемых для производства стерильных гибких или жестких упаковок типа брикетов для пищевых продуктов.

Уровень техники

Потребительскими свойствами, которыми должны обладать сверхтонкие ленты из алюминиевого сплава, являются хорошая механическая прочность, достаточное удлинение, незначительное количество пор на единицу площади и высокое сопротивление разрыву и сгибу. Отсутствие пор в основном связано с размером зерна, который при любых обстоятельствах должен быть меньше конечной толщины.

Кроме того, с точки зрения промышленного производства продукта необходимо, чтобы выбранный сплав легко поддавался литью и прокатке, чтобы он был недорогим в производстве, в частности, чтобы он не требовал слишком низкого содержания кремния и, наконец, чтобы способ трансформирования продукта не был слишком сложным, в частности, чтобы не требовалось слишком большого количества операций по термической обработке.

Обычно используемые для этих целей сплавы являются сплавами типа 1100 или 1200, содержащими в сумме менее 1 процента по массе кремния и железа. Для повышения механической прочности используют также сплавы с более высоким содержанием железа и с добавлением марганца, такие как сплавы 8006 и 8015, зарегистрированные в Aluminium Association соответственно в 1978 и 1988 гг.

Зарегистрированный состав сплава 8006 (мас.%):

Si<0,4, Fe 1,2-2, Cu<0,30, Mn 0,3-1, Mg<0,10, Zn<0,10

Зарегистрированный состав сплава 8015:

Si<0,30, Fe 0,8-1,4, Cu<0,10, Mn 0,10-0,40, Mg<0,10, Zn<0,10

Основным недостатком сплавов с высоким содержанием железа является невозможность повторного использования отходов производства для других целей; действительно, изготовление сверхтонких лент является очень сложной операцией, требующей большого количества сырья и сопровождающейся большим количеством отходов. Одним из способов устранения этого недостатка является использование для производства заготовок установки для непрерывного литья, например непрерывного литья между цилиндрами, что позволяет сразу же использовать обрезки и отходы непрерывного литья в качестве сырья для загрузки в печь установки. Это преимущество неразрывно связано с другими преимуществами непрерывного литья, в частности с высокой инвестиционной рентабельностью.

В патенте US 5380379, поданном в 1993 г. на имя "Alcoa Aluminio Do Nordeste", описана лента из алюминиевого сплава с составом (в мас.%):

Si<0,2, Fe 1,35-1,6, Cu 0,1-0,4, Mn 0,3-0,6, В 0,01-0,02,

выпускаемая путем непрерывного литья между цилиндрами и имеющая толщину от 4,8 до 10 мм, подвергающаяся отжигу при температуре более 450°С и холодной прокатке. Если конечная толщина ленты меньше 9 мкм, то в патенте рекомендуется осуществлять дополнительный промежуточный отжиг.

В патенте ЕР 0750685, 1994 г. (Alcan International), описан тонкий лист толщиной от 5 до 40 мкм с составом (в мас.%):

Si<0,4, Fe 1,2-2,0, Mn 0,2-1,0, Mg и/или Cu 0,1-0,5, Zn<0,1,

со средним размером зерна менее 5 мкм после конечного отжига. Металл может подвергаться обычному полунепрерывному литью или непрерывному литью между цилиндрами или между лентами.

В заявке WO 98/45492 (Alcan International) описан повторно используемый тонкий лист, предназначенный, в частности, для бытовых нужд, с составом:

Si 0,2-0,5, Fe 0,4-0,8, Cu 0,1-0,3, Mn 0,05-0,3,

содержащий по меньшей мере 2% по массе дисперсных частиц (систем) и по меньшей мере 0,1% по массе меди и/или марганца в твердом растворе. Сплав подвергается непрерывному литью и промежуточному отжигу в ходе холодной прокатки.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение имеет целью предложить способ изготовления лент из сплава типа ферроалюминия толщиной, меньшей или равной 12 мкм, предпочтительно меньшей 9 мкм, в котором применяют непрерывное литье между цилиндрами и который обеспечивает получение лент, обладающих одновременно высокой механической прочностью и сопротивлением разрыву и сгибу, технические и экономические параметры которого обеспечивают промышленное производство в широком масштабе.

Объектом настоящего изобретения является способ изготовления лент из алюминиевого сплава толщиной, меньшей или равной 12 мкм, предпочтительно <9 мкм, включающий в себя:

- получение сплава с составом (в мас.%):

Si 0,15-0,40; Fe 1,10-1,70; Mg<0,02; Mn 0,30-0,50, другие элементы <0,05 каждый и <0,15 всего, остальное алюминий;

- непрерывное литье ленты из этого сплава толщиной от 2 до 10 мм между цилиндрами;

- гомогенизация ленты при температуре от 450 до 620°С в течение от 8 до 40 часов;

- холодная прокатка ленты;

- промежуточный отжиг холоднокатаной ленты при температуре от 200 до 400°С в течение от 8 до 15 часов;

- холодная прокатка отожженной ленты до конечной толщины, меньшей или равной 12 мкм;

- окончательный отжиг ленты при температуре от 200 до 300°С в течение по меньшей мере 50 часов.

Описание изобретения

Способ в соответствии с настоящим изобретением сочетает в себе использование специального состава внутри состава АА сплава 8006 и производственный цикл, обеспечивающий получение высоких свойств для изготовления упаковочных комплексов для пищевых продуктов и позволяющий избежать известных в промышленности недостатков.

Состав сплава характеризуется содержанием кремния, составляющим от 0,15 до 0,40%, не требующим использования чистого основания и, как следствие, не требующим специального контроля, в отличие от патента US 5380379, согласно которому содержание кремния должно быть меньше 0,2%, чтобы избежать интерметаллических образований AlFeSi и AlMnSi. Содержание железа, составляющее от 1,1 до 1,7% и предпочтительно <1,4%, находится в нижних пределах сплава 8006 и в нижних пределах сплава 8015. Содержание марганца, составляющее от 0,3 до 0,5%, также находится в нижних пределах сплава 8006. Содержание магния и меди находится на нижнем уровне.

Литье сплава осуществляют в установке для непрерывного литья лент между охлаждаемыми цилиндрами, например, в установке Jumbo 3C^™ компании "Пешинэ Реналю". Толщина литья составляет от 2 до 10 мм при скорости от 0,5 до 3 м/мин. Все производственные отходы и обрезки можно использовать повторно в печи, питающей установку. Отлитую ленту после этого гомогенизируют при температуре от 450 до 620°С в течение периода от 8 до 40 часов, а затем медленно охлаждают.

После этого осуществляют черновую холодную прокатку до толщины от 0,8 до 0,3 мм, а затем промежуточный отжиг при температуре от 200 до 400°С для получения мелкозернистой структуры, предпочтительно от 302°С до 370°С, для получения рекристаллизованной структуры с размером зерна, не превышающим 30 мкм, предпочтительно 15 мкм. После этого ленту подвергают холодной прокатке для получения конечной толщины известным способом, а затем конечному обезжиривающему (удаляющему смазку) отжигу при температуре от 200 до 300°С в течение периода, длящегося по меньшей мере 50 часов и зависящего, в частности, от ширины ленты.

Ленты в соответствии с настоящим изобретением обладают прочностью на разрыв, превышающей 100 МПа, пределом упругости, превышающим 80 МПа, удлинением при разрыве, превышающим 3%, и пористостью согласно стандарту EN 546-4, меньшей 10 пор на дм². Они обладают также более высокой прочностью на разрыв и сгиб по сравнению с лентами, получаемыми путем обычного литья.

Можно отметить, что можно получить ленту толщиной менее 12 мкм, обладающей вполне удовлетворительными качествами, с применением только одного промежуточного отжига, тогда как для такого же диапазона толщины патент US 5380379 предлагает осуществлять первый промежуточный отжиг при температуре от 200 до 300°С для толщины от 0,31 до 0,38 мм и второй промежуточный отжиг при температуре от 200 до 300°С для толщины от 20 до 45 мкм.

Этих характеристик достигают благодаря точному контролю кристаллизации на основе размера, морфологии и распределения интерметаллических частиц. Однородное распределение частиц достаточно большого размера и максимальная десатурация (удаление) твердого раствора марганца обеспечивают рекристаллизацию с мелкими и однородными зернами, тем самым достигаются высокие механические свойства, в частности прочность на разрыв и сгиб, а также низкая пористость продукта.

Получаемые согласно способу настоящего изобретения ленты используются для производства многослойных комплексов, например комплексов из бумаги или картона/алюминия/полимера, предназначенных для изготовления стерильных упаковок типа брикетов для пищевых продуктов. Для различных типов упаковок они могут быть чистыми или покрытыми лаком или лакокрасочным составом.

Примеры

Пример 1

Приготовили сплав с составом: Si=0,23%; Fe=1,26%; Cu=0,017%; Mn=0,37%; Mg=0,0032%; Ti=0,008%.

Cплав подвергают литью с шириной 1500 мм, толщиной 8 мм и со скоростью 0,96 м/мин в установке для литья между охлаждаемыми цилиндрами марки Jumbo 3C^™ компании "Пешинэ Реналю". Отлитую ленту гомогенизируют в течение 12 часов при температуре 600°С. После этого ленту прокатывают холодным способом до толщины 0,5 мм, затем подвергают промежуточному отжигу на катушке в течение 12 часов при температуре 350°С для мелкозернистой рекристаллизации металла. После этого ее повторно прокатывают до конечной толщины 6,60 мкм и подвергают конечному обезжиривающему отжигу в течение примерно 80 часов при температуре 280°С.

Измеряют прочность на разрыв R_m, условный предел упругости при 0,2% удлинения R_0,2 (в МПа) и удлинение при разрыве А (в %) и сравнивают полученные значения со свойствами лент такой же толщины из сплава 1200, отлитых традиционным способом полунепрерывного литья. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1
	Изобретение	1200
Rm (МПа)	103	73
R0,2 (МПа)	86	50
A(%)	3,2	2,7

Измеряют также пористость ленты, выраженную в количестве пор на дм², по стандарту EN 546-4. Эта пористость составляет 6 пор на дм², в то время как для полученной известным способом литья ленты из сплава 1200 она имеет среднее значение 13 пор на дм².

Пример 2

Провели испытания прочности на разрыв на листах, вырезанных из лент, полученных из сплава 1200 путем классического литья и имеющих толщину 6,3, 6,6 и 9 мкм, и из лент в соответствии с настоящим изобретением, имеющих такую же толщину. Испытания проводились методом Элмендорфа по стандарту EN 21974 (ISO 1974). Испытание состоит в определении силы, необходимой для того, чтобы разорвать образец. Первый тест без заранее установленной щели дает показатель начала и распространения надрыва, а второй тест с заранее установленной щелью позволяет количественно определить сопротивление только распространению разрыва. Сила, выбранная из списка параграфа 1 приложения А стандарта, равна 4 Н для начатого разрыва и 32 Н для неначатого разрыва. Каждый образец представлял собой сэндвич из 8 листов, направление прокатки которого совпадало с направлением распространения разрыва. Результаты (средний показатель для нескольких испытаний), отражающие среднюю силу F1, необходимую для разрыва (с начатым разрывом), и F2 (без начатого разрыва), приведены в таблице 2.

Таблица 2
Сплав	Толщина (мкм )	F1(мН)	F2(мН)
1200	6,3	52	236
1200	6,6	53	224
1200	9	45	280
Изобретение	6,3	78	435
Изобретение	6,6	56	440
Изобретение	9	94	560

Было отмечено, что листы в соответствии с настоящим изобретением обладают более высоким сопротивлением разрыву, чем листы, полученные путем классического литья.

Пример 3

Произвели измерение сопротивления сгибу по стандарту ISO 5626 при помощи прибора Ломарджи. Усилие сгиба создавалось при помощи возвратно-поступательного движения щели, расположенной между четырьмя цилиндрами, предназначенными для управления углом сгиба. Устройство захвата ленты и усилие натяжения были слегка изменены для того, чтобы учитывать различие между алюминием и бумагой. Расстояние между зажимами было увеличено до 35 мм (вместо 28,5 мм), а система противовесов была отрегулирована на создание натяжения в 0,4 Н, 1,7 Н и 3 Н (вместо 9,81 Н и 8 Н). Использовавшиеся образцы имели размеры 170 мм × 15 мм (вместо 100 мм × 15 мм), направление прокатки совместили с направлением загибочной пластины, то есть перпендикулярно направлению усилия натяжения. Испытания проводились на лентах из сплава 1200 толщиной 6,6 и 9 мкм, полученных путем классического литья, и на лентах в соответствии с настоящим изобретением с такими же значениями толщины.

Было измерено число циклов с разрывом С для различных типов усилий (натяжение и напряжение). Результаты (средние показатели для нескольких испытаний) приведены в таблице 3.

Таблица 3
Сплав/толщ.	Натяжение (Н)	Напряжение (МПа)	С
1200 6,6 мкм	0,4	4	170
	1,7	17	45
	3	30	26
	8	80	5
Изобретение 6,6 мкм	0,4	4	184
	1,7	17	50
	3	30	29
	8	80	8
1200 9 мкм	0,4	3	209
	1,7	13	47
	3	22	27
Изобретение 9 мкм	0,4	3	184
	1,7	13	45
	3	22	33

Отмечено, что ленты в соответствии с настоящим изобретением хотя и обладают большей механической прочностью, тем не менее характеризуются лучшим сопротивлением сгибу, чем ленты из сплава 1200, полученные способом классического литья, для толщины 6,6 мкм и примерно одинаковым для толщины 9 мкм.

1. Способ изготовления лент из алюминиевого сплава толщиной, меньшей или равной 12 мкм, содержащей этапы, на которых получают сплав со следующим составом, мас.%: Si: 0,15-0,4, Fe: 1,1-1,70; Mg<0,02; Mn: 0,30-0,5, другие элементы <0,05 каждый и <0,15 всего, остальное - алюминий; выполняют непрерывное литье ленты из этого сплава толщиной от 2 до 10 мм между цилиндрами; гомогенизируют ленту при температуре от 450 до 620°С в течение от 8 до 40 ч; выполняют холодную прокатку ленты; выполняют промежуточный отжиг холоднокатаной ленты при температуре от 200 до 400°С в течение от 8 до 15 ч; выполняют холодную прокатку отожженной ленты до конечной толщины, меньшей или равной 12 мкм; выполняют окончательный отжиг ленты при температуре от 200 до 300°С в течение по меньшей мере 50 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина ленты составляет менее 9 мкм.

3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание железа в сплаве составляет менее 1,40%.

4. Лента из алюминиевого сплава толщиной, меньшей или равной 12 мкм, отличающаяся тем, что она изготовлена способом по любому из пп.1-3, имеет прочность на разрыв R_m>100 МПа, предел упругости R_0,2>80 МПа, удлинение при разрыве А>3% и пористость по стандарту EN 546-4<10 пор/дм².

5. Лента по п.4, отличающаяся тем, что она приспособлена для производства стерильных упаковок типа брикетов для пищевых продуктов.