Способ изготовления упаковочной алюминированной стали и применение листа алюминированной стали

Изобретение относится к изготовлению упаковочного алюминированного стального листа из холоднокатаного листа из нелегированной или низколегированной стали. Способ включает следующие этапы: нанесение на стальной лист силикатного покрытия, рекристаллизационный отжиг стального листа, нагрев листа посредством электромагнитной индукции при температурах в температурном интервале рекристаллизации стали и со скоростью нагрева, превышающей 75 К/с, погружение стального листа, прошедшего рекристаллизационный отжиг, в ванну с расплавленным алюминием для нанесения слоя алюминия, причем стальной лист, погруженный в ванну с алюминием, имеет температуру по меньшей мере 700°С, извлечение алюминированного стального листа из ванны с алюминием и охлаждение его при скорости охлаждения по меньшей мере 100 К/с. Изобретение позволяет изготовить упаковочные алюминированные стальные листы, которые отличаются высокой прочностью и большим удлинением при разрыве, проявляют отличные формообразующие характеристики, в частности, в процессах вытяжки с утонением стенки, применяемых при изготовлении банок, аэрозольных контейнеров и крышек, а также могут быть использованы в качестве материала-заменителя листов из олова. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к способу изготовления упаковочной алюминированной стали с использованием холоднокатаного листа из нелегированной или низколегированной стали.

Уровень техники

Стальные листы, покрытые алюминием (алюминированные стальные листы), давно известны и изготавливаются, в частности, путем нанесения жидкого алюминия методом погружения в расплав (так называемое горячее алюминирование) или, в других вариантах, посредством прокатывания алюминиевой пленки или нанесения исходного материала, содержащего алюминий (прекурсора), такого, например, как алкилалюминий. В известных способах алюминирования стальных листов с погружением в расплав исходный лист, как правило, нагревают в печи (например отжигового типа), а затем погружают в ванну с расплавленным алюминием, нагретую до температуры примерно 620°С. Применение алюминия в качестве материала, покрывающего стальные листы и полосы, позволяет, например, обойтись без олова, широкое применение которого в качестве противокоррозионного покрывного материала ограничено повышенной стоимостью.

Способ нанесения алюминиевого покрытия на стальной лист путем погружения в расплав известен, в частности, из US 3820368. Согласно данному документу стальной лист с твердостью по Роквеллу 45-75 (что соответствует пределу прочности на разрыв, примерно равной 278-450 мПа) погружают в ванну, предназначенную для нанесения покрытий из расплавленного сплава, причем в ванне, кроме алюминия, содержится более 3% кремния. Покрытие, полученное погружением стальной подложки в расплав, состоит из слоя сплава толщиной около 5 мкм и слоя алюминия, толщиной менее 5 мкм, тогда как. суммарная толщина нанесенного слоя составляет 8-25 мкм. Полученный таким способом алюминированный стальной лист может быть использован в процессе вытяжки с утонением стенки, используемом при изготовлении корпуса двухкомпонентной банки для безалкогольного напитка.

К характеристикам металлических материалов, используемых в производстве упаковок, предъявляются повышенные требования, в первую очередь связанные со способностью этих материалов к формообразованию и с их прочностью. Для многих областей применения используемые в способе по US 3820368 стальные листы с твердостью по Роквеллу 45-75 не удовлетворяют требованиям по прочности упаковочных модификаций стали и по их относительному удлинению при разрыве.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является создание пригодной упаковочной стали, не содержащей олова, которая в отношении своей стойкости к коррозии, прочности и способности к формообразованию сопоставима с листами олова, известными из уровня техники как материал для производства упаковки. Чтобы быть пригодной, в частности, при производстве двухкомпонентных банок для пищевых продуктов и безалкогольных напитков, создаваемая упаковочная сталь должна сочетать высокую стойкость к коррозии и большую прочность с хорошими свойствами, связанными со способностью к формообразованию и проявляемыми, конкретно, в процессе вытяжки с утонением стенки. Кроме того, необходимо, чтобы поверхность упаковочной стали была настолько однородной, насколько это возможно, и имела привлекательный вид. При использовании процесса вытяжки с утонением стенки по отношению к упаковочной стали, например, в производстве банок, должны быть гарантированы минимальные из всех возможных износ материала и повреждение его поверхности. Во время формования в процессах вытяжки с утонением стенки упаковочная сталь должна иметь также хорошие характеристики, связанные со скольжением, и гарантировать хорошую адгезию по отношению к органическим покрытиям, таким как покрытия полипропиленом (ПП) или полиэтилентерефталатом (ПЭТ), или к органическим лакам.

Поставленные задачи решаются посредством способа, признаки которого включены в п. 1 прилагаемой формулы. Примеры предпочтительных вариантов осуществления способа охарактеризованы в зависимых пунктах.

В способе согласно изобретению холоднокатаный лист из нелегированной или низколегированной, в частности из низкоуглеродистой стали с предпочтительным содержанием углерода 0,01-0,1 масс. %, сначала, на первом этапе, подвергают рекристаллизационному отжигу, в процессе которого лист посредством электромагнитной индукции нагревают со скоростью, превышающей 75 К/с, при температурах, лежащих в температурном интервале рекристаллизации стали, а предпочтительно превышающих температуру аустенитного преобразования (температуру Acl), находясь, конкретно, в температурном интервале 700-850°С.После этого на втором этапе все еще горячий стальной лист погружают в ванну с расплавленным алюминием, чтобы в ходе процесса погружения в расплав нанести на лист слой алюминия. При этом температура стального листа, погруженного в ванну с алюминием, составляет по меньшей мере 700°С. Затем, на третьем этапе стальной лист извлекают из ванны с алюминием и охлаждают со скоростью по меньшей мере 100 К/с. Для этого стальной лист, например, переносят в охлаждающую ванну.

В результате термической обработки стального листа (конкретно, под воздействием рекристаллизационного отжига посредством электромагнитной индукции при очень высокой скорости нагрева, превышающей 75 К/с, а в предпочтительном варианте при температурах выше температуры Acl) и последующего охлаждения его алюминированной модификации с высокой скоростью, составляющей по меньшей мере 100 К/с, в данном листе формируется многофазная структура, содержащая феррит и по меньшей мере один структурный компонент из группы, в которую входят мартенсит, бейнит и/или остаточный аустенит. Желательно, чтобы в многофазной структуре перечисленные структурные компоненты, т.е. феррит, мартенсит, бейнит и/или остаточный аустенит, составляли более 80%, а еще лучше - по меньшей мере 95%. Такой стальной лист с многофазной структурой отличается высоким пределом прочности на разрыв, равным по меньшей мере 500 мПа, а в предпочтительном варианте более 650 мПа, а также высоким относительным удлинением при разрыве, составляющим более 5%, а в предпочтительном варианте более 10%. Вследствие высокого удлинения при разрыве и высокого уровня прочности, проявляемых, в частности, в процессе вытяжки с утонением стенки или в других подходящих технологиях формообразования, алюминированный стальной лист весьма пригоден для производства упаковок.

При погружении стального листа в расплав в граничной зоне между поверхностью листа и слоем алюминия, наносимым в ходе данного процесса, формируется промежуточный слой, состоящий из сплава и образованный трехкомпонентной системой железо-алюминий-кремний. Данный слой обеспечивает для слоя алюминия высокий уровень адгезии к стальному листу. Для улучшения этой адгезии в ванну с расплавленным алюминием добавляют соответствующее количество кремния, составляющее, в частности, примерно 10 масс. %. Однако предпочтительно для погружения стального листа в расплав применять ванну только с алюминием, в которой содержание алюминия составляет по меньшей мере 98 масс. %, желательно более 99 масс. %, а лучше всего - примерно 99,5 масс. %. В таком варианте силикатное покрытие наносят на поверхность стального листа до рекристаллизационного отжига, чтобы обеспечить хороший уровень адгезии и ограничить на поверхности стального листа толщину слоя, который состоит из сплава и входит в структуру слоя алюминия, наносимого затем в ходе процесса погружения в расплав. Соответственно, нанесение силикатного покрытия на поверхность стального листа происходит на этапе очистки, который проводят до рекристаллизационного отжига данного листа. Для этого стальной лист помещают в очищающую ванну, в которую добавляют силикат.

В предлагаемом способе толщину слоя алюминия, нанесенного на стальной лист в ходе процесса погружения в расплав, регулируют с помощью очищающего газового инжектора, посредством которого после извлечения из ванны с алюминием стального листа с его поверхности удаляют избыточный, а также расплавленный алюминий, например, сдувая его потоком газа. После удаления избытка материала покрытия алюминированный стальной лист помещают для охлаждения в ванну с холодной охлаждающей жидкостью. Охлаждающую ванну целесообразно выполнить в виде бака, заполненного водой. Так могут быть обеспечены скорости охлаждения, превышающие 400 К/с. Предусмотрена также возможность охлаждения газовой струей со скоростями охлаждения, доходящими до 300 К/с. В результате этих процедур толщина слоя алюминия, нанесенного на стальной лист в ходе процесса погружения в расплав, может быть отрегулирована в интервале толщин слоя, составляющем 1-15 мкм, предпочтительно 1-10 мкм.

Чтобы избежать окисления поверхности стального листа или нанесенного алюминиевого покрытия, введение нагретого стального листа в ванну с алюминием и извлечение из нее данного листа проводят в инертной восстановительной среде, например в защитном газе. Для этого ванну с алюминием надлежащим образом размещают в инертной камере, заполненной защитной газовой средой, а стальной лист после проведения рекристаллизационного отжига переносят из отжиговой печи, желательно, непрерывного действия (D-печь), которая также заполнена инертной атмосферой, прямо в инертную камеру и там помещают в ванну с расплавленным алюминием. Кроме того, после извлечения стального листа из ванны с алюминием данный лист до переноса в охлаждающий бак оставляют в инертной среде, чтобы избежать образования оксидов на поверхности нанесенного алюминиевого покрытия.

После охлаждения алюминированного стального листа его подвергают надлежащей финишной обработке (чистовой прокатке) или вторичной прокатке, причем в процессе финишной обработки предпочтительная степень воздействия (уменьшения толщины) может составлять 0,5-2%, а в случае вторичной прокатки этот показатель превышает 2% и может доходить до 50%. В данном контексте термин "финишная обработка" (или "финишная обработка-прокатка") означает, что поверхность стального листа, покрытую алюминием, обрабатывают давлением посредством цилиндров или валков, прижимаемых к поверхности алюминиевого покрытия, причем в процессе финишной обработки (чистовой прокатки) происходит только несущественное уменьшение толщины стального листа, составляющее максимум 2%. С другой стороны, под вторичной прокаткой подразумевается процесс, в ходе которого поверхность стального листа, покрытую алюминием, обрабатывают давлением посредством цилиндров или валков (в дополнение к холодной прокатке, уже проведенной перед нанесением покрытия), причем в данном случае происходит существенное уменьшение толщины стального листа, по меньшей мере превышающее 2%, а в возможном варианте доходящее до 50%. После нанесения алюминиевого покрытия на стальной лист и проведения этапа охлаждения можно провести или только финишную обработку (финишную обработку-прокатку), или только вторичную прокатку, или (тоже в прокатном блоке) сначала провести вторичную прокатку со степенью воздействия в интервале 3-50%, а затем финишную обработку, используя более гладкий чистовой валок. Под воздействием финишной обработки или вторичной прокатки стального листа с поверхностью, покрытой алюминием, алюминиевые структуры на поверхности покрытия выравниваются, а искажающие их оксиды алюминия удаляются. Кроме того, в результате финишной обработки или вторичной прокатки поверхность алюминиевого покрытия становится глянцевой, что очень важно, причем в особенности в случае применения листов, изготовленных согласно изобретению, при производстве упаковок для пищевых продуктов, где желателен повышенный блеск поверхности упаковочного материала. Вследствие того что алюминиевое покрытие блестит, поверхность алюминированного стального листа выглядит привлекательней, чем более темная поверхность листов из олова. Кроме того, под воздействием финишной обработки или вторичной прокатки поверхность алюминиевого покрытия приобретает тонкоструктурированный характер с однородными параметрами, чем обеспечивается хорошая смачиваемость смазочными материалами и лаками.

В процессе финишной обработки или вторичной прокатки устраняются шероховатость алюминия или нарушающие однородность оксиды алюминия, которые могут отрицательно проявить себя во время нанесения покрытия или лака, что может привести к появлению подтеков наносимого материала, в частности, на поверхности алюминиевого покрытия. Поэтому алюминированные стальные листы, полученные согласно изобретению, весьма эффективны для последующего лакирования, в особенности органическими лаками, или для последующего нанесения органического покрытия, например из ПП или ПЭТ. Было показано также, что посредством финишной обработки или вторичной прокатки алюминированного стального листа поверхность алюминиевого покрытия выравнивается и уплотняется за счет уменьшения тенденции к образованию на ней нежелательных оксидов.

В предпочтительном примере способа согласно изобретению алюминированный стальной лист после охлаждения проходит этап чистовой прокатки, на котором поверхность листа обрабатывают, используя чистовые валки. Было показано, что при наличии такого этапа предел прочности алюминированного стального листа может быть значительно увеличен, в частности, до значений 600-1000 мПа. В связи с этим предусмотрена также возможность сначала обработать данный лист на этапе вторичной прокатки, на котором, соответственно, происходит уменьшение его толщины на 4-45%, а после такого этапа провести финишную обработку, используя чистовые валки.

Оказалось, что способ согласно изобретению экономит ресурсы, поскольку стальной лист, подвергнутый рекристаллизационному отжигу, сразу же после этого в предпочтительном варианте переносят в расположенную в инертной камере ванну с расплавленным алюминием, не прибегая к очистке поверхности стального листа с помощью промывки и протравливания, которые требуются перед нанесением покрытия на стальной лист посредством погружения в ванну с расплавленным алюминием. В известных способах нанесения металлического покрытия на стальные листы, например в процессах электролитического покрывания их оловом, вторичную прокатку, чтобы улучшить формообразующие свойства, часто проводят сразу же после рекристаллизационного отжига. Поверхность стального листа загрязнена, и чтобы удалить загрязнение, до того момента, когда можно будет покрыть стальной лист металлическим покрытием посредством соответствующего процесса (например гальванически или погружая лист в расплав), проводят финишную обработку и травление. В способе согласно изобретению этот этап очистки, предусмотренный перед нанесением алюминиевого покрытия, может быть исключен, поскольку любые востребованные процедуры финишной обработки или вторичной прокатки проводят только после нанесения алюминиевого покрытия.

Реализация способа согласно изобретению обеспечивает также преимущества в энергетических аспектах, т.к. дополнительный нагрев стального листа, подвергнутого рекристаллизационному отжигу, можно выполнить на следующем этапе нанесения покрытия, во время погружения данного листа в ванну с расплавленным алюминием. После проведения такого отжига еще горячий стальной лист помещают в ванну с нагретым алюминием, а поскольку температуры листа при этом составляют по меньшей мере 700°С, в нем может поддерживаться температура по меньшей мере выше точки плавления алюминия (660°С), например, составляющая примерно 750°С.

Краткое описание чертежа

Эти и другие преимущества способа по изобретению, а также стального листа, изготовленного способом согласно изобретению, станут ясны из вариантов реализации данного способа, описанных далее более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором схематично представлено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Осуществление изобретения

Подходящим исходным материалом для способа согласно изобретению является горячекатаный лист из нелегированной или низколегированной стали с низким содержанием углерода (предпочтительно менее 0,1 масс. %, в частности в интервале 20-900 м.д.). Легирующие компоненты стали должны соответствовать международному стандарту ASTM А 623-11 (Standard Specification for Tin Mill Products), что обеспечивает применимость листов, изготовленных согласно изобретению, для производства пищевых упаковок.

В принципе, в рамках способа согласно изобретению могут быть использованы все типы стали, состав которых пригоден для производства тонких или очень тонких листов. С учетом стоимости особенно пригодными оказались нелегированные или низколегированные стали, которые, кроме небольшой углеродной фракции, содержат в низких концентрациях также и другие легирующие компоненты. Посредством термической обработки согласно изобретению из таких типов стали могут быть получены также стальные листы с многофазной структурой, характеризующиеся высоким удлинением при разрыве и большой прочностью.

Сталь, используемая для изготовления стальных листов согласно изобретению, содержит марганец в количестве менее 0,5 масс. %, предпочтительно менее 0,4 масс. %, кремний в количестве менее 0,04 масс. %, алюминий в количестве менее 0,1 масс. % и хром в количестве менее 0,1 масс. %. Для повышения прочности могут присутствовать легирующие добавки бора и/или ниобия, и/или титана, причем концентрация бора лежит в интервале 0,001-0,005 масс. %, а добавки ниобия или титана - в интервале 0,005-0,05 масс. %. Однако в предпочтительном варианте доля добавки Nb по массе составляет менее 0,03%.

Для изготовления вариантов стальных листов согласно изобретению, пригодных для применения в качестве упаковочного материала, можно, например, использовать стальные полосы, полученные посредством непрерывного литья и горячей прокатки и смотанные в рулон. Данные полосы изготавливают из низкоуглеродных сталей, в которых содержание легирующих добавок ограничено следующими верхними пределами (в масс. %):

- С: максимум 0,1%,

- N: максимум 0,02%,

- Mn: максимум 0,5%, предпочтительно менее 0,4%,

- Si: максимум 0,04%, предпочтительно менее 0,02%,

- Al: максимум 0,1%, предпочтительно менее 0,05%,

- Cr: максимум 0,1%, предпочтительно менее 0,05%,

- Р: максимум 0,03%,

- Cu: максимум 0,1%,

- Ni: максимум 0,1%,

- Sn: максимум 0,04%,

- Мо: максимум 0,04%,

- V: максимум 0,04%,

- Ti: максимум 0,05%, предпочтительно менее 0,02%,

- Nb: максимум 0,05%, предпочтительно менее 0,02%,

- В: максимум 0,005%,

- другие легирующие добавки и примеси: максимум 0,05%.

Остальную часть стали составляет железо.

Было показано, что если сначала посредством электромагнитной индукции холоднокатаный стальной лист с содержанием углерода менее 0,1 масс. % подвергнуть рекристаллизационному (или аустенитизирующему) нагреву со скоростью нагрева, превышающей 75 К/с, а затем охладить при высокой скорости охлаждения (100 К/с, а более предпочтительно - выше 400 К/с), можно отказаться от добавления легирующих компонентов, обычно содержащихся в двухфазных сталях, в частности от добавления марганца, кремния и алюминия (в известных двухфазных сталях в типичном варианте марганец и кремний составляют соответственно 0,8-2,0% и 0,1-0,5% по массе, а доля алюминия не превышает 0,2%).

Для реализации способа согласно изобретению горячекатаную стальную полосу 1, выполняющую функцию бесконечной ленты транспортирующего средства (на чертеже не изображено), безостановочно транспортируют через устройство, схематично показанное на чертеже, со скоростью предпочтительно более 200 м/мин, но не превышающей 750 м/мин. Сначала на этапе предварительной обработки данную ленту очищают посредством протравливания, промывки и высушивания, а затем прокатывают в не изображенном на чертеже блоке холодной прокатки. На этапе холодной прокатки толщина стального листа уменьшается до значений менее 1,0 мм (тонкий лист) или до значений в интервале 0,05-0,5 мм (очень тонкий лист).

По окончании холодной прокатки стальной лист все еще на этапе предварительной обработки проводят через очищающую ванну. Предпочтительно добавить в нее кремний, чтобы на данном этапе на поверхности стальной полосы образовалось силикатное покрытие. Пригодный состав очищающей ванны содержит, например, гидроксид натрия в концентрации примерно 20 г/л, кремний в концентрации 3-10 г/л, а также смачивающий агент. В предпочтительном варианте нанесенное таким образом силикатное покрытие содержит наружный кремниевый слой (фракция Si) с удельной массой 3-10 мг/м2. Такой слой можно сформировать также и в ходе отдельного этапа; однако, по причинам, связанным с эффективностью, формирование силиката с наружным слоем целесообразно провести на этапе предварительной обработки, совместив эту процедуру с очисткой стального листа.

Как схематично показано на фиг. 1, после холодной прокатки и очистки очищенную стальную полосу 1 с заданной скоростью транспортируют через печь 2, конкретно, через печь непрерывного отжига с индукционным нагревом, в которой установлено нагревательное средство 4, например индукционный нагреватель с катушками индуктивности. В средстве 4 стальную полосу нагревают индуктивным методом (предпочтительно в защитной атмосфере из инертного газа) со скоростью нагрева более 75 К/с до температур, лежащих в температурном интервале рекристаллизации используемой стали, в частности в интервале 700-850°С, предпочтительно до примерно 750°С, чтобы произошел рекристаллизационный отжиг холоднокатаной стальной полосы 1. В совокупности с последующим проведением охлаждения стального листа можно посредством рекристаллизационного отжига сформировать в стали многофазную структуру, что обеспечит высокую прочность и значительное удлинение при разрыве.

За печью 2 по ходу процесса расположена инертная камера 3, заполненная инертным восстановительным газом, например защитным газом, таким как азот, аргон или HNx. В камере 3 установлена ванна 5, которая заполнена расплавленным алюминием с температурой по меньшей мере выше точки плавления алюминия (660°С), предпочтительно превышающей 700°С. Поддерживание предпочтительных температур ванны с алюминием на уровне выше 700°С, а в особо предпочтительном варианте на уровне примерно 750°С, способствует требуемому формированию многофазной микроструктуры в стальном листе. В одном из вариантов изобретения ванна с алюминием представляет собой ванну фактически только с расплавленным алюминием, в которой содержание алюминия равно по меньшей мере 98%, а предпочтительно превышает 99%. В предпочтительном примере содержание алюминия в ванне составляет примерно 99,5%.

В альтернативном примере осуществления расплавленный алюминий в ванне может представлять собой легированный алюминий, который, в добавление к своему основному алюминиевому ингредиенту, может содержать также фракцию кремния в количестве 5-13%, предпочтительно 9-11%, причем возможны и другие ингредиенты. В модификации предпочтительного варианта в ванне с алюминием содержится 10% кремния, 3% железа, а остальную часть составляет алюминий. В данном случае возможны и другие легирующие компоненты, такие как магний, массовая доля которого составляет 0,2-6%.

За баком, заполненным расплавленным алюминием, по ходу процесса установлен газовый инжектор 6, посредством которого, конкретно, посредством его газового потока весь расплавленный и избыточный алюминий счищается и сдувается с поверхности стальной полосы 1. Используя инжектор 6, можно регулировать толщину алюминиевого покрытия, доводя этот параметр до желаемых значений, лежащих в интервале 1-15 мкм. Это происходит за счет продувки, с регулировкой давления, инертного газа, такого как азот, на обеих сторонах стального листа 1, покрытого алюминием, по всей ширине полосы, в результате чего избыточный алюминий удаляется. Система управления с замкнутым контуром обеспечивает однородность наружного слоя алюминия по всей ширине и по всей длине полосы. Кроме того, предусмотрена возможность регулировки, обеспечивающей на двух сторонах стального листа наличие разных наружных слоев алюминия, отличающихся друг от друга.

Из печи 2 стальную полосу 1 сначала направляют в инертную камеру 3, откуда, с изменением направления с помощью отклоняющего ролика U, переносят в бак 5 с алюминием и, далее, извлекают из алюминия. После изменения направления стальной полосы 1 вокруг другого отклоняющего ролика U лист, покрытый алюминием, переносят в охлаждающий бак 7, заполненный охлаждающей текучей средой, в частности охлаждающей жидкостью, такой как вода. В результате стальная полоса 1 охлаждается до комнатной температуры с высокими скоростями охлаждения, превышающими 400 К/с. Охлаждение стальной полосы может быть выполнено также посредством потока газа.

За охлаждающим баком 7 по ходу процесса охлажденную стальную полосу 1 пропускают через пару прижимных валков 8, отжимающих адсорбированную охлаждающую жидкость с поверхности покрытой алюминием полосы 1. Затем, если это необходимо, можно провести сушку. После следующего изменения направления с помощью отклоняющего ролика U алюминированную и охлажденную стальную полосу 1 переносят в финишный или прокатный блок 9, где производят ее финишную обработку или прокатку, воздействуя на ее поверхность, покрытую алюминием. В процессе финишной обработки предпочтительная степень воздействия может составлять 0,5-2%, а при использовании прокатного блока этот показатель превышает 2% и может доходить до 50%. По отношению к устройствам, участвующим в нанесении алюминиевого покрытия, данные блоки необязательно располагать последовательно, т.е. прокатный или финишный блок можно также выполнить отдельно от блока, в котором происходит нанесение иммерсионного покрытия на стальной лист.

Посредством финишной обработки или прокатки удаляют оксиды алюминия, образовавшиеся на алюминиевом покрытии. Чтобы после финишной обработки или вторичной прокатки предотвратить новое окисление алюминиевого покрытия, предусмотрена возможность надлежащим образом провести для стальной полосы пассивирование поверхности, покрытой алюминием. Во время формирования банки, например, посредством процессов вытяжки с утонением стенки отсутствие оксидов на поверхности алюминированной стальной полосы в известной степени обеспечивает хорошие характеристики, связанные со скольжением, а это позволяет удерживать применение смазочных материалов на низком уровне.

Однако по сравнению с оловянными листами, имеющими поверхность из олова, у алюминированной стальной полосы, выполненной согласно изобретению, эти характеристики ухудшены. Чтобы их улучшить в описанных далее способах обработки, в общем случае требуется применение смазочных материалов, например, таких как диоктилсебацинат.

Для стальных листов, полученных согласно изобретению с использованием этапа конечной финишной обработки, конкретно, сухой финишной обработки с глянцеванием поверхности, покрытой алюминием, может быть сведен к минимуму износ алюминия, обычно проявляемый в описанных далее формообразующих способах, в частности, при изготовлении банок из алюминированных стальных листов посредством процессов вытяжки с утонением стенки. Такая минимизация износа алюминия в формообразующих процессах определяется возможностью обеспечить высокую плотность алюминиевого покрытия.

Стальную полосу 1, нагретую в печи 2 и подвергнутую рекристаллизационному отжигу, желательно во время переноса из печи 2 в ванну с алюминием (в бак 5) держать в защитной атмосфере из инертного газа, чтобы поверхность нагретой полосы 1 не контактировала с кислородом воздуха. При введении в ванну с расплавленным алюминием полоса 1 имеет температуру, превышающую 700°С.

В дополнение к этому, при переносе из ванны с расплавленным алюминием в охлаждающий бак 7 стальная полоса 1 с еще не сформировавшимся на ней алюминиевым покрытием находится в защитной атмосфере из инертного газа, наполняющего инертную камеру 3, т.е. данное покрытие, на этой стадии все еще частично расплавленное, не может контактировать с кислородом воздуха. В результате предотвращается окисление как еще не покрытой очищенной поверхности стальной полосы, так и алюминиевого покрытия, нанесенного в ванне с алюминием.

Алюминированные стальные листы, выполненные согласно изобретению, проявляют отличные формообразующие характеристики, в частности, в процессах вытяжки с утонением стенки, предназначенных для изготовления двухкомпонентных банок для пищевых продуктов и безалкогольных напитков, или при изготовлении соответствующих крышек.

1. Способ изготовления упаковочного алюминированного стального листа из холоднокатаного листа из нелегированной или низколегированной стали, включающий следующие этапы:

- наносят на стальной лист силикатное покрытие;

- нагревают стальной лист посредством электромагнитной индукции при температурах в температурном интервале рекристаллизации стали и со скоростью нагрева, превышающей 75 К/с, чтобы осуществить рекристаллизационный отжиг стального листа;

- погружают стальной лист, прошедший рекристаллизационный отжиг, в ванну с расплавленным алюминием, чтобы нанести на стальной лист слой алюминия, причем стальной лист, погруженный в ванну с алюминием, имеет температуру по меньшей мере 700°С;

- извлекают алюминированный стальной лист из ванны с алюминием и охлаждают его при скорости охлаждения по меньшей мере 100 К/с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в стали при охлаждении алюминированного стального листа формируют многофазную структуру, которая содержит феррит и по меньшей мере один структурный компонент из группы, в которую входят мартенсит, бейнит и/или остаточный аустенит, при этом в многофазной структуре структурные компоненты феррит, мартенсит, бейнит и/или остаточный аустенит предпочтительно составляют более 80%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость, с которой стальной лист охлаждают после нанесения слоя алюминия, превышает 400 К/с, предпочтительно 500 К/с.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стальной лист изготавливают из низколегированной стали с содержанием углерода 0,01-0,1 мас. %, а содержание других легирующих компонентов ограничено следующими верхними пределами:

- N: максимум 0,02%,

- Mn: максимум 0,4%,

- Si: максимум 0,04%,

- Al: максимум 0,1%,

- Cr: максимум 0,1%,

- Р: максимум 0,03%,

- Cu: максимум 0,1%,

- Ni: максимум 0,1%,

- Sn: максимум 0,04%,

- Mo: максимум 0,04%,

- V: максимум 0,04%,

- Ti: максимум 0,05%, предпочтительно менее 0,02%,

- Nb: максимум 0,05%, предпочтительно менее 0,02%,

- В: максимум 0,005%,

- другие легирующие добавки и примеси: максимум 0,05%.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после извлечения из ванны с алюминием стальной лист погружают в охлаждающую ванну или охлаждают потоком газа.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время рекристаллизационного отжига осуществляют индукционный нагрев стального листа при температурах в интервале 700-780°С, предпочтительно в интервале 740-760°С.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ванне с расплавленным алюминием содержится легированный алюминий, содержание кремния в котором составляет 5-13 мас. %, предпочтительно 9-11 мас. %.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ванне с расплавленным алюминием содержится, по существу, чистый алюминий, причем содержание алюминия составляет по меньшей мере 98 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 99 мас. %, наиболее предпочтительно 99,5 мас. %.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что силикатное покрытие наносят на стальной лист путем проведения стального листа через очищающую ванну, содержащую силикат.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина нанесенного слоя алюминия составляет 1-15 мкм.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после извлечения стального листа из ванны с алюминием избыточный и все еще расплавленный алюминий счищают или сдувают посредством инжектора, выполняющего очистку газом с обеспечением возможности регулировать толщину нанесенного слоя алюминия с доведением ее до требуемого значения и с получением слоя с равномерной толщиной по всей поверхности стального листа.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стальной лист после охлаждения подвергают чистовой прокатке и/или вторичной холодной прокатке.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в процессе чистовой прокатки степень воздействия достигает 0,5-2% и/или в процессе вторичной прокатки степень воздействия достигает от более 2% до 50%.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рекристаллизационный отжиг, нанесение алюминиевого слоя и охлаждение алюминированного стального листа проводят в инертной восстановительной среде.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что размещают ванну с расплавленным алюминием и охлаждающий бак в инертной камере, заполненной инертной газовой средой, а стальной лист после рекристаллизационного отжига переносят в инертную камеру и в ванну с расплавленным алюминием, а затем извлекают из ванны с алюминием и переносят в охлаждающий бак в инертной камере в инертной газовой среде.

16. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в стальном листе

- содержание углерода составляет 0,01-0,1 мас. %,

- содержание марганца составляет менее 0,4 мас. %,

- содержание кремния составляет менее 0,04 мас. %,

- содержание алюминия составляет менее 0,1 мас. %,

- содержание хрома составляет менее 0,1 мас. %.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стальной лист представляет собой тонкий или очень тонкий холоднокатаный лист, выполненный из низколегированной стали, которая содержит бор, и/или ниобий, и/или титан.

18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после охлаждения стальной лист имеет предел прочности на разрыв, составляющий по меньшей мере 500 мПа, предпочтительно более 650 мПа, и относительное удлинение при разрыве, составляющее более 5%, предпочтительно более 10%.

19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рекристаллизационный отжиг осуществляют в течение 0,5-15 с, предпочтительно около 1 с.

20. Стальной лист для производства упаковки, используемый в качестве материала при изготовлении банок, аэрозольных контейнеров и крышек, отличающийся тем, что он изготовлен способом по любому из пп. 1-19.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оцинкованным стальным листам. Высокопрочный гальванизированный погружением стальной лист включает слой гальванического покрытия, сформированный на поверхности основного стального листа.

Изобретение относится к горячекатаным оцинкованным листам. Высокопрочный горячеоцинкованный стальной лист, содержит лист из стали, содержащей, в маc.%: С от 0,075 до 0,400, Si от 0,01 до 2,00, Mn от 0,80 до 3,50, Р от 0,0001 до 0,100, S от 0,0001 до 0,0100, Al от 0,001 до 2,00, О от 0,0001 до 0,0100, N от 0,0001 до 0,0100, железо и неизбежные примеси - остальное, и горячеоцинкованный слой, сформированный на поверхности стального листа.

Изобретение относится к высокопрочным стальным листам, изготовленным методом гальванизацией погружением. Стальной лист включает образованный гальванизацией погружением слой, сформированный на поверхности базового стального листа.

Изобретение относится к способу производства плоского проката с покрытием, полученным методом погружения в расплав. Способ включает предварительное окисление в печи типа DFF, при этом стальной плоский прокат на участке предварительного окисления DFF-печи в течение 1-15 с подвергают воздействию окислительной атмосферы, образованной посредством распыления содержащего кислород газового потока в пламя горелки для образования покрывного слоя FeO.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочного горячегальванизированного стального листа, используемого в автомобилестроении.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, используемому в автомобилестроении. Лист выполнен из стали, содержащей, мас.%: С от 0,075 до 0,3, Si от 0,3 до 2,5, Mn от 1,3 до 3,5, Р от 0,001 до 0,05, S от 0,0001 до 0,005, Al от 0,001 до 0,05, Ti от 0,001 до 0,015, N от 0,0001 до 0,005, О от 0,0001 до 0,003, железо и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к отожженному гальваническому покрытию, сформированному на поверхности высокопрочного базового стального листа и обладающему улучшенной прочностью сцепления с поверхностью упомянутого листа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованной высокопрочной детали. Горячештампованная высокопрочная деталь имеет плакирующий слой из алюминиевого сплава на основе Al-Fe, содержащий фазу интерметаллического соединения Al-Fe на поверхности стального листа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячекатаного стального листа, используемого в машиностроении. Лист выполнен из стали, содержащей в мас.%: С: от 0,04 до 0,09, Si: 0,4 или менее, Mn: от 1,2 до 2,0, Р: 0,1 или менее, S: 0,02 или менее, Al: 1,0 или менее, Nb: от 0,02 до 0,09, Ti: от 0,02 до 0,07, N: 0,005 или менее, Fe и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к способу производства оцинкованного методом горячего погружения и отожженного стального листа, обладающего TRIP-микроструктурой. .
Изобретение относится к технологии нанесения защитных покрытий на металлические изделия, а именно к нанесению алюминиевых покрытий на металлические изделия, и может быть использовано для защиты покрываемых изделий от коррозионного разрушения.

Изобретение относится к способам повышения стойкости стали к коррозии и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте. Способ алитирования стальной трубы включает циклический нагрев поверхности стальной трубы пачками импульсов электромагнитного излучения в расплаве алюминия выше точки Ас3 с последующим охлаждением ниже точки Ar1 при скорости нагрева и охлаждения не менее 1 К/с, при этом нагрев проводят до температуры не выше 1220±10 К и охлаждение до температуры не ниже 820±10 К, а продолжительность выдержки при нагреве и охлаждении при экстремальных температурах определяется необходимой глубиной проникания алюминия и равномерностью распределения его в стали.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при нанесении жаростойких покрытий на детали из углеродистых и легированных сталей, работающих в условиях повышенных температур.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованной высокопрочной детали. Горячештампованная высокопрочная деталь имеет плакирующий слой из алюминиевого сплава на основе Al-Fe, содержащий фазу интерметаллического соединения Al-Fe на поверхности стального листа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению стального листа с Al-Zn покрытием, нанесенным горячим окунанием. Содержание Al в слое Al-Zn покрытия составляет 20-95 мас.%, а содержание Ca или Ca и Mg в сумме в слое Al-Zn покрытия составляет 0,01-10 мас.%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальному листу с Al-Zn покрытием, нанесенным способом горячего окунания. Содержание Al в слое Al-Zn покрытия составляет 20-95 мас.%.
Изобретение относится к нанесению покрытий и может быть использовано при получении жаростойких и антифрикционных покрытий на детали из углеродистых и легированных сталей, работающих в условиях повышенных температур до 1600°C и сухого трения.

Изобретение относится к способу покрытия цинком и/или алюминием погружением в расплавленный металл изготовленного из высокопрочной, содержащей различные легирующие компоненты, в частности Mn, Al, Si и/или Cr, стали стального плоского проката, посредством которого в RTF-установке получают стальную ленту с оптимально облагороженной поверхностью.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству стального листа с покрытием на основе алюминия, обладающего хорошей устойчивостью к изменению цвета при нагреве и свариваемостью, а также стойкостью к предотвращению уменьшения прочности, и к термоусаживающемуся бандажу, полученному из листа.
Изобретение относится к технологии нанесения защитных покрытий на металлические изделия, а именно к нанесению алюминиевых покрытий на металлические изделия, и может быть использовано для защиты покрываемых изделий от коррозионного разрушения.

Изобретение относится к изготовлению упаковочного алюминированного стального листа из холоднокатаного листа из нелегированной или низколегированной стали. Способ включает следующие этапы: нанесение на стальной лист силикатного покрытия, рекристаллизационный отжиг стального листа, нагрев листа посредством электромагнитной индукции при температурах в температурном интервале рекристаллизации стали и со скоростью нагрева, превышающей 75 Кс, погружение стального листа, прошедшего рекристаллизационный отжиг, в ванну с расплавленным алюминием для нанесения слоя алюминия, причем стальной лист, погруженный в ванну с алюминием, имеет температуру по меньшей мере 700°С, извлечение алюминированного стального листа из ванны с алюминием и охлаждение его при скорости охлаждения по меньшей мере 100 Кс. Изобретение позволяет изготовить упаковочные алюминированные стальные листы, которые отличаются высокой прочностью и большим удлинением при разрыве, проявляют отличные формообразующие характеристики, в частности, в процессах вытяжки с утонением стенки, применяемых при изготовлении банок, аэрозольных контейнеров и крышек, а также могут быть использованы в качестве материала-заменителя листов из олова. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх