一种3004铝合金瓶盖料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种3004铝合金瓶盖料及其制备方法 (3004 aluminum alloy bottle cap material and preparation method thereof ) 是由 赵江涛 李浩杰 孙志远 乔文杰 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3004铝合金瓶盖料及其制备方法。包含有以下重量比的元素：Si 0.2-0.25％,Fe 0.4-0.5％,Cu 0.06-0.1％,Mn 0.8-0.9％,Mg 0.9-1.0％,Cr 0.05％,Zn 0.05％,Ti 0.015-0.02％,余量为Al。将原料废料依次进行熔炼、铸锭、锯头、铣面、均热加热、热粗轧、热精轧、冷轧、一次中间退火、箔轧半成品、二次中间退火、箔轧成品、低温稳定化处理,得到3004铝合金瓶盖料。本发明以回收废料为主要原料,通过对其创新性的加工创造,所得瓶盖料的抗拉强度、屈服强度、延伸率均得到明显提高,良好的制耳率和延伸率能带来优异的冲压效果,较高的抗拉强度使瓶盖料产品的扭断力更好。有效解决了现有国内市场中瓶盖料强度低,无法适用于含气类饮料瓶盖的问题。应用范围更加广泛,减少了资源浪费,避免了对环境的污染。(The invention discloses a 3004 aluminum alloy bottle cap material and a preparation method thereof. Comprises the following elements in percentage by weight: 0.2 to 0.25 percent of Si, 0.4 to 0.5 percent of Fe, 0.06 to 0.1 percent of Cu, 0.8 to 0.9 percent of Mn, 0.9 to 1.0 percent of Mg, 0.05 percent of Cr, 0.05 percent of Zn, 0.015 to 0.02 percent of Ti, and the balance of Al. And sequentially carrying out smelting, ingot casting, head sawing, face milling, soaking heating, hot rough rolling, hot finish rolling, cold rolling, primary intermediate annealing, foil rolling semi-finished product, secondary intermediate annealing, foil rolling finished product and low-temperature stabilization treatment on the raw material waste to obtain the 3004 aluminum alloy bottle cover material. According to the invention, the recycled waste is used as a main raw material, and innovative processing and creation are carried out on the recycled waste, so that the tensile strength, the yield strength and the elongation of the obtained bottle cap material are obviously improved, the excellent stamping effect can be brought by the good lug making rate and the elongation, and the higher tensile strength enables the twisting-off force of the bottle cap material product to be better. Effectively solves the problems that the bottle cap material in the existing domestic market has low strength and can not be suitable for the bottle caps of gas-containing beverages. The application range is wider, the resource waste is reduced, and the environmental pollution is avoided.)
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域。具体涉及一种3004铝合金瓶盖料及其制备方法。
背景技术
目前瓶盖料产品常见的材质有PET/PE塑料盖，铝合金盖以及铝塑复合盖等材质。在这些材质中铝制瓶盖料具有易加工、易回收、质量轻、美观环保等优点。因此，目前已有大量瓶盖的生产采用铝制品进行生产，市场上主要采用8011铝合金生产不含气的酒类、药品类瓶盖料，但是该合金制备的瓶盖料强度大多在165Mpa以下，不能满足内压较高的含气类饮料的灌装要求，该合金在制耳率指标上也因对加工条件较为严格，不良率较高。随着铝合金瓶盖的大量生产，铝资源被大量开发利用，但产生的废弃料也没有得到较好的回收利用。而另一方面，随着生活质量的大幅度提高、铝制罐装类饮料应用越来越广泛，对废弃废料的循环利用更是迫切需要解决的一个问题。目前，回收的废料中易拉罐废料就占了很大一部分，急需得到有效解决。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种3004铝合金瓶盖料及其制备方法。本发明以回收的废弃料为原料，制备得到了性能优良、具有较好使用性能的瓶盖料。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种3004铝合金瓶盖料，该铝合金瓶盖料包含有以下重量百分比的合金元素：Si：0.2-0.25％，Fe：0.4-0.5％，Cu：0.06-0.1％，Mn：0.8-0.9％，Mg：0.9-1.0％，Cr：0.05％，Zn：0.05％，Ti：0.015-0.02％，余量为Al。
上述的3004铝合金瓶盖料的制备方法，该方法包括以下步骤：将准备的原料依次进行熔炼、铸锭、锯头、铣面、均热加热、热粗轧、热精轧、冷轧、一次中间退火、一次冷箔轧、二次中间退火、二次箔轧、低温稳定化处理，得到3004铝合金瓶盖料；
所述熔炼过程中将回收废料在710-765℃条件下熔炼5-8小时，在熔炼过程中，通过检测分析，通过向熔液中添加铝锭(纯度≥99.5％)、铝钛硼丝(Al-5Ti-1B，即铝钛硼丝中Ti的质量百分含量为5％、B的质量百分含量为1％、余量为Al。)、镁锭(纯度≥99.5％)、铁添加剂(纯度为75％)以及锰添加剂(纯度为75％)，调整Fe、Mg、Mn、Ti及其他各成份的含量，使其成份符合3004铝合金瓶盖料的要求；将熔炼后的熔体导入静置炉在720-740℃条件下精炼，精炼完成后静置半小时完成熔炼；
然后将完成熔炼的铝合金熔液经静置炉导炉进入一级过滤装置，经过一级过滤装置过滤后导入在线除气装置，经过在线除气装置除气之后导入二级过滤装置进行过滤，过滤完成后，在690-715℃条件下采用铸造机铸造成为铝合金铸锭即完成铸造；
优选地，690-715℃条件下铸造的总时间为2.0-3.0小时；其中，一级过滤装置的过滤板精度为30PPi，一级过滤之后采用高纯氩气对铝合金熔液进行在线除气，在线除气时石墨转子的转速450r/min，在线除气后所得铝合金材料的氢含量≤0.15ml/100gAl；在线除气后导入二级过滤装置，所述二级过滤装置的过滤板精度为50PPi。
进一步地，铝锭占用料的质量比为8％-20％，废料占用料的质量比为80％-92％。
进一步地，所述均热加热为：将铣面后的铝合金铸锭置于均热炉中，控制均热炉炉气温度为620℃，铝合金铸锭温度达到590-610℃时，在该条件下保温10-12小时；保温完成后，当铝合金铸锭温度降温至490-510℃时候，在该条件下保温2小时，保温完成后出炉。
进一步地，热粗轧的轧制道次为17-19个道次，轧制完成时的温度控制为390-450℃；所述热精轧的轧制道次为4个道次，轧制时的压缩空气压力为0.2-0.4MPa，热精轧后的终轧温度为315-330℃(轧制完成后铝合金板材的厚度优选为5.0mm)。
进一步地，热粗轧及热精轧时所用乳液压力均为0.4-0.6MPa，浓度均为5％-6％。
进一步地，冷轧进行3个道次的轧制；优选地，第一个道次轧制的厚度为2.0mm，第二个道次的轧制厚度为1.2mm，第三个道次的轧制厚度为0.6mm。
进一步地，一次中间退火及二次中间退火均采用氮气保护进行中间退火，炉气定温为460℃，在铝合金铸锭温度达到350℃时，改定炉气温度为370℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后出炉自然冷却。
进一步地，所述低温稳定化处理为：采用氮气退火炉对二次箔轧后的铝合金卷材进行加热处理，炉气定温为340℃，铝合金卷材升温至225℃，改定炉气温度为315℃，并在该温度下进行保温，铝合金卷材升温至230℃时出炉。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
本发明以回收废料为主要原料，通过对原料进行创新性的加工创造，得到了3004铝合金瓶盖料，该瓶盖料的抗拉强度、屈服强度、延伸率均得到明显提高，制耳率更加稳定，良好的制耳率和延伸率能够带来优异的冲压效果，而较高的抗拉强度使得瓶盖料产品的扭断力更好，对于含气体类内压较高的饮料等也能够安全盛装，应用范围也更加广泛。且能够以大量回收的废料为原料，降低了生产成本、减少了资源浪费，避免了对环境造成的污染。
本发明技术方案生产的3004瓶盖料，能够有效解决现有国内市场中瓶盖料强度低，无法适用于含气类饮料瓶盖，以及扭断力差，开盖时声音沉闷的问题。由下表1可知，本发明制备的铝合金瓶盖料各项性能均优于现有技术中的铝合金瓶盖料的性能，而且以废料为原料，具有更好的社会经济效益。
表1本发明3004铝合金瓶盖料与8011瓶盖料数据对比如下：
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行更加详细的说明，以便于对本发明技术方案的理解，但是并不用于对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种3004铝合金瓶盖料，该铝合金瓶盖料包含有以下重量百分比的合金元素：Si：0.2-0.25％，Fe：0.4-0.5％，Cu：0.06-0.1％，Mn：0.8-0.9％，Mg：0.9-1.0％，Cr：0.05％，Zn：0.05％，Ti：0.015-0.02％，余量为Al。
上述的3004铝合金瓶盖料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取收集的易拉罐废料至于熔炼炉中在710℃条件下熔炼8小时，在熔炼过程中，通过光谱分析检测熔炼料中各元素的含量，并通过向熔液中添加铝锭(纯度≥99.5％)、铝钛硼丝(Al-5Ti-1B，即铝钛硼丝中Ti的质量百分含量为5％、B的质量百分含量为1％、余量为Al。)、镁锭(纯度99.99％)、铁添加剂(纯度为75％)以及锰添加剂(纯度为75％)，调整Fe、Mg、Mn、Ti及其他各成份的含量，使其成份符合3004铝合金瓶盖料的要求；
将熔炼后的熔体导入静置炉在720-740℃条件下，采用氮氯混合气体进行精炼作业(除去浮渣)、精炼10min后，在静置炉内静置30min，完成静置炉内的精炼；
然后将铝合金熔液经静置炉导炉进入一级过滤装置，经过一级过滤装置过滤后导入在线除气装置，经过在线除气装置除气之后导入二级过滤装置进行过滤，过滤完成后，在690℃条件下采用铸造机铸造成为铝合金铸锭即完成铸造；
(2)将步骤(1)得到的铝合金铸锭进行锯头、铣面处理：将步骤(1)得到的铝合金铸锭两头各锯除300mm；然后进行铣面，大面单侧铣面量≥20mm，小面单侧铣面量≥10mm，铸锭两边厚度差≤3mm；
(3)将步骤(2)铣面后的铝合金铸锭进行均热加热处理：将铣面后的铝合金铸锭置于均热炉中，控制均热炉炉气温度为620℃，铝合金铸锭温度达到590℃时，在该条件下保温12小时；保温完成后，当铝合金铸锭温度降温至490℃时候，再在该条件下保温2小时，保温完成后出炉；
(4)将均热加热之后的铝合金铸锭进行热粗轧及热精轧处理：均热加热之后的铝合金铸锭至于轧机中进行1+4热连轧，首先进行热粗轧，热粗轧的开坯温度为490℃，进行17个道次的可逆式轧制，每个道次轧制的厚度为35-45mm，热粗轧轧制完成时的温度控制为390℃；然后进行4个道次的热精轧，每个道次轧制的厚度为4-5mm。热精轧轧制时的压缩空气压力为0.2MPa，热精轧后的终轧温度为315℃；轧制完成后得到铝合金板材的厚度为5.0mm；
轧制过程中，热粗轧及热精轧时所用乳液压力均为0.4MPa，浓度均为5％；
(5)将步骤(4)热精轧后的热轧坯料进行冷轧：冷轧3个道次，第一个道次轧制至厚度为3.0mm，第二个道次的轧制至厚度为1.8mm，第三个道次的轧制至厚度为1.2mm；轧制完成得到铝合金半成品；
(6)将步骤(5)冷轧得到的铝合金坯料半成品置于退火炉中进行中间退火：在氮气保护条件下，炉气定温为460℃，在坯料半成品温度达到350℃时，改定炉气温度为370℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后出炉自然冷却，得到O状态铝合金卷材；
(7)将步骤(6)得到的铝合金卷材进行冷轧-箔轧处理，共4个道次，第一道次由1.2mm轧至0.7mm，第2道次轧至0.5mm，第三道次轧至0.35mm，第四道次轧至0.24mm，轧制力依次为330KN、280KN、226KN、200KN；
(8)将步骤(7)冷箔轧后的铝合金卷材进行二次中间退火：在氮气保护条件下，炉气定温为460℃，在坯料半成品温度达到350℃时，改定炉气温度为370℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后出炉自然冷却，得到O状态铝合金卷材；
(9)将步骤(8)二次退后之后的铝合金卷材进行二次箔轧处理，用一个道次轧至成品厚度0.21mm，轧制力130KN，速度16米/秒；
(10)将步骤(9)二次冷箔轧处理后的铝合金卷材进行拉矫清洗，清洗水温68℃，速度220米/分，延伸率0.2％；
(11)将步骤(10)拉矫清洗后的铝合金卷材进行低温稳定化处理：采用氮气退火炉，炉气定温340℃，待铝合金卷材升温至225℃，改炉气定温为315℃，并在该温度下进行保温，保温至铝合金卷材升温至230℃时出炉，得到3004铝合金瓶盖料。
实施例2
一种3004铝合金瓶盖料，该铝合金瓶盖料包含有以下重量百分比的合金元素：Si：0.2-0.25％，Fe：0.4-0.5％，Cu：0.06-0.1％，Mn：0.8-0.9％，Mg：0.9-1.0％，Cr：0.05％，Zn：0.05％，Ti：0.015-0.02％，余量为Al。
上述的3004铝合金瓶盖料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取收集的易拉罐废料至于熔炼炉中在765℃条件下熔炼5小时，在熔炼过程中，不断通过光谱分析检测熔炼料中各元素的含量，并通过向熔液中添加铝锭(纯度≥99.5％)、铝钛硼丝(Al-5Ti-1B，即铝钛硼丝中Ti的质量百分含量为5％、B的质量百分含量为1％、余量为Al。)、镁锭(纯度≥99.5％)、铁添加剂(纯度为75％)以及锰添加剂(纯度为75％)，调整Fe、Mg、Mn、Ti及其他各成份的含量，使其成份符合3004铝合金瓶盖料的要求；
将熔炼后的熔体导入静置炉在720-740℃条件下，采用氮氯混合气体进行精炼作业(除去浮渣)、精炼10min后，在静置炉内静置30min，完成静置炉内的精炼；
然后将铝合金熔液经静置炉导炉进入一级过滤装置，经过一级过滤装置过滤后导入在线除气装置，经过在线除气装置除气之后导入二级过滤装置进行过滤，过滤完成后，在715℃条件下采用铸造机铸造成为铝合金铸锭即完成铸造；
(2)将步骤(1)得到的铝合金铸锭进行锯头、铣面处理：将步骤(1)得到的铝合金铸锭两头各锯除300mm；然后进行铣面，大面单侧铣面量≥20mm，小面单侧铣面量≥10mm，铸锭两边厚度差≤3mm；
(3)将步骤(2)铣面后的铝合金铸锭进行均热加热处理：将铣面后的铝合金铸锭置于均热炉中，控制均热炉炉气温度为620℃，铝合金铸锭温度达到610℃时，在该条件下保温10小时；保温完成后，当铝合金铸锭温度降温至510℃时候，再在该条件下保温2小时，保温完成后出炉；
(4)将均热加热之后的铝合金铸锭进行热粗轧及热精轧处理：均热加热之后的铝合金铸锭至于轧机中进行1+4热连轧，首先进行热粗轧，热粗轧的开坯温度为510℃，进行19个道次的可逆式轧制，每个道次轧制的厚度为30-40mm，热粗轧轧制完成时的温度控制为450℃；然后进行4个道次的热精轧，每个道次轧制的厚度为4-5mm，热精轧轧制时的压缩空气压力为0.4MPa，热精轧后的终轧温度为330℃；轧制完成后得到铝合金板材的厚度为5.0mm；
轧制过程中，热粗轧及热精轧时所用乳液压力均为0.6MPa，浓度均为6％；
(5)将步骤(4)热精轧后的热轧坯料进行冷轧：冷轧3个道次，第一个道次轧制至厚度为3.0mm，第二个道次的轧制至厚度为1.8mm，第三个道次的轧制至厚度为1.2mm；轧制完成得到铝合金坯料半成品；
(6)将步骤(5)冷轧得到的铝合金坯料半成品置于退火炉中进行中间退火：在氮气保护条件下，炉气定温为460℃，在坯料半成品温度达到350℃时，改定炉气温度为370℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后出炉自然冷却，得到O状态铝合金卷材；
(7)将步骤(6)得到的铝合金卷材进行冷轧-箔轧处理，第一道次由1.2mm轧至0.7mm，第2道次轧至0.5mm，第三道次轧至0.35mm，第四道次轧至0.23mm；轧制力依次为340KN，285KN、232KN、210KN；
(8)将步骤(7)冷箔轧后的铝合金卷材进行二次中间退火：在氮气保护条件下，炉气定温为460℃，在坯料半成品温度达到350℃时，改定炉气温度为370℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后出炉自然冷却，得到O状态铝合金卷材；
(9)将步骤(8)二次退后之后的铝合金卷材进行二次冷箔轧处理，用一个道次轧至成品厚度0.20mm，轧制力135KN，速度15米/秒；
(10)将步骤(9)二次冷箔轧处理后的铝合金卷材进行拉矫清洗，清洗水温72℃，速度215米/分，延伸率0.15％；
(11)将步骤(10)拉矫清洗后的铝合金卷材进行低温稳定化处理：采用氮气退火炉，炉气定温340℃，待铝合金卷材升温至223℃，改炉气定温为315℃，并在该温度下进行保温，保温至铝合金卷材升温至228℃时出炉，得到3004铝合金瓶盖料。
实施例3
一种3004铝合金瓶盖料，该铝合金瓶盖料包含有以下重量百分比的合金元素：Si：0.2-0.25％，Fe：0.4-0.5％，Cu：0.06-0.1％，Mn：0.8-0.9％，Mg：0.9-1.0％，Cr：0.05％，Zn：0.05％，Ti：0.015-0.02％，余量为Al。
上述的3004铝合金瓶盖料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取收集的易拉罐废料至于熔炼炉中在740℃条件下熔炼6.5小时，在熔炼过程中，不断通过光谱分析检测熔炼料中各元素的含量，并通过向熔液中添加铝锭(纯度≥99.5％)、铝钛硼丝(Al-5Ti-1B，即铝钛硼丝中Ti的质量百分含量为5％、B的质量百分含量为1％、余量为Al。)、镁锭(纯度≥99.5％)、铁添加剂(纯度为75％)以及锰添加剂(纯度为75％)，调整Fe、Mg、Mn、Ti及其他各成份的含量，使其成份符合3004铝合金瓶盖料的要求；
将熔炼后的熔体导入静置炉在720-740℃条件下，采用氮氯混合气体进行精炼作业(除去浮渣)、精炼10min后，在静置炉内静置30min，完成静置炉内的精炼；
然后将铝合金熔液经静置炉导炉进入一级过滤装置，经过一级过滤装置过滤后导入在线除气装置，经过在线除气装置除气之后导入二级过滤装置进行过滤，过滤完成后，在700℃条件下采用铸造机铸造成为铝合金铸锭即完成铸造；
(2)将步骤(1)得到的铝合金铸锭进行锯头、铣面处理：将步骤(1)得到的铝合金铸锭两头各锯除300mm；然后进行铣面，大面单侧铣面量≥20mm，小面单侧铣面量≥10mm，铸锭两边厚度差≤3mm；
(3)将步骤(2)铣面后的铝合金铸锭进行均热加热处理：将铣面后的铝合金铸锭置于均热炉中，控制均热炉炉气温度为620℃，铝合金铸锭温度达到600℃时，在该条件下保温11小时；保温完成后，当铝合金铸锭温度降温至500℃时候，再在该条件下保温2小时，保温完成后出炉；
(4)将均热加热之后的铝合金铸锭进行热粗轧及热精轧处理：均热加热之后的铝合金铸锭至于轧机中进行1+4热连轧，首先进行热粗轧，热粗轧的开坯温度为500℃，进行18个道次的可逆式轧制，每道次压下量控制在30-45mm，热粗轧轧制完成时的温度控制为420℃；然后进行4个道次的热精轧，每道次压下量4-5mm。热精轧轧制时的压缩空气压力为0.3MPa，热精轧后的终轧温度为322℃；轧制完成后得到铝合金板材的厚度为5.0mm；
轧制过程中，热粗轧及热精轧时所用乳液压力均为0.5MPa，浓度均为5.5％；
(5)将步骤(4)热精轧后的热轧坯料进行冷轧：冷轧3个道次，第一个道次轧制至厚度为3.0mm，第二个道次的轧制至厚度为1.8mm，第三个道次的轧制至厚度为1.2mm；轧制完成得到铝合金坯料半成品；
(6)将步骤(5)冷轧得到的铝合金坯料半成品置于退火炉中进行中间退火：在氮气保护条件下，炉气定温为460℃，在坯料半成品温度达到350℃时，改定炉气温度为370℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后出炉自然冷却，得到O状态铝合金卷材；
(7)将步骤(6)得到的铝合金卷材进行冷轧-箔轧处理，第一道次由1.2mm轧至0.7mm，第2道次轧至0.5mm，第三道次轧至0.35mm，第四道次轧至0.23mm；轧制力依次为330KN、270KN、230KN、215KN；
(8)将步骤(7)冷箔轧后的铝合金卷材进行二次中间退火：在氮气保护条件下，炉气定温为460℃，在坯料半成品温度达到350℃时，改定炉气温度为370℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后出炉自然冷却，得到O状态铝合金卷材；
(9)将步骤(8)二次退后之后的铝合金卷材进行二次冷箔轧处理，用一个道次轧至成品厚度0.195mm，轧制力145KN，速度14米/秒；
(10)将步骤(9)二次冷箔轧处理后的铝合金卷材进行拉矫清洗，清洗水温65℃，速度205米/分，延伸率0.15％；
(11)将步骤(10)拉矫清洗后的铝合金卷材进行低温稳定化处理：采用氮气退火炉，炉气定温340℃，待铝合金卷材升温至230℃，改炉气定温为315℃，并在该温度下进行保温，保温至铝合金卷材升温至235℃时出炉，得到3004铝合金瓶盖料。
对于上述制备的3004铝合金瓶盖料进行性能检测，结果如表2所示：
表2本发明3004铝合金瓶盖料的性能检测