Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen

Abstract

 Die Erfindung betrifft gemäß ihrer ersten Lehre eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen. Zur Gewährleistung einer absolut und im zeitlichen Verlauf verbesserten Innendruckfestigkeit wird eine derartige Legierung dadurch verbessert, dass sie die folgenden Legierungsanteile in Gewichtsanteilen aufweist:

0,05 % ≤ Si ≤ 0,2 %

0,2 % ≤ Fe ≤ 0,4 %

0,05 % ≤ Cu ≤ 0,15 %

0,4 % ≤ Mn ≤ 0,8 %

4,7 % ≤ Mg ≤ 5,4 %

0,0 % ≤ Cr ≤ 0,1 %

0,0 % ≤ Zn ≤ 0,25 %

0,0 % ≤ Ti ≤ 0,15 %

Ca ≤ 4 ppm

Na ≤ 4 ppm

andere in Summe max. 0,15 %, einzeln
max. 0,05 %,Rest Al.
Es wird vorgeschlagen, die Zusammenfassung ohne zugehörige Figur zu veröffentlichen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen, ein Verfahren zur Herstellung von Deckelband sowie ein Deckelband für Dosen.

[0002] Derartige Legierungen sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt. Es ist beispielsweise bekannt, ein Deckelband für Dosen aus den Aluminiumlegierungen AA 5082 oder AA 5812 herzustellen.

[0003] Die Anforderungen an ein Deckelband für Dosen, insbesondere Getränkedosen besteht vor allem in der Gewährleistung einer hohen Innendruckstabilität. Eine solche hohe Innendruckstabilität ist notwendig, um dem Innendruck etwa bei einer Pasteurisierung der in der verschlossenen Dose befindlichen Lebensmittel oder dem aus der Kohlensäurehaltigkeit resultierenden Innendruck eines in der Dose verpackten Produktes, in der Regel eines Getränkes, Stand zu halten.

[0004] Eine derartige Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen ist beispielsweise aus der US 5,469,912 bekannt.

[0005] Die Anforderung an Deckelband für Dosen gehen aktuell dahin, dass eine weitere verbesserte Innendruckstabilität gefordert wird. Dies gilt zunächst im Hinblick auf eine Verbesserung des Zeitverhaltens der Innendruckstabilität. Bei bekannten Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Deckelband für Dosen nimmt die Innendruckstabilität mit zunehmender Lagerung der Dosen vergleichsweise stark ab - man spricht hierbei vom sogenannten Ageing. Dieses Verhalten ist unerwünscht, da es dazu führen kann, dass die Deckel von Dosen mit zunehmenden Alter dem Innendruck der verpackten Produkte nicht mehr standhalten. Im Hinblick auf die Materialkosten gehen die Forderungen parallel dahin, bei reduzierter Materialdicke eine gleichbleibende Innendruckstabilität zu gewährleisten. Diese Anforderung steht unmittelbar im Zusammenhang mit der Reduzierung des sogenannten Ageings.

[0006] Metallphysikalisch verbirgt sich hinter dem Abfall der Innendruckstabilität nach der Fertigung des Deckels der Vorgang der Erholung des Materials in den Bereichen, die während der Fertigung des Dosenkörpers und des Deckels stark verformt wurden. Unter Temperatureinwirkung verschärft sich dieser Effekt dahingehend, dass der Abfall innerhalb kürzerer Zeiten stattfindet und das Endniveau der Innendruckstabilität tiefer liegt. Aus diesem Grund ist der Einsatz von PVC-freien Lacken bei der Lackierung des Deckelbandes bisher problematisch, da diese höhere Einbrenntemperaturen während der Trocknung erfordern und damit einen stärkeren Festigkeitsabfall hervorrufen.

[0007] Verantwortlich für eine hohe Innendruckstabilität des Deckelbandes ist dabei insbesondere die Dehngrenze R_p0,2 des Deckelbandes unter 45° zur Walzrichtung. Diese ist im allgemeinen signifikant niedriger als die Dehngrenze unter 0° oder 90° zur Walzrichtung.

[0008] Um eine maximale Innendruckstabilität des Deckelbandes zu erreichen, sollte daher die Dehngrenze R_p0,2 des Deckelbandes unter 45° zur Walzrichtung auch nach dem Einbrennen der Lackierung einen maximalen Wert annehmen.

[0009] Schließlich ist es unter dem Einfluss hoher geforderter Recyclingquoten erforderlich, eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen zur Verfügung zu stellen, die den Einsatz vom recycelten Material ermöglicht. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die höheren Legierungsanteile von Silizium und Eisen in den Aluminiumlegierungen für die Dosenkörper problemätisch, da die Dosenkörper beim Recycling nicht von den Dosendeckeln getrennt werden.

[0010] Ausgehend von den obigen Ausführungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Innendruckstabilität insbesondere bei Verwendung von recyceltem Ausgangsmaterial und PVC-freien Lacken bei der Lackierung ermöglicht, ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von Deckelband für Dosen sowie ein entsprechendes Deckelband für Dosen vorzuschlagen.

[0011] Gemäß der ersten Lehre der Erfindung ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen die folgenden Legierungsanteile in Gewichtsanteilen aufweist:

0,05 % ≤ Si ≤ 0,2 %

0,2 % ≤ Fe ≤ 0,4 %

0,05 % ≤ Cu ≤ 0,15 %

0,4 % ≤ Mn ≤ 0,8 %

4,7 % ≤ Mg ≤ 5,4 %

0,0 % ≤ Cr ≤ 0,1 %

0,0 % ≤ Zn ≤ 0,25 %

0,0 % ≤ Ti ≤ 0,15 %

Ca ≤ 4 ppm

Na ≤ 4 ppm

anderer in Summe max. 0,15 %, einzeln

max. 0,05 %,Rest Al.

[0012] Diese erfindungsgemäße Aluminiumlegierung gewährleistet eine verbesserte Innendruckstabilität im Hinblick auf die eingangs genannten Aspekte durch die Kombination zweier Strategien. Die erste Strategie besteht darin, eine hohe Innendruckstabilität des Deckels dadurch zu erreichen, dass die Dehngrenze des lackierten Materials erhöht wird, um das gesamte Niveau der Festigkeit anzuheben. Dem gegenüber besteht die zweite Strategie darin, das Erholungsverhalten des lackierten Materials bei gleicher Dehngrenze dadurch zu beeinflussen, dass der Abfall der Innendruckstabilität mit zunehmendem Zeitverlauf nach der Fertigung des Deckels verringert wird. Die beschriebene erste Lehre der Erfindung macht sich beide Strategien zu eigen, indem die wesentlichen Legierungselemente Mn und Mg aufeinander abgestimmt werden. Mg erhöht daher dabei im wesentlichen die Festigkeit des Materials bei gleichzeitig verbesserter Umformbarkeit und setzt damit die erste Strategie um. Mit der erhöhten Zugabe von Mg geht jedoch gleichzeitig eine verstärkte Erholung und somit ein erhöhter Ageing-Effekt einher. Um dies gemäß der zweiten Strategie auszugleichen wird ebenfalls festigkeitssteigerndes Mn und geringe Mengen Cu zugegeben, welche beide die Erholung dämpfen.

[0013] Die oberen Beschränkungen von Fe und Si sind notwendig, um die Umformbarkeit der aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung hergestellten Deckel zu gewährleisten. Die unteren Grenzen von Fe und Si gewährleisten die Möglichkeit des Einsatzes von Recyclingmaterial für die Aluminiumlegierung gemäß der ersten Lehre der Erfindung.

[0014] Darüber hinaus wird durch die geringen Na- und Ca-Gehalte des Deckelbandes gewährleistet, dass beim Warmwalzen maximale Umformgrade realisiert werden können, ohne dass interkristalline Risse im Gefüge des Deckelbandes entstehen. Durch die erreichbaren Umformgrade können Ausscheidungsphasen im Deckelband optimal aufgebrochen werden, so dass beim anschließenden Kaltwalzen eine homogene Verformung bei weitgehender Vermeidung von Verformungsinhomogenitäten erreicht werden kann. Durch die so erzielte homogene Verformung wird eine verbesserte kristallographische Textur des kaltgewalzten Deckelbandes eingestellt, sowie gleichzeitig eine diffuse Versetzungsstruktur, ohne ausgeprägte Substruktur.

[0015] Hierdurch kann die Dehngrenze R_p0,2 unter 45° zur Walzrichtung nach dem Kaltwalzen deutlich gesteigert werden, insbesondere auch nach dem Einbrennen des Lackes.

[0016] Ferner kann die Aluminiumlegierung besonders gut dadurch recycelt werden, dass der Bor-Gehalt lediglich durch eine Obergrenze von B = 10ppm beschränkt ist.

[0017] Aufgrund des geringen Bor-Gehaltes der Aluminiumlegierung ist es zulässig, dass der tatsächliche Bor-Gehalt durch die Menge des eingesetzten Recyclingmaterials eingestellt wird, und nicht, wie bei herkömmlichen Aluminiumlegierungen, durch die Zugabe von Titanboriddraht kontrolliert wird.

[0018] Dadurch, dass das Verhältnis zwischen den Legierungsanteilen von Mg und Mn größer gleich 7 und kleiner gleich 11 ist, ist, wie gewünscht, die Entfestigung deutlich reduziert.

[0019] Um eine hinreichende Umformbarkeit des Deckelbandes für Dosen zu einem Deckel zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Summe der Legierungsanteilen Mn, Fe und Si 1,25 Gewichtsprozent nicht überschreitet.

[0020] Alternativen zu der Aluminiumlegierung gemäß der ersten Lehre der Erfindung sind im Bereich der hochfesten Legierungen denkbar, wobei hier jedoch regelmäßig mit modifizierten Fertigungswegen bei der Kaltwalzung zur Einstellung der hohen Festigkeit gearbeitet werden muss. Es sind beispielsweise mehrgerüstige Kaltwalzstraßen bzw. mit Öl/Wasseremulsionen arbeitende Walzgerüste erforderlich.

[0021] Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren zur Herstellung von Deckelband für Dosen dadurch gelöst, dass bei einem solchen Verfahren als Ausgangsmaterial eine Aluminiumlegierung gemäß der ersten Lehre der Erfindung verwendet wird, aus der Aluminiumlegierung ein Barren gegossen wird, der Barren homogenisiert, warmgewalzt und anschließend auf einer ein- oder zweigerüstigen Kaltwalze kaltgewalzt wird und das kaltgewalzte Band lackiert und in einem Durchlaufofen getrocknet wird.

[0022] Das Verfahren zur Herstellung von Deckelband gemäß der zweiten Lehre der Erfindung lässt sich von der Anlagenseite her kostengünstig realisieren und ist gleichzeitig auf die Aluminiumlegierung gemäß der ersten Lehre der Erfindung abgestimmt. Dabei ist die Zugabe von Mg und Mn so abgestimmt, dass die beim Verfahren zur Herstellung von Deckelband für Dosen gemäß der zweiten Lehre der Erfindung eingebrachte Verfestigung nur wenig durch Entfestigungsvorgänge erniedrigt wird. Diese thermische Stabilisierung gegen eine Entfestigung wird vorwiegend durch Mn bewirkt, dass sich in der Aluminiummatrix in Lösung befindet. Besonders wichtig für die Abstimmung des Verfahrens zur Herstellung von Deckelband für Dosen gemäß der zweiten Lehre der Erfindung mit der verwendeten Aluminiumlegierung gemäß der ersten Lehre der Erfindung ist einerseits das Kaltwalzen auf einer ein- oder zweigerüstigen Kaltwalze andererseits eine Vermeidung von Verformungsinhomogenitäten beim Kaltwalzen durch optimale Verarbeitungsparameter in vorgelagerten Arbeitsschritten.

[0023] Die beim Kaltwalzen auftretenden Verformungsinhomogenitäten können vorzugsweise dadurch minimiert werden, dass der Barren nach dem Gießen bei 480 °C bis 530°C homogenisiert wird, auf eine Dicke von 30 - 50 mm reversierend warmgewalzt wird und das Warmwalzen anschließend auf einer mehrgerüstigen, insbesondere 3- oder 4-gerüstigen Tandemstaffel fortgesetzt wird.

[0024] Durch die Homogenisierung bei 480 °C bis 530 °C werden zunächst die Gusseigenspannungen des Barrens abgebaut. Mit Hilfe des anschließenden reversierenden Warmwalzens auf eine Dicke von 30 - 50 mm wird der Barren auf das Warmwalzen in der mehrgerüstigen Tandemstaffel vorbereitet. Durch die mehrgerüstige Tandemstaffel können dann beim Warmwalzen maximale Umformgrade erzielt werden, so dass grobe Ausscheidungsphasen optimal aufgebrochen werden.

[0025] Eine Warmbandaustrittstemperatur von mehr als 300°C nach dem Tandem-Warmwalzen ist notwendig um eine vollständige Entfestigung des Warmbandes zu erzielen. Damit einher geht die Einstellung einer kristallographischen Würfeltextur, die wiederum eine hohe Streckgrenze unter 45° im kaltgewalzten und lackierten Band erzeugt.

[0026] Wird das Deckelband schließlich mit einem Polyvinylchlorid(PVC)-freien Lack lackiert, so können die Umweltverträglichkeit und Recyclingfähigkeit des Deckelbandes weiter gesteigert werden. Trotz der für das Trocknen der PVC-freien Lacke notwendigen höheren Einbrenntemperaturen, weist das erfindungsgemäß hergestellte Deckelband auch nach der Lacktrocknung eine erhöhte Dehngrenze und somit eine ausreichende Innendruckstabilität auf.

[0027] Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete Aufgabe durch ein Deckelband für Dosen, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, gelöst. Wie bereits ausgeführt, weist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Deckelband für Dosen auch nach dem Einbrennen der Lackierung eine verbesserte Innendruckstabilität auf.

[0028] Wird das Deckelband aus einem Warmband mit einer feinkörnigen Mikrostruktur hergestellt, wobei die Mikrostruktur eine mittlere Korngröße kleiner oder gleich 15 µm aufweist, kann eine Erhöhung der Dehngrenze R_p0,2 des Deckelbandes unter 45° zur Walzrichtung aufgrund einer homogenen Verformung unter weitgehender Vermeidung von Verformungsinhomogenitäten beim Kaltwalzen erzielt werden, so dass das Deckelband für Dosen auch für die Lackierung mit PVC-freien Lacken geeignet ist.

[0029] Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen gemäß der ersten Lehre der Erfindung und das Verfahren zur Herstellung von Deckelband für Dosen gemäß der zweiten Lehre der Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Herstellung von Deckelband für Dosen gemäß der zweiten Lehre der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.

[0030] In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematisch einen Fertigungsweg zur Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung von Deckelband für Dosen gemäß der zweiten Lehre der Erfindung.

[0031] Der in der einzigen Figur dargestellte Fertigungsweg erfasst in einem ersten Schritt den Barrenguss 1 aus einer Aluminiumlegierung gemäß der ersten Lehre der Erfindung. Die im DC-Verfahren gegossenen Barren werden anschließend in einer Homogenisierungsstufe 2 homogenisiert und auf einer Tandemstraße 3 warmgewalzt. Alternativ hierzu kann der Barren zunächst auf einem Reversiergerüst auf eine Dicke von 30 - 50 mm reversierend gewalzt und das Warmwalzen dann auf einer mehrgerüstigen, insbesondere 3- oder 4-gerüstigen Tandemstaffel fortgesetzt werden. Anschließend an das Warmwalzen auf der Tandemstraße 3 erfolgt das Kaltwalzen auf einer ein- oder zweigerüstigen Kaltwalze 4. Dieses Kaltwalzen bestimmt im wesentlichen die Festigkeit des Materials durch die eingebrachte Kaltverformung.

[0032] Um eine homogen Verformung bzw. Verfestigung beim Kaltwalzen des Deckelbandes zu erreichen ist es daher notwendig, dass das Warmband eine optimale kristallographische Textur aufweist. Durch die maximalen Umformgrade beim Warmwalzen wird die optimierte Textur des Deckelbandes gewährleistet, so dass unter Vermeidung von Verformungsinhomogenitäten beim Kaltwalzen eine erhöhte Dehngrenze, insbesondere unter 45° zur Walzrichtung, erzielt werden.

[0033] Beim Kaltwalzen erwärmt sich das Material wieder durch eingebrachte Umformwärme, was zu einer Entfestigung im aufgewickelten Zustand des Bandes führt. Anschließend wird das Band auf einer einen Durchlaufofen umfassenden Lackierstraße 5 lackiert und getrocknet, wobei das Material eine weitere Wärmebehandlung erfährt, die wiederum zu einer Entfestigung bzw. Erholung führt.

[0034] Aufgrund der erhöhten Dehngrenze des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Deckelbandes wirkt sich die Entfestigung beim Kaltwalzen und bei der Trocknung des Lackes jedoch nicht auf die Anwendbarkeit des Deckelbandes für Dosen aus. Dies gilt insbesondere auch bei Anwendung erhöhter Einbrenntemperaturen, welche bei Verwendung PVC-freier Lacke erforderlich sind.

Ansprüche

1. Aluminiumlegierung zur Herstellung von Deckelband für Dosen, mit den folgenden Legierungsanteilen in Gewichtsanteilen:

0,05 % ≤ Si ≤ 0,2 %

0,2 % ≤ Fe ≤ 0,4 %

0,05 % ≤ Cu ≤ 0,15 %

0,4 % ≤ Mn ≤ 0,8 %

4,7 % ≤ Mg ≤ 5,4 %

0,0 % ≤ Cr ≤ 0,1 %

0,0 % ≤ Zn ≤ 0,25 %

0,0 % ≤ Ti ≤ 0,15 %

Ca ≤ 4 ppm

Na ≤ 4 ppm

andere in Summe max. 0,15 %, einzeln

max. 0,05 %,Rest Al.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung einen Legierungsanteil von B ≤ 10 ppm aufweist.

3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den Legierungsanteilen von Mg und Mn größer gleich 7 und kleiner gleich 11 ist.

4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Legierungsanteile von Mn, Fe und Si 1,25 Gewichtsprozent nicht überschreitet.

5. Verfahren zur Herstellung von Deckelband für Dosen, bei welchem als Ausgangsmaterial eine Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird, aus der Aluminiumlegierung ein Barren gegossen wird, der Barren homogenisiert, warmgewalzt und anschließend auf einer ein- oder zweigerüstigen Kaltwalze kaltgewalzt wird und das kaltgewalzte Band lackiert und in einem Durchlaufofen getrocknet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Barren nach dem Gießen bei 480 °C bis 530°C homogenisiert wird, auf eine Dicke von 30 - 50 mm reversierend warmgewalzt wird und das Warmwalzen anschließend auf einer mehrgerüstigen, insbesondere 3- oder 4-gerüstigen Tandemstaffel fortgesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Warmwalzen die Warmbandaustrittstemperatur größer als 300 °C ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7
dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelband mit einem Polyvinylchlorid(PVC)-freien Lack lackiert wird.

9. Deckelband für Dosen hergestellt aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8.

10. Deckelband nach Anspruch 9
dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelband aus einem Warmband mit einer feinkörnigen Mikrostruktur hergestellt wird, wobei die Mikrostruktur eine mittleren Korngröße kleiner oder gleich 15 µm aufweist.

Zeichnung