用于制造铝化的包装钢的方法和铝化钢板的相关应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于由以未合金化或低合金化的钢制成的冷乳钢板制造铝化的包装钢的方法。
【背景技术】
[0002]铝覆层的(铝化的)钢板长期以来是公知的，并且例如通过以热浸法涂覆液态铝(已知为热铝化)或者也通过滚压铝薄膜、通过借助于涂覆含铝的前躯体、例如烷基铝来覆层来制造。在用于使钢板热渗铝的已知的方法中，钢板通常在炉中、例如在连续式退火炉中变热并且随后浸入到具有在大约620°C范围中的池温的熔融铝熔液中。通过将铝用作覆层到钢板或钢带上的金属，例如能够弃用更加昂贵的且其储量有限的锡作为耐腐蚀的覆层金属。
[0003]从US 3，820, 368例如公知用于以热浸法为钢板覆铝的方法，其中具有45至75洛氏硬度的钢板(对应于大约278-450MPa的抗拉强度)浸入到熔融的合金池中，其中合金池包含招和大于3%的娃。通过钢板的热浸产生的覆层由至少5 μπι厚的合金层和至少5 μπι厚的铝层构成，其中层的总厚度在8和25 μπι之间。以该方式制造的铝化的钢板能够以展薄法用于制造两件式的饮料罐的罐体。
[0004]对于用于制造包装的金属材料的性能增加了更高的要求，尤其是在其改型性和其强度方面。在US 3，820，368的方法中所应用的具有45至75洛氏硬度(HRB)的钢板并不满足对于多种应用的包装钢的强度和断裂伸长的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是，提供一种无锡的包装钢，其在其抗腐蚀性、强度和改型性方面与从现有技术中已知的多样地用于包装用途的白铁皮类似。除了高抗腐蚀性和高强度之外，所期望的包装钢应当还具有尤其对于拉深和展薄的良好的改型性能，以便例如适合于制造两件式的食品和饮料罐。此外，包装钢的表面应当尽可能均匀并且具有吸引人的外观。在拉深和展薄包装钢时、例如在制造罐时，还应当确保尽可能小的材料磨损。此外，包装钢应当在以拉深和展薄法改型时具有良好的滑移性能并且确保有机覆层、例如由PP或PET构成的有机覆层或者有机漆的良好附着。
[0006]在根据本发明的方法中，由未合金化或低合金化的且尤其低碳化的钢制成冷乳钢板，该钢优选具有0.01-0.1质量百分比的碳含量，首先在第一步骤中通过借助于电磁感应使钢板以大于75K/s的加热速率加热到钢的再结晶范围中的温度上并且优选地加热到高于Acl温度的温度上、尤其是在700°C _850°C的温度范围中的方式，再结晶地将钢板退火。此后，在第二步骤中，钢板在还变热的状态中浸入到熔融的铝熔液中，以便以热浸法将铝层涂覆到钢板上，其中钢板在浸入到铝熔液中时具有至少700°C的温度。然后，在第三步骤中，从铝熔液取出钢板并且通过将钢板例如导入到淬火池中的方式使钢板以至少lOOK/s的冷却速率冷却。
[0007]通过对钢板的热处理且特别通过借助于电磁感应以大于75K/s的极高的加热速率且优选地到高于Acl温度的温度上来再结晶地退火以及以至少lOOK/s的高冷却速率随后对铝化的钢板淬火，在钢板中构成多相结构，多相结构包括铁氧体和结构组分马氏体、贝氏体和/或残余奥氏体中的至少一种。优选地，多相结构至大于80%并且尤其优选地至至少95%由结构组分铁氧体、马氏体、贝氏体和/或残余奥氏体构成。具有多相结构的这种钢板的特征在于至少500MPa和优选多于650MPa的高抗拉强度以及大于5%、优选大于10%的断裂伸长。铝化的钢板基于高强度和断裂伸长而特别良好地适合于制造包装、例如借助拉深和展薄或其他适合的改型工艺。
[0008]在钢板的热浸时，在钢板表面和通过热浸涂覆的铝层之间的边界区域中构成合金中间层，合金中间层通过三元的铁铝硅层来构成。合金层确保了铝层在钢板处的高度附着。为了改进铝层在钢板处的附着，适宜将硅添入熔融的铝熔液，尤其是以大约10质量百分比的份额添加。然而优选地，使用具有纯铝的铝熔液用于钢板的热浸，其中纯铝熔液具有至少98质量百分比并且优选大于99质量百分比和尤其大约99.5质量百分比的铝含量。如果使用具有纯铝的铝熔液用于钢板的热浸，那么在再结晶地退火之前将硅酸盐涂层涂覆到钢板的表面上，以便确保随后要以热浸法涂覆的铝层在钢板表面处的良好附着和有限的合金层厚度。适宜地，通过将钢板引导到含硅酸盐的清洁池中的方式，在再结晶地退火之前执行的清洁步骤中实现将硅酸盐涂层涂覆到钢板的表面上。
[0009]在热浸法中涂覆到钢板上的铝层的厚度在本方法中借助于气体剥离喷嘴来调节，利用气体剥离喷嘴在从铝熔液中取出钢板之后将过量的且仍熔融的铝从表面剥离且特别地利用气流吹走。在剥离过量的覆层材料之后，将铝化的钢板为了淬火而导入到具有冷淬火液体的淬火池中。淬火池适宜通过用水填充的罐形成。在此，能够实现大于400K/s的冷却速率。具有直至300K/S的冷却速率的气体喷射冷却装置也是可行的。因此，以热浸法涂覆到钢板上的铝层的厚度能够调节到1-15 μπι范围中的且优选地在1和10 μπι之间的层厚上。
[0010]为了避免在所涂覆的铝覆层的或钢板的表面处的氧化，在惰性的、还原性气氛中、例如保护气体气氛中实现将加热的钢板导入到铝熔液中并且从铝熔液中取出。对此，铝熔液适宜地布置在具有保护气体气氛的惰性室中，并且再结晶地退火的钢板从退火炉、尤其连续式退火炉(D炉)中直接导入到惰性室中并且在该处引入到熔融的铝熔液中，退火炉同样具有惰性气氛。在从铝熔液中取出钢板之后，钢板直到导入到淬火罐中为止都保持在惰性气氛中，以便避免在所涂覆的铝覆层的表面处形成氧化物。
[0011]在使铝化的钢板淬火之后，适宜地将钢板矫平或精乳，其中在矫平时优选地能够实现0.5-2.0%的矫平度并且在精乳时实现大于2%且直到50%的精乳度。矫平(或平整乳)在此理解为通过乳辊或滚子对钢板的铝覆层表面的一种压力处理，乳辊或滚子压向铝覆层的表面，其中在矫平时钢板仅有不显著的最大2%的厚度下降。相反，精乳理解为通过乳辊或滚子对钢板的铝覆层的表面的一种压力处理，其中(补充于在覆层之前已经执行的冷乳)实现钢板的显著的厚度下降，厚度下降能够至少大于2%并且直至50%。在此可行的是，在为钢板覆层铝并淬火之后，或者仅执行矫平(平整乳)或者仅执行精乳，又或者首先在乳机中执行具有3-50%范围中的精乳度的精乳并且随后借助更精细的平整乳辊执行矫平。通过对钢板的铝覆层的表面的精乳或矫平，使覆层表面上的铝结构平整并且去除了干扰性的氧化铝。此外，通过矫平或精乳产生铝覆层的有光泽的表面，该表面尤其对于所提出的使根据本发明制造的板用于制造食品领域中的包装的应用来说是有重要意义的，因为在该领域期望有包装材料的表面的高光泽度。与公知的白铁皮相比，铝化的钢板的表面基于铝覆层的亮度而比白铁皮的(较暗的)锡表面更吸引人。此外，矫平或精乳产生了铝覆层的精细结构化的、具有均匀质地的表面，该均匀质地确保了润滑剂和漆的良好的可润湿性。
[0012]特别地，通过矫平或精乳在铝覆层的表面处移除了铝非平坦部或干扰性的氧化铝，铝非平坦部或干扰性的氧化铝在对表面涂漆或覆层时是干扰性的并且能够引起覆层缺陷或漆缺陷。根据本发明制造的铝化的钢板因此也极其良好地适合于后续的涂漆、尤其是涂有机漆，或者适合于涂覆有机覆层、例如由PP或PET构成的有机覆层。此外表现出，通过对铝化的钢板的矫平或精乳平整并压缩了铝覆层的表面，由此获得表面对于形成不期望的氧化物的更小的倾向。
[0013]在根据本发明的方法的示意性的实施例中，铝化的钢板在淬火之后经受矫平步骤，在矫平步骤中借助于更精细的平整辊矫平铝化钢板的表面。已显示出，通过矫平步骤能够显著地提高铝化钢板的强度，尤其提高到600MPa至lOOOMPa上。在此也可行的是，铝化钢板首先在精乳步骤中乳制，其中适当地将铝化钢板的厚度降低到4%至45%的精乳度上并且在该精乳步骤之后借助于更加精细的矫平辊执行矫平。
[0014]根据本发明的方法证实为是节约资源的，因为再结晶地退火的钢板在再结晶退火之后立即、优选地在惰性室中导入到熔融的铝熔液中，而不需要在通过热浸到铝熔液中为钢板覆层之前通过冲洗和酸洗来清洁钢板表面。在用于例如以为钢板电解镀锡方法来为钢板涂覆金属覆层的已知方法中，在再结晶退火之后通