制造饮料容器以及罐端面和拉环的方法

专利名称：制造饮料容器以及罐端面和拉环的方法
背景技术：
本发明涉及一种制备铝合金饮料容器的方法，更具体地说，涉及更经济和有效地制造如这类容器的罐端面(end)和拉环(tab)的方法。
现有技术用铝合金制造饮料容器现在是很普通的。铝合金板材首先冲切成圆形的轮廓，然后深冲。使杯通过一系列具有渐减小孔径的模具压平侧壁。模具由此产生了一种压平效果，拉长了侧壁生产了比底部更薄的罐体。
因此，可成形性能是用于制造容器罐的铝合金的关键特征。这种容器罐常常用3000系列的铝合金制造。这种铝合金含有镁和锰的合金元素。一般地，用于罐体原料中的锰和镁量通常小于1％重量。
在这种饮料容器的制造中，在工业实践上用不同的合金单独形成这种罐的顶盖和易于打开这种盖的拉环。这种盖和拉环再传送到饮料罐的装罐机，一旦容器由装罐机装满了，则将其贴合。对罐端面和拉环的要求往往不同于罐体的要求。一般说来，对于罐端面和拉环需要的较大强度，这种较大的强度要求表明这种罐端面和拉环应由铝合金制造。一种这样的合金是合金AA5182，是一种含镁量相对高的铝合金，以向罐端面和拉环提供所需的附加强度。AA5182通常含有4.4％重量的镁，因此增加了罐端面和拉环合金的成本。
已有人提出使用3000系列的合金，如AA3104，作为制造罐端面和拉环的铝合金。因为与AA5187比较，这种合金通常具有降低了的强度，因此必须使用由AA3104制造的厚度更大的罐端面，所以更加昂贵。
因此，本发明的一个目的是提供罐端面和拉环的原料，以及由其制造的罐端面和拉环，以克服前述缺点。
本发明的更具体的目的是提供罐端面和拉环，以及其制造方法，其中使用含较少合金元素的铝合金而不损失其强度。
本发明的另一具体目的是提供罐端面和拉环，以及其制造方法，其中使用含有小于2％镁的铝合金，而不损失罐端面和拉环的必要强度。
通过在后面对本发明的详细描述，本发明的其它目的和优点将更完全地表现出来。
发明概述本发明的基本原理是发现尽管使用含有较少合金元素的铝合金制造罐端面和拉环，但利用一种制造方法不会损失其强度，在这种方法中，优选使用含有小于2％重量镁作为合金元素的铝合金形成制造罐端面和拉环的板材。在本发明的实践中，铝合金在一对连续运动的金属带之间带坯铸造以形成热带坯铸造原料，然后，原料快速淬火以防止合金元素以金属间化合物的形式大量析出。
令人意外地发现，这种制造方法提供了具有相当于或更好于常规用来形成罐端面和拉环的铝合金的冶金学特征的铝合金原料。
按照本发明的优选方案，发现本方法可以使用3000系列的合金，如AA3104，而不必增加罐端面和拉环的厚度，得到可比拟的带材。本发明不局限于理论，可以相信，由于能提供增加强度的共晶组分，带坯铸造及随后快速淬火的技术提供了具有改进强度的板材。此外，同样不局限于理论，可以相信，在本发明的实践中，使用现有技术中常用的退火步骤，用于形成罐端面和拉环的板材的可成形性能相对于含有大量的不必要的合金元素的铝合金得到了改进。因此，本发明允许由较便宜的铝合金生产罐端面和拉环，而不损失较昂贵的合金的冶金学性质。
在本发明的一个优选方案中，带坯铸造、淬火和轧制这系列步骤优选是连续和在线(in line)的。它还有省略现有技术中的加工和材料处理步骤的优点。带坯铸造可以用来生产厚度小于1.0英寸、优选为0.01-0.2英寸的铸造带材。此外，按照本发明最优选的实施方案，带材的宽度比常规方式的窄。这样便于在线地喂料(threading)和加工，允许罐端面和拉环的生产线与罐的制备设备物理地设置在一起或成为其一部分。灌装机的位置进一步有利于减少附加处理和传送成本，因此提高了罐制造操作的总体经济性。
按照本发明的另一个实施方案，铝合金在一对连续移动的金属带上进行带坯铸造形成热的带坯铸造原料，然后原料快速淬火以防止铝合金的元素以金属间化合物的形式大量析出。之后，进行或不进行附加轧制，淬火后的原料被退火和快速淬火，也防止了合金元素的大量析出。已发现中间退火和淬火步骤明显地改进了原料的可成形性能，同时例外地保持了包括极限抗拉强度和屈服强度在内的高冶金学性质。
令人意外地发现，这种制造方法提供了具有相当于或更好于常规用来形成罐端面和拉环的铝合金的冶金学和可成形性能特征的铝合金原料。
按本发明的优选方案，已发现可以使用3000系列的合金，如AA3104，得到可比拟的带材，而不需增加罐端面和拉环的厚度。本发明不局限于理论，可以相信，由于其固溶体和时效硬化，带坯铸造及随后快速淬火的技术提供了具有改进强度的合金板材。再一次说明，本发明不局限于理论，还可以相信本发明的用于形成罐端面和拉环的板材的可成形性相当于更好于含有较大量合金元素的DC-铸造铝合金。因此，本发明允许用较便宜的铝合金生产罐端面和拉环，而不损失较昂贵的合金的冶金学性质。还发现了中间退火和淬火步骤提高了罐端面和拉环材料的可成形性能，而不会影响其强度。
按本发明的再一个实施方案，铝合金被带坯铸造，优选在一对连续移动的金属带之间，以形成热带坯铸造原料，然后，进行或不进行附加轧制，原料被快速退火和快速淬火以防止合金元素的大量析出。
已发现中间退火和淬火步骤明显地改进了原料的可成形性能，同时例外地保持了包括极限抗拉强度和屈服强度在内的高冶金学性质。省略第一淬火步骤可以更有效地利用能量，因为不必将在第一次淬火后冷却的原料再加热到所需的退火温度。还已发现省略如此第一淬火还有可能更有效地在连续在线的步骤中利用本发明原理。因此，在实施本发明方法的过程中提供了显著的经济效益。
令人意外地发现，与用于形成罐端面和拉环的常规铝合金相比，这种制造方法提供具有相当的或更好的冶金学和可成形性能特征的铝合金原料。
按照本发明的优选方案，已发现本发明方法可以利用3000系列的合金，如AA3104，得到可比拟强度，而不需增加罐端面和拉环的厚度。本发明不局限于理论，可以相信，由于固溶体和时效硬化，带坯铸造随后快速退火和淬火的技术提供了具有改进强度的合金板材。带坯铸造随后进行快速退火和淬火步骤，退火前可进行或者不进行热轧，便于快速加工原料，所以合金元素以金属间化合物形式的析出基本上消除了。此外，本发明不局限于理论，还可以相信，用于形成罐端面和拉环的本发明板材相当于或更好于含有较大量合金元素的DC-铸造铝合金。因此，本发明允许由较便宜的铝合金生产罐端面和拉环，而不损失那些较昂贵的合金的冶金性质。还发现退火和淬火步骤提高了罐端面和拉环材料的成形性能，而不影响其强度。
附图简述

图1是实施本发明第一实施方案的连续在线步骤的示意性描述。
图2是实施本发明第二实施方案的连续在线步骤的示意性描述。
图3是实施本发明第三实施方案的连续在线步骤的示意性描述。
图4是实施本发明的优选带坯铸造设备的示意性描述。
图5是铝合金的标准化时间-温度相变图，描述了快速加热和淬火是如何消除合金元素以金属间化合物形式析出，或至少是使其大大减少。
图6是显示利用连续在线步骤生产铝合金板材的方法的示意性描述。
图7是按本发明用能控制耳子(earing)的包卷(convoluted)模具生产的坯料的图。
图8是用于本发明另一个实施方案的两个连续步骤的示意性描述。
附图的详细描述用于本发明实施方案的一系列步骤描述在图1中。本发明的一个优点是生产板材的加工步骤可以安排在两个在线的序列中，其中各种加工步骤顺序进行。本发明在一个窄的宽度(如12英寸)内实施，使得本发明方法可以方便而经济地在板材制造设备中或其附近实施。这样，本发明方法可以按用户的特定技术和产量要求操作。
在优选实施方案中，熔融金属从图中未示出的炉中传送到金属脱气和过滤装置，以从熔融金属中减少溶解的气体和颗粒物质，这也未示出。熔融金属在传送到铸造装置3中被转变成原料铸造或带材4。
在本发明实施中所用的原料可以用本领域中技术人员已知的任一种铸造技术来制备，包括如US3,937,270中描述的双带铸造机，在这里引入作为参考。在某些应用中，优选使用待审专利申请08/184,581，08/173,663和07/173,369中描述的方法和设备作为铸造铝带的技术，这些文献在这里也引入作为参考。
在前述待审申请中的可以有利地用于实施本发明的带坯铸造技术示于图2。如图所示，设备包括一对环形带10和12，由一对上滚筒14和16以及一对相应的下滚筒18和20传动。每一滚筒都被支承安装可旋转，是合适的耐热滚筒。上部滚筒14和16中一个或两个由合适的电机设备或类似设备驱动，为简单起见，都未在图中示出。对于下滚筒18和20也是一样的。带10和12都是环形带，优选地由与被铸造的铝具有较低反应性的金属制成。低碳钢或铜通常是用于这种环形带的优选材料。
如图2所示，滚筒一个安装在另一个的上方，其间具有相应于被铸造的铝带厚度的浇铸间隙。
要铸造的熔融金属由如中间包28的合适的金属供料装置供应到成形间隙。中间包28的内侧宽度基本上与带10和12的宽度相当，包括一个金属供应传送铸造嘴30以将溶融金属传送到带10和12之间的浇铸间隙。
铸造设备还包括一对冷却装置32和34，冷却装置32和34的位置与正在带之间的浇铸间隙铸造的金属接触的环形带相对。冷却装置32和34分别用来在带10和12与熔融金属接触之前将其冷却。在图2所示的优选方案中，冷却装置32和34被分别设置在所示的带10和12的返程上。在这一实施方案中，冷却装置32和34可以是常用的冷却机构，如安装用来将冷却流体直接喷射到带10和12的内侧或外侧以带的整个厚度的流体喷嘴。关于带坯铸造设备的更详细的资料可以在引证待审申请中找到。
现在回到图1，来自带坯铸造机3的原料4移动通过任选的剪切和切边台进入任选的一个或多个热轧台6，在这里减少其厚度。在热轧台6完成热轧操作后，来自铸造操作的仍处于高温的原料立即通过淬火台7，在这里与冷却流体接触。在实施本发明时，可以使用任何一种淬火机构。淬火台通常是这样的，其中将液体或气体形式的冷却流体喷到热原料上快速降低其温度。合适的冷却流体包括水、空气、如二氧化碳或氮气的液化气体等。有一点是重要的，即淬火应快速进行以快速降低原料的温度，以防止合金元素从固溶体中大量析出。
本领域内的技术人员可以理解，可以预见，金属间化合物的轻微析出不会影响最终性质。少量的析出不会影响其最终的性质，是因为金属间化合物的量很少且在任何情况下的快速退火步骤中会重溶，或者是因为其体积和种类对最终性质的影响可以忽略。在这里术语“大量”是指影响最终板材性质的析出量。
通常，从约600-约950℃的温度降低到500°F以下，优选降低到450°F以下。热轧后接着快速冷却的重要性描述在图3中，该图是合金元素析出相的形成与时间和温度的函数关系的标准化图形。这一曲线在本领域中称之为时间-温度相变或“C”曲线，表示当铝合金加热或冷却时，合金元素以金属间化合物析出相所形成的粗颗粒和细颗粒的形成。因此，热轧后立即接着进行淬火操作所提供的冷却要在一定速率下进行，以至于在淬火过程中铝合金的温度-时间线保持在纵轴和曲线之间。这就保证了冷却有效快速地进行，基本上避免了这些合金元素以金属间化合物的形式析出。
在本发明的优选方案中，原料从淬火步骤传送到一个或多个冷轧台19，在其中处理原料使合金硬化并使其厚度降低到最终规格。在本发明的优选方案中，有时希望在冷轧后使冷轧带材在高温下，优选300-375°F下时效约1-约10小时。因为带材在冷轧后立即淬火明显减少了合金元素以金属间化合物的形式析出，铸造带材具有不同寻常的高水平溶质过饱和度。因此，时效使极限抗拉强度和屈服强度与可成形性能一起提高。
此后，经时效的铸造带材必要时可以盘绕以备后用，或可以利用常规技术立即成形为罐端面和/或拉环。
本领域内的技术人员可以理解，不在冷轧机19中进行作为在线方法的一部分的冷轧也有可能实现本发明的益处。因此，冷轧步骤只是本发明的一个任选加工步骤，可以完全省略，或者可能以离线的方式进行，这取决于加工的合金的最终用途。作为一个原则，离线进行冷轧会降低本发明优选实施方案的经济效益，在本发明中，所有加工步骤都是在线地进行的。
由于经济的原因，在铝工业中实际上使用较宽的铸造带材或板。在本发明的优选实施方案中，已发现与常规方法相反，当铸造原料4的宽度保持为较窄的带材时，便于加工并且可以使用小的分散的带材轧制设备，可以获得最好的经济效益。当铸造原料的宽度小于24英寸，优选在2-20英寸的范围内时，获得了良好的结果。由于应用如此窄的铸造带材，通过使用小的两辊式轧机和所有其它在线设备使得投资大大地降低了。本发明的这种小而经济的小型轧机可以放置在需要位置的附近，如罐生产设备附近。正因为这样，其进一步优点是使与产品和碎屑的包装、运输有关的成本最小。此外，罐工厂的体积以及其冶金需要可以精确地与相邻小型轧机相匹配。
在本发明的实施中，热轧出口温度通常维持在300-1000°F的范围内。热轧通常是在300°F至原料的固相线温度的温度之间进行。
本领域的技术人员可以理解，由本发明的热轧和冷轧操作所实现的厚度减薄程度可在宽的范围内变化，这取决于所用合金的种类、它们的化学性质以及其生产方式。由于这些原因，所以本发明的每一热轧和冷轧操作的厚度减薄百分数对本发明的实施并不重要。然而，对于特定产品，必须使用减薄和温度的操作规程。通常，热轧操作使厚度减薄15-99％，冷轧操作使厚度减薄10-85％获得了良好的效果。本领域内的技术人员可以理解，正如上面所描述的，按照本发明最优选的实施方案进行的带坯铸造提供的原料不需热轧步骤。
正如上面所指出的，按本发明原理可以利用含有与现有技术相比较少量合金元素的铝合金作为生产罐端面和拉环的板材。作为一般的建议，按本发明的原理，可以应用含有小于2％镁的铝合金。合适的铝合金代表物包括3000系列的铝合金，如AA3004和AA3104。由于本发明实施中所用的加工步骤的独特结合，用如此低铝含量的铝合金可以获得相当于或好于以前使用的较昂贵的铝合金的强度。通常，这种铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
通常，按本发明实施处理的铝合金的极限抗拉强度和屈服强度大于50,000psi。
上面已经描述了本发明的基本原理，现在参考以下实施例，这些实施例用于说明而不是限制本发明。实施例1具有如下组成的铝合金被带坯铸造成0.080英寸的厚度
热铸造带材热轧到厚度为0.037英寸，然后在水中淬火。此后，再冷轧到最终规格为0.116英寸。然后，铸造带材冷却并在320°F下时效数小时。测定铸造带材的极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和延伸率百分数(％Elg)，并列于表1。实施例2在这一实施例中使用具有如下组成的铝合金
在这一实施例中，前述铝合金被带坯铸造成厚度为0.080英寸，然后经受快速空气冷却淬火。此后，热轧到0.0110英寸的最终规格，并在320-340°F下稳定化。其性质也列于表1。实施例3使用与实施例2相同的合金，铝合金被带铸造成厚度为0.080英寸，并经受水淬火。此后，冷轧到0.0110英寸的最终规格，并在320-340°F下时效数小时。其性质也列于表1。
表1
<p>为了比较，进行如下实施例A和B，在比较例A中，常规制备的铝合金AA5182的最终规格是0.0112英寸，在另一个比较例B中，是标准的罐盖铝。其组成和物理性质列如下表中。数据表明，在本发明的实施中可以使用低铝含量的铝合金作为制造罐盖和拉环的铝合金，而不损失其冶金学性质。
表2
利用中间退火步骤的本发明的第二实施方案如图2所示。在带坯铸造机3中的带坯铸造操作，任选的热轧6和淬火7与图1所示相同。
淬火后，原料可以轧制并贮存直到需要。作为一种选择，可以连续通过一个任选的冷轧台15然后达到快速退火炉17，在其中，以盘绕或带状的形式的原料被快速加热。快速退火步骤提供了改进的综合金属性质，如粒径、强度和成形性能。由于原料被快速加热，避免了合金元素的大量析出。因此，加热操作应当进行到必要的退火和再结晶温度，以使得铝合金的温度-时间曲线不与图5中的C曲线交叉，如果交叉则会引起大量析出。
加热器17紧接淬火台18，在其中，利用常规的冷却流体将铸造带材冷却或淬火到适合于冷轧的温度。由于原料在淬火步骤18中被快速冷却，没有足够的时间使合金元素从固溶体中大量析出。
在本发明的优选方案中，原料从淬火步骤到一个或多个冷轧台19，其中处理原料使合金硬化，并使其厚度降低到最终规格。在本发明的优选方案中，在冷轧后，有时希望使冷轧铸造带材在升高的温度下、优选在220-400°F下时效约1-约10小时。由于铸造带材在热轧后立即淬火，使得合金元素以金属间化合物的形式析出最少，所以铸造带材具有不同寻常的高溶质过饱和度。因此，时效使极限抗拉强度和屈服强度与成形性能一起提高了。
此后，经时效后的铸造带材可以盘绕以备用，或者立即使用常规技术成形为罐端面和/或拉环。
本领域技术人员可以理解，不在作为在线加工的一部分的冷轧机19中进行冷轧也有可能获得本发明的益处。因此，使用冷轧步骤是本发明的一个任选加工步骤，可以完全省略或以离线的方式进行，这取决于所加工合金的最终用途。作为一原则，进行离线冷轧会降低本发明优选实施方案的经济效益，在本发明中，所有加工步骤都是在线地进行的。
在本发明的实施中，热轧出口温度通常在300-1000°F的范围内。热轧通常是在300°F到原料固相线之间的温度内进行。
原料经受固溶热处理(solution heat treatment)以引起再结晶的退火步骤是在600-1200°F的温度下进行小于120秒，优选进行0.1-10秒。在热处理后铸造带材4形式的原料立即用水淬火到必要的温度，以使合金元素继续保留在固溶体中，通常是小于400°F的温度下。
本领域的技术人员可以理解，由本发明的热轧和冷轧操作所实现的厚度减薄程度可在宽的范围内变化，这取决于所用合金的种类、它们的化学性质以及其生产方式。由于这些原因，所以本发明的每一次热轧和冷轧操作的厚度减薄百分数对本发明的实施并不重要。通常，热轧操作使厚度减薄15-99％，冷轧操作使厚度减薄10-85％获得了良好的效果。本领域内的技术人员可以理解，正如上面所描述的，按照本发明最优选的实施方案进行的带坯铸造提供的原料不需热轧步骤。
正如上面所指出的，按本发明优选方案可以利用含有与现有技术相比较少量合金元素的铝合金作为生产端面和拉环的板材。作为一般的建议，按本发明的原理，可以应用含有小于2％镁的铝合金。合适的铝合金代表物包括3000系列的铝合金，如AA3004和AA3104。由于本发明实施中所用的加工步骤的独特结合，用如此低合金含量的铝合金可以获得相当于或好于以前使用的较昂贵的铝合金的强度和成形性能。通常，这种铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
上面已经描述了本发明实施方案的基本原理，现在参考以下实施例，这些实施例用于说明而不是限制本发明。实施例4具有如下组成的铝合金被带坯铸造成0.090英寸的厚度
热铸造带材立即轧到厚度为0.045英寸，在1000°F的温度下加热5秒钟，然后立即在水中淬火。原料轧制到0.0116英寸的厚度，并在320°F下以最终规格稳定化两小时。其极限抗拉强度为56,000psi，屈服强度为56,000psi，延伸率为7.2％。
本发明的第三实施方案如图3所示，在淬火之前使用了一退火步骤。与前面一样，带坯铸造操作3和任选的热轧操作6与图1和2中描述的相同。
在热轧台6上完成任选的热轧操作后，原料立即送人退火炉7，在其中将仍然保持铸造操作中的高温下的原料被快速加热，正如通过快速退火。快速退火提供了改进的综合金属性质，如粒径、强度和成形性能。由于原料被快速加热，避免了合金元素的大量析出。
加热器7紧接是淬火台8，在其中，利用常规的冷却流体将铸造带材冷却或淬火到适合冷轧的温度。由于原料在淬火台8中快速冷却，也没有足够的时间使合金元素从固溶体中大量析出。与前面一样，快速进行淬火以降低热原料的温度防止合金元素从固溶体中大量析出是重要的。
快速加热和淬火的重要性描述在图3中，是合金元素析出相的形成与时间和温度函数关系的标准化图。因此，在退火步骤中实现的加热和在退火后立即进行的淬火操作所实现的冷却是以这样的速率完成的在加热和淬火期间铝合金所遵循的温度-时间线维持在纵轴和曲线之间。这就保证了加热和冷却以足够快的速度进行，从而避免了这些合金元素以金属间化合物的形式大量析出。
在本发明的优选方案中，原料从淬火步骤传送到一个或多个冷轧台19，在其中处理原料使合金硬化并使其厚度降低到最终规格。在优选实施过程中，有时希望在冷轧后使冷轧带在升高的温度下、优选220-400°F下时效约1-约10小时。因为铸造带材在退火后立即淬火，明显减少了合金元素以金属间化合物的形式析出，铸造带材具有不同寻常的高水平溶质过饱和度。因此，时效步骤使极限抗拉强度和屈服强度与可成形性能一起提高。
此后，经时效的铸造带材可以盘绕起来备用，或可以利用常规技术立即成形为罐端面和/或拉环。
本领域内的技术人员可以理解，不在作为在线加工的一部分的冷轧机19中进行冷轧步骤也可以实现本发明的益处。因此，冷轧步骤只是本发明的一个任选加工步骤，完全可以省略，或者以离线的方式进行，这取决于要加工的合金的最终用途。作为一原则，离线进行冷轧会降低本发明优选方案的经济效益，在本发明中，所有加工步骤都是在线地进行的。
在这一方案的实施中，热轧出口温度通常维持在300-1000°F。热轧通常在300°F到原料的固相线温度之间的温度下进行。
原料经受固溶热处理以引起再结晶的退火步骤是在600-1200°F的温度下进行小于120秒，优选进行0.1-10秒。在热处理后铸造带材4形式的原料立即淬火到必要的温度，使合金元素继续维持在固溶体中，通常是在小于550°F的温度下。
本领域的技术人员可以理解，由本发明该实施方案的热轧和冷轧操作所实现的厚度减薄程度可在宽的范围内变化，这取决于所用合金的种类、它们的化学性质以及其生产方式。由于这些原因，所以本发明的每一次热轧和冷轧操作的厚度减薄百分数对本发明的实施并不重要。通常，热轧操作使厚度减薄15-99％、冷轧操作使厚度减薄10-85％获得了良好的效果。本领域内的技术人员可以理解，正如上面所描述的，按照本发明最优选的实施方案进行的带坯铸造提供的原料不需热轧步骤。
正如上面所指出的，按本发明的原理，可以利用含有与现有技术相比较少量合金元素的铝合金作为生产端面和拉环的板材。作为一般的建议，按本发明的原理，可以应用含有小于2％镁的铝合金。具有代表性的合适的铝合金包括3000系列的铝合金，如AA3004和AA3104。由于本发明实施中所用的加工步骤的独特结合，用如此低合金含量的铝合金可以获得相当于或好于以前使用的较昂贵的铝合金的强度和成形性能。通常，这种铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
上面已经描述了本发明方案的基本原理，现在参考以下实施例，这些实施例用于说明而不是限制本发明。实施例5具有如下组成的铝合金被带坯铸造成0.090英寸的厚度
热铸造带材立即轧制到厚度为0.045英寸，在1000°F的温度下加热5秒钟，然后立即在水中淬火。原料轧制到0.0116英寸的厚度，并在320°F下以最终规格稳定化两小时。其极限抗拉强度为56,000psi，屈服强度为50,600psi，延伸率为7.2％。
上面所描述的基本原理都涉及铝合金饮料容器的罐端面和拉环的制造，与用于制备铝合金饮料容器侧壁和底部的铝合金罐坯的制造是不同的问题。也如上所述，在制造铝合金罐坯的铝合金加工过程中在线地使用前述连续在线步骤是非常有利的。
在1992年6月23日申请的待审专利申请No.07/902,936中，公开了一种在制造铝合金罐坯中加工铝合金的新原理，其公开的内容在这里引入作为参考。已揭示在生产铝合金罐体坯时，可以将铸造、热轧、退火、固溶热处理、淬火和冷轧结合成一个连续在线的操作。前述申请中方法的优点是可以以非常高的速度操作连续在线的步骤，其速度为每分钟几百英尺。与前述申请方法有关的一个缺点是提供溶质元素再溶解和通过板材再结晶控制耳子的中间退火步骤是该过程操作速度的限制因素。随生产速度的升高，在前述申请中公开的实施中优选使用的连续退火炉必须做得很长，并且在较高的能耗下操作，这就意味着设备投资成本和过程操作成本的上升。因此，希望避免连续退火步骤。
通过使用一组连续的步骤，可以生产出铝合金板材，优选具有所需冶金学性质的铝合金罐体原料，这些步骤提供了热铝合金原料，该原料经一系列轧制步骤以快速和连续地将原料冷却而达到所需厚度，同时提供所需的冶金性质，而不需使用现有技术中常用的退火步骤。与现有技术相类似，正如在US 4,282,044中所描述的一样，建议可以通过带坯铸造，接着通过轧制和盘绕生产铝合金罐体原料，因此，盘绕形式的轧制原料可以慢慢冷却。此后，使盘卷退火以改进板材的冶金学性质。
按照本发明，现已发现，如果铸造后将原料快速冷却，则不须使用退火步骤来获得由可溶元素的固溶体产生的所需冶金学性质。本发明不限于理论，可以相信由连续在线的轧制操作实现的快速冷却是在足够短的时间内完成的，防止了铝原料中的合金元素以金属间化合物的形式析出。这一析出反应是扩散控制反应，需要移动时间。当在轧制中原料被快速冷却时，没有足够的时间使扩散控制的析出反应发生。因此，不仅便于铝合金的在线加工以使材料的处理步骤最少，而且，快速冷却防止了合金元素的大量析出，使得利用高温退火来获得最终罐产品所需的强度变成不再不要了。
本发明方法生产的原料的特征在于它是以很经济的方式生产的，不需要使用高成本的退火步骤。本领域内的技术人员可以理解，在现有技术中退火用来使耳子最少。现已发现，在本发明的实施中，热轧的条件(时间和温度)、作为铸造带材的合金的厚度以及铸造的速度可以用来控制耳子。例如，据信以低厚度铝合金降低了耳子；类似地，以较高的速度铸造也能降低耳子。虽然利用趋向于生产具有高耳子趋势的铝合金带材的加工条件，但这一现象可以通过其它方案来控制。
按本发明的另一个实施方案，原料产生的高耳子率可以通过在深冲前使用现有技术中已知的包卷模具将加工过的原料冲切成非圆形坯料来补偿。因为从坯料周边部分除去了在深冲时会转变成耳子的金属，包卷模具的使用抵消了板材的任何耳子趋势。因此，包卷模具抵消了因省略了高温退火可能引起的任何耳子。
按照本发明的优选实施方案，通过带坯铸造制造了小于1.0英寸的带，优选为0.01-0.2英寸。
在另一个优选实施方案中，与常规方式不同，带材或片或板的宽度较窄；这便于在线地喂料和加工，减少了设备的投资，降低了将熔融金属转化为罐原料的成本。
本发明的优选方法包括一种依次连续使用如下在线步骤制造铝合金杯和罐体的新方法(a)首先，优选通过带坯铸造，提供热的铝原料；和(b)在优选的实施方案中，使原料经受轧制，以快速而连续地将板材冷却所需的厚度并获得所需的强度性质。然后，冷却的坯料可以形成卷材备用，或利用控制耳子的包卷模具进一步加工以形成非圆形坯料。
本发明方案的一个概念是在合金元素有足够的时间通过扩散控制反应以金属间化合物的形式从固溶体中析出之前，快速完成新鲜铸造带材的轧制。这样，本发明方法有可能省略现有技术中需要的使可溶合金元素固溶的高温退火步骤。一般来说，铸造原料必须在小于30秒内，优选在小于10秒内，冷却到冷轧温度。
在优选的实施方案中，不同于现有技术方法的本发明总的方法的特征如下(a)罐体原料产品的宽度窄；(b)罐体原料是利用小的、在线的、简单的机器生产的；(c)通过使用包卷模具抑制了非退火铝合金具有的高耳子趋势，同时可以得到所需的强度；和(d)所述罐原料厂是位于罐生产厂内或在其附近，因此，省略了包装和运输操作。
加工步骤在线地设置在一个窄的宽度内(如12英寸)，可以在罐生产设施内，或在附近方便而经济地完成这些步骤。这样，本发明方法可以按罐制造设施对罐原料的特定技术和产量要求来进行。
在如图6所示的本发明的优选方案中，示出了实施本发明所使用的一系列步骤。本发明的一个优点是生产罐体板的步骤可以安排在一连续的生产线上，各种步骤可以依次完成。所以完全省略了多个操作。
如图1所示，在优选的实施方案中，熔融金属从炉1中传送到金属脱气和过滤装置2，以从熔融金属中减少溶解的气体和颗粒物质。熔融金属立即在铸造设备3中转化为铸造原料4。在这里术语“原料”是指在必要的温度下传送到热轧步骤的铸锭、板材、片材和带材形式的任何种类的铝合金。在这里铝“铸锭”的厚度通常为约6-约30英寸，一般是由直接冷铸法或电磁铸造法生产。另一方面，铝“板材”在这里是指厚度为约0.5-约6英寸的铝合金，通常是由直接冷铸法或单独电磁铸造法或与铝合金的热轧结合生产的。在这里使用的“片材”是指厚度为0.375-约3英寸的铝合金，因此，包括铝板。在这里使用的“带材”是指厚度小于0.375英寸的铝合金。在一般情况下，片材和带材都是由本领域中技术人员已知的连续铸造技术制备的。
在本发明实施中所用的原料可以用本领域技术人员已知的任一种铸造技术来制备，包括如US3,937,270中描述的双带铸造机，该专利在这里引入作为参考。在某些应用中，优选使用1994年6月21日递交的待审专利申请184,581号，1993年12月23日递交的173,663号和1990年12月12日递交的173,369中描述的方法和设备作为铸造铝带的技术，这些文献在这里也引入作为参考。可以有利地用于本发明实施的描述在前述待审申请中的带坯铸造技术示于图4中。
原料4通过任选的夹送辊5移动到一个或多个热轧台6，在这里其厚度降低了。此外，轧制台还将原料快速冷却以防止或抑制铝合金中的强化合金成分，如锰、铜、镁和硅的析出。
本领域内的技术人员可以理解，可以使用一个或多个轧制步骤来降低带材4的厚度并同时快速冷却带材以避免合金元素的析出。带坯铸造机3的出口温度可以在约700°F至合金的固相线温度之间变动。轧制操作将铸造带材4的温度冷却到适合冷轧的温度，通常是在少于30秒，优选少于10的时间内冷却到低于350°F，以保证冷却是相当快速的地进行的以避免或大量减少合金元素从固溶体中析出。快速冷却的效果可参照图5来说明，该图说明了在铝中金属间析出物的形成与温度和时间的函数关系。在本发明的实施中，重要的是在轧制操作中快速地冷却原料，使得带材4沿不与图5所示的曲线相交的温度时间线冷却。在现有技术的实施中允许如卷材的缓慢冷却，导致了与这些曲线相交的温度时间线，缓慢冷却引起合金元素以金属间化合物的形式析出。
由轧制操作所实现的厚度减薄可在宽的范围内变化，这取决于所用合金的种类、它们的化学性质以及其生产方式。由于这些原因，轧制操作的厚度减薄百分数对本发明的实施并不重要。通常，当轧制操作使铸造带材的原始厚度减薄40-99％获得了良好的结果。
此外，优选使用包卷模具立即切割坯料并生产制造罐的杯子，以代替带材或片材4的盘卷。在本发明实施中使用的包卷模具在本领域中是已知的，公开在US 4,711,611和5,095,733中。这些模具是常用的，对本领域内的技术人员来说是已知的。在本发明实施中使用的包卷模具可以用来形成如图7所示轮廓的非圆形坯料，接着，可以形成具有同一图中所示轮廓的杯子。因此，在必要时可以使用包卷模具以使耳子的趋势最小。
本领域内的技术人员可以理解，也可以在用包卷模具处理板材前将板材盘卷起来。
本发明的这一概念可以广泛地应用于用作罐原料的铝合金。通常，适合于用于本发明实施的合金是含有约0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，约0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-约4％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质的铝合金。代表性的合适的铝合金包括3000和5000系列的铝合金，如AA3004、AA3104和AA5017。
上面已经描述了本发明实施方案的基本原理，现在参考以下实施例，这些实施例是用于说明本发明。实施例6使用常规圆形模具将一块未退火的最终规格的罐原料板成形为一个杯子，测得的耳子率为6.6％。
在冲切模具上将同一加工过程(仍未退火的)相邻的一块板成形为一个具有包卷切割边沿的杯子，测得的耳子率为3.1％。实施例7以每分钟300英尺的速度铸造0.09英寸厚的薄金属带材，并立即通过三次高速轧制，其厚度从0.090英寸减薄为0.0114英寸，并且在轧制中温度从900°F降为300°F。如此生产的板材的耳子率为3.8％。最终强度为43,400psi，延伸率为4.4％。
铝合金罐原料的连续在线操作的一种变化公开在US 5,356,495中，其中使用了二阶段步连续的在线操作。在第一阶段中，铝合金原料首先经受热轧、盘卷，卷材自身退火，第二阶段包括连续在线的解卷、没有中间冷却步骤的淬火，冷轧并盘卷。描述在后一专利中的方法的优点是减少了退火炉的投资成本，同时提供了具有与已热处理过的铝合金相当强度的铝板材和罐原料。
已发现可用两种不同阶段的在线连续操作生产铝合金和罐原料，其中，为了提供具有高的所需的冶金学性质的铝合金板材和罐原料，操作的第一阶段包括淬火步骤，操作的第二阶段包括快速退火步骤。现已发现，在操作步骤的第一阶段中的快速淬火和操作步骤的第二阶段中的快速加热后淬火使得合金中的合金元素不会大量析出，因此，提供了具有高的所需冶金学性质的铝合金和罐原料。
可以在连续操作步骤的第一阶段中结合铸造、热轧和快速淬火，因此快速淬火不会使合金元素从固溶体大量析出，所以保证了合金元素保留在固溶体中。而在连续在线操作步骤的第二阶段中，铝合金可以快速退火和快速淬火以保证合金元素在固溶体中。操作步骤的第二阶段中的淬火后退火使得固溶体中的合金元素最多以强化最终产品。
在这里，术语“退火”或“快速退火”是指引起铝合金晶粒再结晶以产生均匀成形性能并控制耳子的加热过程。在这里快速退火是指一种快速退火过程，可以实现铝晶粒的再结晶，但不会引起金属间化合物的大量析出。铝合金的缓慢加热和冷却会引起金属间化合物的大量析出，这是已知的。因此，快速地进行加热、快速退火和淬火是本发明的一个重要概念。连续操作代替分批操作便于精确控制加工条件和冶金学性质。此外，连续在线地完成这些步骤取消了昂贵的材料加工步骤以及减少了与开车和停车有关的设备和损失。
本发明的方法包括一种在两个连续在线阶段中使用如下步骤制造铝合金板材和罐体原料的新方法。在方法的第一阶段中，连续在线进行如下步骤(a)热轧热的铝原料以减薄其厚度；(b)然后将热的减薄的原料快速淬火到适合于冷轧的温度，而不使如锰的合金元素大量析出；(c)在本发明的优选实施方案中，使淬火原料经受冷轧以生产中间规格的板材；以及(d)盘卷原料以备进一步加工。在方法的第二阶段中，连续在线进行如下步骤(a)将原料解卷，任选地，如必要时，可以进一步经受冷轧以使原料的厚度减薄；(b)原料以足够快的速度经受快速退火，从而实现铝晶粒的再结晶，避免合金元素以金属间化合物的形式大量析出，此后，原料还经受快速淬火，以避免合金元素以金属间化合物的形式大量析出；以及(c)淬火原料经受进一步的冷轧并盘卷到最终的规格。
本发明的一个重要概念是快速退火和淬火操作必须快速进行，以保证合金元素，特别是锰，以及铜、硅、镁和铝的化合物维持在固溶体中。正如本领域内的技术人员所已知的，铝的析出硬化是时间决定的扩散控制现象。重要的是步骤的第二阶段的快速退火和淬火操作是以足够快的速度进行的，以至于没有足够的时间使铜、硅、镁、铁、铝和锰的金属间化合物大量析出。同时，步骤的第二阶段退火和淬火操作还使耳子最少。当铝合金是罐原料时这是特别重要的，因为由罐体原料形成罐时发现耳子现象很频繁，因为铝合金塑性变形是非均匀的。因此使金属间化合物的析出最少提高了强度，允许再结晶在较轻的规格上得以完成，使最终冷加工最少，从而减少耳子。
按本发明的优选实施方案，通过带坯铸造制造带材，以生产厚度小于1.0英寸的铸材，优选厚度在0.06-0.2英寸之间。在另一优选方案中，与常规方式相反，带材、片材或板材窄。这样便于在线喂料和加工，使得在设备上的投资最少，使由熔融金属变成板材成本最少。
用于本发明这一具体方案的一系列步骤示如图8。本发明的一个优点是生产板材的加工步骤可以安排在两个连续的在线阶段中，其中各种步骤顺序进行。在窄的宽度(如12英寸)内实施本发明使得本发明方便而经济地在板材消耗设备内或其附近完成。这样，本发明方法可以根据板材使用者需要的特定技术和产量来操作。
在优选的实施方案中，熔融金属从图中未示出的炉中传送到金属脱气和过滤装置，以从熔融金属中减少溶解的气体和颗粒物质，这也未示出。熔融金属立即被传送到铸造装置3中的铸造原料4上。
前述待审专利申请中的描述的可以有利地用于本发明实施中的带坯铸造技术示于图4中。来自带坯铸造机3的原料4移动通过任选的剪切或切边台5进入一个或多个热轧台6，在这里其厚度被减薄。在热轧台6上完成热轧操作后，原料立即达到淬火台7，仍然在铸造操作的高温下的原料与冷却流体接触。在本发明实施中，可以使用任何淬火装置。通常淬火装置是这样的冷却流体以液体或气体的形式喷雾到热原料上以快速降低其温度。适合的冷却流体包括水，液化气体，如二氧化碳或氮气，等等。重要的是快速进行淬火以尽快地降低热原料的温度，以防止合金元素从固溶体中大量析出。
本领域内的技术人员可以理解，可以预见，金属间化合物的轻微析出不会影响最终性质。少量的析出不会影响其最终性质，是因为金属间化合物的量很少在任何情况下的快速退火步骤中会重溶，或者是因为其体积和类型对最终性质的影响可以忽略。在这里术语“大量”是指影响最终板材性质的析出。
通常，从约600-约950°F的温度降低到500°F以下，优选降低到450°F以下。此后，原料可以在缠卷机8中用常规的缠卷设备盘卷。作为一种选择，盘卷前原料4可以经受冷轧，作为冷却前的一个任选步骤。
热轧后的快速冷却的重要性描述在图5中，该图是合金元素沉淀相的形成与时间和温度的函数关系的标准化图形。这一曲线在本领域中称之为时间-温度相变或“C”曲线，表示当铝合金加热或冷却时，合金元素以金属间化合物析出所形成的粗颗粒和细颗粒。因此，热轧后立即接着进行淬火操作所提供的冷却要在一定速率下进行，以至于在淬火过程中铝合金的温度-时间线保持在纵轴和曲线之间。这就保证了冷却有效快速地进行，基本上避免了这些合金元素以金属间化合物的形式析出。
一旦盘卷好后，冷却的原料可以储存备用。原料的温度先前已在淬火台7中快速降低，以防止合金元素和化合物大量析出；因此，卷材可以长期储存。
在步骤的第二阶段，当需要提供最终合金时，储存的卷材可以经受第二连续的在线步骤，这示于图8中。前面已经形成的卷材放置在解卷机13上，然后达到一个任选的冷轧台15，接着达到快速退火炉17，在其中快速加热。快速退火步骤提供了改进的综合冶金学性质，如粒径、强度和成形性能。由于原料是快速加热的，避免了合金元素的大量析出。因此，加热操作必须进行到所需的退火或再结晶温度，以至于铝合金的温度-时间线不与图5中的C曲线相交，从而不引起大量析出。紧跟在加热器14后面的是淬火台15，其中带材利用常规冷却流体快速冷却到适合冷轧的温度。由于原料在淬火步骤15中快速冷却，没有足够的时间引起任何合金元素从固溶体中大量析出。这样便于得到比常规方法高的强度。这样减少了需要冷加工所产生的强化量，较少的冷加工减少了耳子。
在本发明的优选实施方案中，原料从淬火步骤到一个或多个冷轧台19，其中原料被加工以硬化合金，并将其厚度降低到最终规格。在冷轧后，带材4缠卷成卷材21。
本领域内的技术人员可以理解，不在冷轧机19中进行作为在线方法的一部分的冷轧步骤也可以获得本发明的益处。因此，冷轧步骤的使用只是本发明的一个任选加工步骤，完全可以省略，或者以离线的方式进行，这取决于要加工的合金的最终用途。作为一原则，离线进行冷轧会降低本发明优选实施方案的经济效益，在本发明中，所有加工步骤都是在线地进行的。
可以使用适当的自动控制设备，有时这也是必要的，例如经常希望使用表面检测装置以在线监视表面质量。此外，也可以在原料的路线上使用铝工业中常用的厚度测量装置以控制该过程。
在这一实施方案的实施中，热轧出口温度通常维持在300-1000°F之间。热轧是在300°F至原料的固相线温度的范围内进行。退火和固溶热处理是在600-1200°F的温度下进行小于120秒，优选在0.1-10之间。在这一温度下热处理后，带材4形式的原料立即用水淬火到将合金元素连续保留在固溶体中并适合于冷轧的温度(通常低于400°F)。
本领域的技术人员可以理解，由本发明的热轧和冷轧操作所实现的厚度减薄程度可在宽的范围内变化，这取决于所用合金的种类、它们的化学性质以及其生产方式。由于这些原因，所以本发明的每一热轧和冷轧操作的厚度减薄百分数对本发明的实施并不重要。然而，对于特定产品，减薄和温度是必须使用的。通常，热轧操作使厚度减薄15-99％，冷轧操作使厚度减薄10-85％获得了良好的效果。本领域内的技术人员可以理解，正如上面所描述的，按照本发明最优选的实施方案进行的带坯铸造提供的原料不需热轧步骤。在原料是通过这种带坯铸造技术生产的情况下，热轧步骤可以完全避免，因此是本发明的一任选步骤。
本发明的概念可以广泛地应用于在多种产品中使用的各种铝合金。通常，1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000和8000系列的合金适合用于本发明的实施。
上面已经描述了这一方案的基本原理，现在参考以下实施例，这些实施例描述了本发明的实施。样品原料是足够快速固化的铸造铝合金，其副枝晶(secondary dendrite arm)间隙小于10微米。实施例8在试验1和2中，具有表3所列成分的和现有技术实例的铝合金都通过使用双带铸造机铸造铝合金来得到，其中带被冷却，它们不与熔融金属或铸造的金属带材接触，生产的铸造金属带材的厚度为0.10英寸。然后，铸造带材按表中所示加工，在每一实施例中生产了具有表3所列特征的产品。现有技术描述在US 4,292,044中，例外的是在现有技术方法中的带坯铸造是用与试验1和2的相同技术完成的。表3中也列出了用常规铸锭生产的具有AA3104和AA5182组成的铝合金的典型数据，其中铸锭厚度为26英寸。列出除5182外的罐扣环(buckle)的强度，为了对比，都修正到0.0112英寸的规格。
试验说明了本发明产生的令人意外的结果。不管进行或不进行热轧，按本发明原理的快速淬火代替缓慢冷却导致了显著提高的强度。数据表明，在本发明实施中，低合金元素含量的铝合金的强度接近于AA5182，AA5182是通常用于罐盖和拉环的高合金含量的铝合金。本发明方法不仅提供了高的强度，还提供了相当的或更低的耳子率。
表3
应当理解，在不超出本发明精神的前提下，特别是如下权利要求限定的范围的前提下，可以在具体的过程和配方中做出各种改变和改进。
权利要求
1.一种制造铝合金容器的罐端面和拉环的方法，包括以下步骤(a)使熔融铝合金置于一对连续移动的金属带之间，带坯铸造铝合金以形成热的带坯铸造原料，(b)使热原料快速淬火以防止合金元素以金属间化合物的形式大量析出，和(c)冷轧淬火原料以减薄原料的厚度。
2.如权利要求1的方法，其中，铝合金含有小于2％的镁。
3.如权利要求1的方法，其中，铝合金含有大于0.6％重量的镁。
4.如权利要求1的方法，进一步包括紧跟淬火后的热轧步骤。
5.如权利要求1的方法，其中，每一个步骤均连续在线地进行。
6.如权利要求1的方法，包括使淬火原料成形为罐盖的步骤。
7.如权利要求1的方法，包括使淬火原料成形为拉环的步骤。
8.如权利要求1的方法，其中，带坯铸造原料的厚度小于1.0英寸。
9.如权利要求1的方法，其中，移动的带在与熔融铝接触之前被冷却。
10.如权利要求1的方法，其中，淬火冷却原料到低于550°F的温度。
11.如权利要求1的方法，包括在300-375°F的温度下使冷轧原料时效至少一个小时以提高原料强度的步骤。
12.如权利要求1的方法，其中，带坯铸造原料的宽度小于24英寸。
13.如权利要求1的方法，其中，冷轧使原料的厚度减薄10-85％。
14.如权利要求1的方法，其中，铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
15.一种由铝合金形成的铝合金容器的罐盖或拉环，该铝合金含有小于约2％重量镁，其极限抗拉强度至少为50,000psi，该铝合金由带坯铸造生产，铝合金形成热带坯铸造原料，使该热原料快速淬火以防止合金元素大量析出，并冷轧该淬火原料以降低其厚度。
16.如权利要求1的罐盖或拉环，其中，该铝合金含有大于0.6％重量的镁。
17.如权利要求1的罐盖或拉环，其中，原料在冷轧后，在300-375°F的温度至少时效一个小时以提高原料的强度。
18.如权利要求1的罐盖或拉环，其中，铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
19.一种制备铝合金容器的罐端面和拉环原料的方法，包括以下步骤(a)通过使熔融铝置于一对连续移动的金属带之间，带坯铸造铝合金以形成热的带坯铸造原料，(b)使该热原料快速淬火以防止合金元素以金属间化合物的形式大量析出，(c)快速加热原料使原料退火并实现再结晶，但不引起合金元素的大量析出，(d)使该退火的原料淬火以避免合金元素的大量析出，和(e)冷轧该淬火原料以减薄原料的厚度。
20.如权利要求19的方法，其中，铝合金含有小于2％的镁。
21.如权利要求19的方法，其中，铝合金含有大于0.6％重量的镁。
22.如权利要求19的方法，包括淬火之前紧接的热轧步骤。
23.如权利要求19的方法，其中，每一个步骤均连续在线地进行。
24.如权利要求19的方法，包括使最终原料成形为罐盖的步骤。
25.如权利要求19的方法，包括使最终原料成形为拉环的步骤。
26.如权利要求19的方法，其中，带坯铸造原料的厚度小于1.0英寸。
27.如权利要求19的方法，其中，移动的熔融带在与熔融铝接触之前被冷却。
28.如权利要求19的方法，其中，淬火冷却原料到低于550°F的温度。
29.如权利要求19的方法，包括在220-400°F的温度下使冷轧原料时效至少一个小时以提高原料强度的步骤。
30.如权利要求19的方法，其中，带坯铸造原料的宽度小于24英寸。
31.如权利要求19的方法，其中，冷轧使原料的厚度减薄10-85％。
32.如权利要求19的方法，其中，铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
33.一种由铝合金形成的铝合金容器的罐盖或拉环原料，该铝合金含有小于约2％重量镁，其极限抗拉强度至少为50,000psi，由带坯铸造该铝合金生产，以形成热带坯铸造原料，使热原料快速淬火以防止合金元素大量析出，快速加热原料使原料退火并实现再结晶，但不引起合金元素的大量析出，并使退火原料淬火以避免合金元素的大量析出，冷轧该淬火原料以降低其厚度。
34.如权利要求33的罐盖或拉环，其中，铝合金含有大于0.6％重量的镁。
35.如权利要求33的罐盖或拉环，其中，原料在冷轧后，在220-400°F的温度至少时效一个小时以提高原料的强度。
36.如权利要求33的罐盖或拉环，其中，铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
37.一种制备铝合金容器的罐端面和拉环原料的方法，包括以下步骤(a)带坯铸造一种铝合金；(b)快速加热原料使原料退火并实现再结晶，但不引起合金元素的大量析出；(c)使退火原料淬火以避免合金元素的大量析出；和(d)冷轧该淬火原料以减薄原料的厚度。
38.如权利要求37的方法，其中，铝合金含有小于2％的镁。
39.如权利要求37的方法，其中，铝合金含有大于0.6％重量的镁。
40.如权利要求37的方法，包括在退火前紧接的热轧步骤。
41.如权利要求37的方法，其中，每一个步骤均连续在线地进行。
42.如权利要求37的方法，包括使最终原料成形为罐盖的步骤。
43.如权利要求37的方法，包括使最终原料成形为拉环的步骤。
44.如权利要求37的方法，其中，带坯铸造原料的厚度小于1.0英寸。
45.如权利要求37的方法，其中，通过将熔融铝置于一对连续运动的金属带之间而实现带坯铸造。
46.如权利要求37的方法，其中，淬火冷却原料到低于550°F的温度。
47.如权利要求37的方法，包括在220-400°F的温度下使冷轧原料时效至少一个小时以提高原料强度的步骤。
48.如权利要求37的方法，其中，带坯铸造原料的宽度小于24英寸。
49.如权利要求37的方法，其中，冷轧使原料的厚度减薄10-85％。
50.如权利要求37的方法，其中，铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
51.一种由铝合金形成的铝合金容器的罐盖或拉环原料，该铝合金含有小于约2％重量镁，其极限抗拉强度至少为50,000psi，由带坯铸造该铝合金生产，以形成热带坯铸造原料，快速加热原料使原料退火并实现再结晶，但不引起合金元素的大量析出，并使退火原料淬火以避免合金元素的大量析出，冷轧该淬火原料以降低其厚度。
52.如权利要求51的罐盖或拉环，其中，铝合金含有大于0.6％重量的镁。
53.如权利要求51的罐盖或拉环，其中，原料在冷轧后，在220-400°F的温度至少时效一个小时以提高原料的强度。
54.如权利要求51的罐盖或拉环，其中，铝合金含有0-约0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-1.5％重量的锰，约0.2-2％重量的镁，约0-约0.25％重量的锌，平衡量的铝以及常见的杂质。
55.一种制造铝合金板材原料的方法，包括以下连续在线步骤(a)提供热铝合金原料，和(b)轧制原料以降低其厚度，并以足够快的速度冷却原料，实质上避免在固溶体中合金元素的大量析出。
56.如权利要求55的方法，其中，原料是通过连续带坯或片坯铸造提供的。
57.如权利要求55的方法，其中，原料是通过将熔融的铝合金置于到由导热材料形成的环形带上形成的，熔融金属固化形成铸造带材，当该环形带不与金属接触时被冷却。
58.如权利要求56和57的方法，进一步包括利用包卷冲压模具由冷轧板材形成杯子的步骤。
59.如权利要求55的方法，包括冷轧后缠卷冷轧原料的步骤。
60.如权利要求55的方法，其中，铝合金是罐体原料合金。
61.如权利要求55的方法，其中，轧制使原料的厚度减薄40-99％。
62.如权利要求55的方法，其中，原料的轧制是在200°F至原料的固相线温度的温度之间进行。
63.如权利要求55的方法，其中，轧制冷却热原料在小于30秒内完成。
64.如权利要求55的方法，其中，轧制冷却热原料在小于10秒内完成。
65.如权利要求55的方法，其中，铝合金含有约0-0.6％重量的硅，0-约0.8％重量的铁，0-约0.6％重量的铜，约0.2-约1.5％重量的锰，约0.8-约4％重量的镁，0-约0.25％重量的锌，0-0.1％重量的铬，平衡量的铝以及常见的杂质。
66.如权利要求55的方法，其中，铝合金选自AA3004、AA3104和AA5017组成的组。
67.一种制造铝合金板材原料的方法，其中，该方法是按分为两阶段的连续在线操作进行的，包括，在第一阶段中，连续热轧热铝原料以降低其厚度，然后使热原料淬火以降低其温度，并缠卷冷却的原料，以及，在第二连续在线阶段中，使卷材解卷，快速加热原料使原料退火以实现再结晶，而不引起合金元素以金属间化合物的形式大量析出，使退火原料淬火以避免合金元素大量立即快速析出。
68.如权利要求67的方法，其中，原料是由连续带坯或片坯铸造提供的。
69.如权利要求67的方法，其中，原料是通过将熔融的铝合金置于到由导热材料形成的环形带上形成的，熔融金属固化形成铸造带材，当该环形带不与金属接触时被冷却。
70.如权利要求67的方法，包括在第一阶段中，作为连续在线步骤，在原料淬火后冷轧原料。
71.如权利要求67的方法，其中，铝合金原料是罐体板原料。
72.如权利要求67的方法，包括在第二阶段中，作为连续在线步骤，在退火和淬火后立即冷轧原料。
73.如权利要求72的方法，进一步包括由冷轧板材形成杯子的步骤。
74.如权利要求72的方法，包括在冷轧后缠卷冷轧原料的步骤。
75.如权利要求67的方法，包括冷轧退火原料，作为离线步骤。
76.如权利要求67的方法，其中，热轧使原料厚度减薄15-99％。
77.如权利要求67的方法，其中，原料加热到600-1200°F的退火温度。
78.如权利要求67的方法，其中，原料的热轧是在300°F至原料的固相线温度的温度之间进行。
79.如权利要求67的方法，其中，热轧出口温度为300-1000°F。
80.如权利要求67的方法，其中，退火进行小于120秒。
81.如权利要求67的方法，其中，退火进行小于10秒。
82.如权利要求67的方法，其中，减薄后的原料淬火到低于550°F的温度。
83.如权利要求67的方法，其中，冷轧使原料的厚度减薄10-85％。
84.一种制造铝合金板材原料的方法，其中，该方法是按分为两阶段的连续在线操作进行的，包括，在第一阶段中，在一对移动的环形带之间连续带坯铸造铝合金原料，连续热轧热铝原料以降低其厚度，然后使热原料淬火以降低其温度，并缠卷冷却的原料，以及，在第二连续在线阶段中，使卷材解卷，快速加热原料使原料退火以实现再结晶，而不引起合金元素以金属间化合物的形式大量析出，使退火原料淬火以避免合金元素大量立即快速析出。
85.如权利要求84的方法，包括在第一阶段中，作为连续在线步骤，在淬火后冷轧原料。
86.如权利要求84的方法，其中，该铝合金原料是罐体板原料。
87.如权利要求84的方法，其中，热轧使原料厚度减薄15-99％。
88.如权利要求84的方法，其中，原料加热到600-1200°F的退火温度。
89.如权利要求84的方法，其中，退火进行小于120秒。
90.一种制造铝合金板材原料的方法，其中，该方法是按分为两阶段的连续在线操作进行的，包括，在第一阶段中，在一对移动的环形带之间连续带坯铸造铝合金原料以提供热铝合金原料，使原料淬火以降低其温度，以及在第二连续在线阶段中，快速加热原料使原料退火以实现再结晶，而不引起合金元素以金属间化合物的形式大量析出，以及使退火原料淬火至冷轧的温度以避免合金元素大量立即快速析出。
91.如权利要求90的方法，其中，铝合金原料是罐体板原料。
92.如权利要求90的方法，包括在第一阶段中缠卷淬火原料步骤。
93.如权利要求90的方法，包括在第一阶段中带坯铸造后立即连续在线在热轧铝合金原料的步骤。
全文摘要
一种由铝合金制造饮料容器及其罐端面和拉环的改进方法,其中带坯铸造铝合金,然后经受一系列或多系列的淬火和退火操作。本发明还提供了一种在带坯铸造后立即热轧以降低原料厚度的铝合金罐材的制造方法,可以进行或不进行原料的中间缠卷。
文档编号C22C21/06GK1200771SQ96197916
公开日1998年12月2日 申请日期1996年9月17日 优先权日1995年9月18日
发明者申自强, 威廉·贝茨, 唐纳德·G·哈林顿, 伊恩·史密斯, 埃德温·J·韦斯特曼, 加文·F·怀亚特－梅尔 申请人:凯泽铝和化学公司