本发明涉及制造液体容器的铝基合金的应用，特别是适合于液体容器结构的高锌铝基合金。

传统的拼合式铝制饮料容器通常由两种不同的合金制造，例如铝业协会规范的3004和5182型合金（见表1）。3004型铝合金通常经深冲压和壁的变薄拉延的成形方法制造罐体，但它没有罐盖材料所需的刚、强度特性，而5182型合金，不适用于罐体，只具有罐盖制造所需的特性。对这种类型容器的需求的增加及对更薄更结实的罐的需求，刺激了新的合金的发展，更进一步说，刺激了能同时用于罐体和罐盖原料的合金的发展。

适用于罐体的合金必须具有好的可成形性和高强度的综合性能、并且在制造上是经济的。

美国铝公司AA  3004型合金组份的合金传统上使用直接冷铸法（DC-Cast）、铸造成断面为500mm厚、700mm宽左右的锭块，然后，锭块在500-620℃下均匀化4至24小时，并热轧，通过一系列的粗轧轧道，热轧过程使锭块的厚度减至2-3mm。

通常，材料在300-400℃温度下经过0.5-4小时的退火，使金属重结晶。退火的金属再经过冷轧过程以改善强度和其它特性，这一般通过2-5次轧道，每次20-50%的缩减率，最终成为0.3-0.33mm的厚度。

最终的材料经深拉压力机和罐体接合机制成铝罐。在深拉压力机上约135mm直径的圆盘从冷作板剪切下或冲下并拉深成浅薄杯。该杯再进入罐接合机，首先再拉深成接近其最终直径的杯。杯的壁 经一次或多次变薄拉深工序，厚度减小，最后制成65mm左右的直径，140mm高度，0.10-0.18mm壁厚的罐体。

上述罐体拉深的材料具有各向异性（即特性在各方向上各不相同），拉深罐体的上边具有毛边，形成约相差90℃间隔的四个尖峰，该尖峰被称为“耳状凸起”。耳状凸起的程度可简地用下式确定：

2 (he-ht)/(he-ht) ×100＝%耳状凸起

这里：he是杯底到耳状凸起尖顶的距离;

ht是杯底到耳状凸起尖谷的距离;

进一步可加工成饮料容器的罐体必须小于3-5%的耳状凸起程度，最好小于3%，在切口操作的过程中，将罐体的上端（通过固定的一道工序）去毛边，“耳状凸起”区被废弃。

对完成的罐体质量的其它考虑是在罐体接合机中无破裂的成形能力以及具有最终平滑的表面，无拉延划伤或纵线，如果该材料没有合适的显微组织，“擦伤”（galling）造成深槽可能在已成形的罐壁上出现。

为了降低罐体的造价，普通变形硬化合金的浅薄（Domn  gauging）需要增加合金元素（例如，铜、锰、镁）的含量，以增加强度，然而，随这些含量的增加，最终合金的可成形性降低，事实上，3×××系列的合金强度毕竞受轧制变形量的限制，该量为在成形表面和材料特性破坏前的加工过程中，材料能承受的量，现在其它申请用的其它铝合金系统能达到比3×××系列合金更高的强度水平。

毕竟，容器可由具有无粘着（galling）、耳状凸起小特性的减 薄制造的高强度3004型合金成形制造，除非该强度高到足以补偿壁厚减小的强度损失，罐的压曲抗力会减小。

压曲强度或压曲抗力取决于施加于已拉深和壁变薄拉延的罐内的压力，逐渐增加压力直至罐底变形、鼓出，即压曲或使倒置的圆拱翻出来，底部压曲时的压力定义为压曲强度或拱反压力（dome reversed pressure）。由合金材制造的可接受的罐的罐体所必须有的压曲强度至少为85磅/寸2。使用通常的直接冷铸法（D.C法），由高强3004合金拉延的罐头有90磅/寸2左右的压曲强度。

虽然用锭铸法生产3004罐体坯件是普遍采用的，而从经济和能源的考虑宁愿通过连续铸法制造铝板，现有技术已建议用连续带铸方法。此时铝铸成大约1英寸厚度的薄合金带，使用该技术均质化处理过程可以省去，热轧至中等厚度的缩减率降至最小，如果在薄带的连续铸造过程中达到所需的微观结构，热轧过程也可以完全省去。然后以类似加工锭铸材料的方式对材料进行退火处理。至此，已证明对于进一步处理和罐体制造、用此法制出的罐坯料是不能令人满意的。

这样，本发明的一个目的是提供一种适合于做罐坯料的铝合金，它至少相比于现存的AA  3004型合金具有无粘着、低“耳状”凸起性能，高强度特性，优越的可成形性，它使罐体由薄的坯料板制造。本发明的又一目的在于提供同样适于罐盖制造的罐坯料，使拼合式的饮料罐完全由一种成份的金合制造。这合金适合于无论通过直接冷铸法或连续带铸法，都可制造成罐坯料。进一步，本发明涉及一种罐坯料以及从以下成份的铝合金生产罐坯料的工艺，该合金包括3.0-8.0%（重量）的锌，0.5-3.0%（重量）的镁，小于0.7%（重量）的 铁，0.01-2.0%（重量）的硅，0.05-0.9%（重量）的铜，0.1-1.1%（重量）的锰，和0.0-0.3%（重量）的铬。合金中其它杂质小于总重量的0.15%（重量）的水平。

根据本发明的另一方面，为制罐生产线供给所需的坯料、加工合金的工艺包括：

融化适于铸造的合金金属，

将其铸造成适于轧制的形状，

完成中轧至中等厚度，

热处理该合金，

在2-85%的缩减率范围内冷轧，这是最后轧制过程;

回火热处理材料至需要的延展性的和强度。

该合金最好具有以下重量百分比范围的组成：锌4.0-6.5，镁1.0-2.5，锰0.3-0.8，硅0.15-0.3，铁高至0.45，铜0.10-0.5，铬高至0.2，其它杂质总量小于0.1。当合金中含锆量高至最高水平0.25%重量比时可适于制罐坯料，为了制造罐体时具有小的“耳状”凸出物，优选的锆含量小于0.08%（重量），最优选的在融液中不加，其含量低于杂质的含量，即0.1%重量比。

已经发现，落入上述组份范围的合金达到高抗拉和屈服强度特性，以及好的可成形性和壁的无粘着变薄拉延质量。该合金最适于制造饮料罐体和罐盖。

该合金能制造超过90磅/寸2的拱反强度的罐体，并且变薄拉延后的壁厚小于0.16mm。A3004型合金通常在壁厚等于或大于0.16mm时，只能达到这样的拱反强度。

上述合金可适于用直接冷铸法、连续轧铸法和连续带铸法制造。 然而，如果合金使用轧制或带铸方法制造，其组份的范围可以放宽。

锌（Zn）、镁（Mg）、锰（Mn）、铁（Fe）和硅（Si）的含量可以增加，它们造成在铸造后高体积百分比的α相微粒，造成在最后的工序中大量沉积。

在最后阶段的制造中，通过轧薄和热处理结合可以制造合金板。当然，制造过程随最终使用的需要而变化。然而，在热处理作业过程中，已经发现，形成的合金特别适合于很短过程的固溶热处理，而较长过程的热处理可同时用于使用重结晶退火或还原退火技术的板的退火。

用于容器结构或其它要求，强度和可成形性是重要的，锭料或带铸材料可以热处理以均化铸造材料，并最好热轧后冷轧。然后，材料经固溶热处理并冷轧薄，最后，为改善强度和延展性，取决于最终使用的需要，对合金进行时效回火。

最好，铸造材料，例如铸锭，须经进一步的热处理步骤的均化合金，并且最好跟随在经过热轧步骤之后。

中间的轧制最好是冷轧步骤，在冷轧操作过程中，可采用全面的退火或时效的中间退火。

合金的热处理步骤最好是固溶热处理，可以在时效步骤之后进行。

最后的轧制步骤对本发明来说是必不可少的，以提供最终产品必需的强度特性，同样，必须保证适合于制罐材料的足够的延展性和可成形性。终轧是缩减率范围为2-85%的冷轧，最好范围是10-80%，最优范围是30-80%，最终的回火热处理最好是人工时效。

根据本发明的进一步方面，提供由本发明的合金制造的罐生产 线和供给料，它最好具有超过400MPa的屈服和抗拉强度以及4%或更大的总延伸率。

本发明的合金也可用于制造制罐最终坯料，该料在回火状态下必须具有最小310MPa的屈服应力，355MPa的最下限的抗拉应力以及最小6%的延伸率。

以上规定的罐的最终坯料的强度和延伸率涉及材料的后焙烘强度。

通常，终坯料制成卷材形式，送入端接合机，涂镀板料并在155℃-210℃之间适当的温度下烘烤涂层10-30分钟，通常，上述材料的测试是在205℃下烘20分钟，然后，罐端由罐的端接合机以传统的金属加工工艺制造，本领域的技术人员熟知该工艺。

当根据本发明制造的罐端在后焙烘状态具有超过上述极小值的强度和延展性，合适的罐端可由本发明的合金制成。

本发明的另一方面是由本发明的合金制造的拼合式的饮料容器，该容器最好的壁厚小于0.12mm，拱反强度大于90磅/寸2。

本发明前述及其它特点的目的和优点通过下面优选实施例和相应的附图介绍会更加清楚。

表1包括本发明的合金各部分的范围和优选范围;

图1是详细表示合金全部制作过程的流程图;

图2为本发明合金的一条差示扫描热分析曲线。

图3（a）是合金制造的最后阶段的流程图;

图3（b）表示了最后冷轧减薄的效果;

图3（c）表示了实施例1中合金的冷加工和人工时效的效果;

图4表示实施例2中合金2在各加工阶段的显微照中，其中：

图4（a）是热轧后材料的显微组织;

图4（b）是退火后材料的显微组织;

图4（c）是最后冷轧减薄后材料的显微组织。

图5示出实施例2中合金1、2、3的人工时效的效果。

图6-8是在一定温度下最终时效的实施例2中各合金与时间的关系曲线;

图9示出了对合金的自然时效和冷加工的作用;

图10表示在人工时效步骤中使用双温度处理的效果和冷加工的效果;

图11是本发明的合金的抗拉结果;

图12表示了本发明合金的强度和延展性与传统3004型罐原料的比较。

图13概述了本发明合金的优点。

本发明的合金包含以下基本合金元素（重量百分比）：铜（0.05-0.9），锰（0.1-1.1），镁（0.5-3.0），以及相对高的含锌量（3.0-8.0）。进一步，下面的组份包含在熔料中：铬（0.0-0.30），硅（0.1-2.0），铁（0.0-0.5）。

已经发现，经过固溶热处理，大部分的镁和锌悬浮在固溶体中，在回火热处理时沉积，增加合金所需要的强度。

上述范围的硅、锰和铁成分对本发明是必需的，因为，上述元素，用于形成所需要的合金中第二相（α相）的分散分布，而这一点对于罐壁无粘着的拉伸是重要的。

已独特地发现，锆和铬在熔料中仅有小于0.01%重量比的杂质含量，如果它们在熔料中已存在或为额外的强度特性而将它们加入， 最好它们的含量分别小于0.08%和0.05%的重量比。

精制的铬及更好的锆元素的非常低等级的粒度起的作用是，在例如热轧或低温退火（345℃持续0.5-2小时）后，产品产生完全的重结晶。

如果锆和铬在合金中的含量超过本发明上述的范围，热、冷轧制时产生的锻制结构在固溶热处理或退火处理时会保持，最后规格的板材会具有各向异性，这对该板材进行深拉延加工时非常不利，因为各向异性造成材料的高“耳状”凸起特性而不适于罐体的加工步骤，增加以上元素的合金会得到高强度，但可成形性下降和不良的耳状凸起。

本发明合金的屈服强度和抗拉强度远高于3XXX系列罐体材料，该3004合金分别具有285和330MPa的屈服和抗拉强度以及4%的延伸率。而本发明的合金分别具有420和480MPa的屈服、抗拉强度，对50mm标准长度的测量，其总延伸率为4%以上。当这种板材拉深和变薄拉伸壁制成用于拼合或饮料容器的罐体时，它在0.12mm壁厚时具有超过100磅/寸2的罐的压曲强度。这种合金具有比任何3004型或改进的3×××系列合金更高的强度和改善的韧性，这使得用于初步成形操作（罐体生产线的进给）的板的厚度在保证成形后罐体的压曲强度和可成形性下减少至少10%。

这种合金的高强度也使它用于罐的盖坯的制造，通常用于罐盖制作的AA5182合金具有395MPa的抗拉强度和4%的延伸率。由于在所需的盖的厚度下没有足够的强度，3004型合金通常不适于制造罐盖，本发明的合金可达到AA5182合金的特性，这种拼合式罐可由一种合金组份制造，而不是通常的二种。

当合金通过直接冷铸法铸造以制作罐体，它首先应均质化处理。铸件最好当作毛坯在480℃-500℃均质化5-10小时，然后材料在高至500℃的温度下热轧至适合卷材的厚度（最好小于5mm）。最好卷材热轧的终止温度高于大约300℃，这样合金会在卷绕时自动退火。

然后材料冷轧，并且最好在冷轧中采用全面的退火或还原退火。经过这一轧制阶段，带料最好有0.8-0.4mm的厚度。为在制罐板料的最后工序完成轧制缩减率，以提供必要的板的平度和最后的板厚强度，以上厚度是需要的。

接下去，在水冷至室温后，在最好480℃和595℃之间，进行5秒至1小时的固溶热处理。

如果事先已冷轧过，在处理时间范围的上限进行固溶热处理也会使材料退火。但是，合金的成份使得材料的热处理时间相比于通常的3004合金所用的时间短得多。

合金带材然后可以进行室温下的时效，最好是冷轧之前时效0至48小时。

为提供金属必需的强度特性，终轧步骤中冷轧缩减率范围为2-85%是必要的，优选的缩减率是10-80%，最优的是30-70%，已经发现，即使冷轧缩减率取此范围的上限，材料具有可用的罐坯料所必须的延展性和可加工性。

最后的板料在欠时效和过时效状态之间，时效回火。时效取决于所用的装置和罐制造者的强度和延展性的标准。最好在120-260℃的范围内，时效1分钟-4小时。

对材料的固溶热处理早于材料的最后的重晶格化工序，减少冷轧阶段产生的各向异性，这意味着为给予最后轧制压延和全面时效 之所需的回火度，所制的深拉延材料具有低的各向异性和非常低的耳状凸起程度。用3004或典型的改进合金具有3%的耳状凸起程度。本发明的合金所制作的杯子具有少于2%的耳状凸起程度。

在传统的带铸机带铸的合金接近一英寸或小于一英寸厚度的带可以代替直接冷铸法所得的材料，用这方法所获得的已铸供给合金坯料可以比直接浇铸的合金成份更多，但最好具有本发明的合金范围（见表1）。然后，带料经热或冷轧压延至最小25%，更好50%-85%厚度的缩减率的板料。

本发明的合金组份和加工工艺使液体容器壁可以由薄的板材制造，并减少造价。进一步，一种合金通过改变合金加工的步骤可以用于罐体坯料，端坯料和易拉环坯料。

用于液体容器的全部部件的单一合金型号的使用，使得产生加工价格的效益和改进了废屑的重复利用。

下面实施例介绍本发明的合金。

实施例1：下面是由直接冷铸至50cm×120cm规格锭料的合金组份（重量%）：

锌  镁  铁  硅  铜  锰  铬  铝

4.83  1.53  0.35  0.16  0.019  0.47  0.01  其余

锭料经过下面的工序生产卷绕的板材。

-在480℃-595℃下均质化处理5小时;

-热轧至3.175mm，

卷板出口量测温度295-315℃，

经标准修边;

-在370℃-373℃下退火3小时;

-按60%的缩减率冷轧至1.22mm;

-在1.22mm厚度下固溶热处理;

在585℃下闪速溶10秒;

-冷轧40%的缩减率至板厚0.73mm，

再以37%的缩减率冷轧至板厚0.454mm，

以35%的缩减率冷轧至板厚0.303mm;

-矫平，溶剂洗板材;

-人工时效至T87回火度

在160℃下时效一小时。

在上述阶段，一旦经过热处理，卷材在背对背轧道轧至最后的厚度，在开始轧制之前，最多能延迟48小时。

冷轧后5天内应进行矫平，以避免过分的自然时效，因为冷轧后材料的时效会增加硬度。

50个试样的测试平均值如下：

屈服强度393MPa;

极限抗拉强度406MPa;

延伸率4%;

延展性  4.34mm;

试样所制的罐体显示了0.30mm拱壁厚度，拱反压力为105磅/寸2，图3（b）显示了最后冷轧压延对合金的强度和延展性的影响，图3（c）指出合金材料在固溶热处理（S.H.T）和70%冷轧压延后人工时效时间对强度和延展性的影响，时效温度为250°F（121℃）。

实施例2，表1所示的本发明的合金采用直接冷铸法，铸成断面为100×300mm、长度为1.2m的锭料。锭块修整或190mm宽，100mm厚， 200mm长的锭坯料，然后每块锭在500℃至585℃温度之间均质化处理，对最高溶解物含量的合金采用高的均质温度以更全面均质化，均质化过程中合金的沉积反应的热分析曲线示于图2。下面的字母代表图2中的位置，在不同的相里，该位置是变化的。A是GP区的融化;B是η′+η′相（Mg Zn2）的沉积;C是η′+η′相的融化;D是T相的沉积;E是T-相的融化，F是局部的GB液化。表2表示了每个试样合金的均质化和热轧过程。

修整的锭块在炉中冷却至500-485℃的轧制温度，以便热轧该合金，锭块随后从炉中移出，分别从100mm厚轧制最后的约2-3mm厚，热轧材料的显微组织示于图4a。

热轧的最终温度常高于200℃。这温度足以在冷轧至固溶热处理厚度前让被轧制了的结构有些恢复，然而，在有些合金试样3的情况中，材料经345℃温度下经3个小时的重结晶退火。这使材料全面恢复和重结晶，合金的完全重结晶的晶体尺寸的平均直径为19μm（美国材料试验标准ASTM  8.5）（见图4b）。

在这种软化条件下，合金冷轧成表4所显示的许多不同厚度。这是便于在许多不等的最终冷轧缩减率的情况下，制出用于罐体坯料制造的、上述给定了最终厚度的板材。图3a显示了材料最终的工序。

图4（c）显示了经最后冷轧压延后试样2中合金2的显微组织，从显微照片可以看出，材料基体中全部分散有α相（α-Al（Fe、Mn）Si）。这显微组织表示在壁的变薄拉延中，罐体具有很好的无粘着指标。

在500℃温度下进行板的固溶热处理，使元素进入溶解物的最后的时效步骤作准备。对三种合金在500℃下固溶热处理2小时后的 自然时效特性的研究示于图5，材料经冷水淬火，然后进行一系列的热处理，时效研究和硬度测量用于表示合金对不同处理的反应。板材在一定条件下的抗拉试验以确定特殊合金处理的屈服强度和延伸率。

最终的时效处理的分析示于图6-8。

图6（a），6（b），6（c）分别表示在第一次121℃时效1、2、3小时后，在155℃下的时效时合金的特性曲线。

图7（a）、7（b）、7（c）分别表示在自然时效0、24、48小时后在111℃下合金的时效特性曲线。

图8（a）、8（b）、8（c）分别表示在自然时效0、24、48小时后在131℃合金的时效特性曲线。

表4

图9表示对合金2冷轧的效果。

图10（a）和10（b）表明了在0-60%的冷作（CW）处理后合金2材料进行第二次人工时效的效果，图10（a）的合金经过500℃2小时的固溶热处理，0小时的自然时效，在121℃冷作和相一致人工时效持续3小时。在图10（c），该合金经过500℃2小时的固溶热处理，48小时的自然时效，冷作和在121℃下在前的人工时效持续3小时。

表4表明了冷作和人工时效的多种作用对实施例2合金1、2、3的影响。

标志C·W的栏表示在冷作步骤的缩减率百分比。AA（1）和AA（2）栏以T/t形式说明，这里T是热处理步骤的摄氏温度，t是材料在该温度保持的时间小时数。

标志N·A的栏表示自然时效时间，SHT/ANN是固溶热处理/人工时效步骤AA（1）和AA（2）以T/t的方式表示退火的温度和时间。剩下的栏分别是屈服强度、极限的抗拉强度、延伸率、“耳状”凸起和拱反压力。

为罐体的制造和“耳状”凸起程度的测量，用许多板材合金制成杯，杯在罐体合机上成形成罐体，每个试件的结果是无孔或无表面拉痕的成功的罐体。所选罐的压曲抗力在传统的压曲抗力测试机上测试。

结果表明该合金具有高的抗拉强度和超过4%的延展性。本发明的合金制造的罐体的耳状凸起程度在0-2.4%之间，这数量在给定条件下比由3004合金制造的罐体平均低1%。

本发明的合金制造的相同的壁厚的罐的拱反压力远大于3004合金的，3004合金典型的拱反压力最大90磅/寸2，本发明的合金制作 的相同壁厚的罐则在100和115磅/寸2之间。

图11的图表表示时效对合金2和3的抗拉特性和影响，图12表示本发明的合金与3004型的抗拉特性比较。图12表明，线A和B之间的本发明的合金具有比3004型合金（传统罐坯料）高20-40%的抗拉强度，延展性高4%。所以其许多特性占优势。

更强的罐体材料意味着在保持标准3004的刚度和压曲抗力下罐体的壁厚可以减少。

实施例3

如前所述，适合于罐端坯料的合金，需要最小的后培烘强度和延展性。

实施例2的合金3组份的合金经过下面处理步骤：

1）热轧至3.0mm

2）从3.0冷轧至0.8mm

3）在345℃下退火1小时

4）一个试样  分成二个，一个冷轧至0.43mm，另一个冷轧至0.355mm。

5）二个试样在水淬火前进行500℃、1小时的固溶热处理。

6）二个试样然后冷轧至0.315mm，分别代表30%和10%的冷轧缩减率。

7）然后试样剖分成8个试样，每个试样经过24小时的自然时效。

8）试样在121℃下，经过3小时或6小时的人工时效。

9）一半试样然后在205℃焙烘20分钟。

10）每个试样进行抗拉测试并制杯，结果列于表5。

表6示出了罐端生产所用的焙烘后，强度和延展性下降的百分 比。

从实施例3的结果可以看出，根据本发明进行了后焙烘制造的罐端超过强度和延展性的最小需要。

现有的AA5182合金罐端坯料具有325MPa的屈服应力，370MPa的极限抗拉应力和8%的延伸率。可以看到，根据本发明的合金及制作方法进行后焙烘的罐端坯料比传统的罐端料有特点。

图13表示了本发明与传统罐原料合金相比的主要优点，本发明的相当强度（与传统罐相当）的罐，由于用较薄的材料、使得相同数量的罐少消耗材料，从而意味着所用合金材料的成本较低。

以上实施例表明，罐体具有的强度、延展性和各向异性远超出从传统罐料合金所得到的特性。而且，使根据本发明所制造和使用的合金来制造具有所需特性的罐端料成为可能，拼合式饮料容器罐由同合金组份的同一合金制造。

权利要求部分显示以上详细介绍。