1 包裝及容器用鋁板帶箔材的發展概況

食品業與制藥業廣泛應用鋁，因為鋁無毒性、無吸附性、不易碎裂、能抑制細菌生長并能用蒸汽清洗。當集裝箱或輸送帶須進入加熱或冷凍區時，鋁的低容積比熱可以起節能作用。鋁的無火花性質，對于面粉廠和其它易受火災與爆炸危害的工廠而言是寶貴的。鋁的抗腐蝕性，對于包裝運輸脆性商品、貴重化學試劑和化妝品很重要。用于空運、船運、火車和卡車裝運的密封鋁集裝箱，可用來裝運不宜散裝的化學試劑。

包裝業一直是鋁的重要消費市場之一，且發展很快，2005年全世界包裝、容器用鋁量占全球鋁總產量的2l％左右。包裝業產品包括家用包裝材料、軟包裝、食品容器、瓶蓋、軟管、飲料罐、食品罐等。

鋁制飲料罐是鋁的應用史中最為成功的一例；鋁制食品罐也在加速滲入市場，軟飲料、啤酒、咖啡、快餐食品、肉類、酒類，均可包裝在鋁罐內；生啤酒可在包鋁的鋁桶內裝運；鋁還廣泛用于牙膏、食品、軟膏和顏料的包裝軟管以及藥品的軟包裝袋。歸納起來，包裝用鋁材的主要形式有：
①用鋁箔制成的軟包裝袋，用于食品工業、醫藥工業及化妝品行業；
②用鋁箔制成的半剛性容器(盒、杯、罐、碟、小箱)；
③家用鋁箔和食品包裝用鋁箔；
④金屬罐盒、玻璃瓶和塑料瓶的密封蓋；
⑤剛性全鋁罐，特別是二片全鋁啤酒罐和軟飲料罐(硬包裝罐)；
⑥復合箔制容器；
⑦軟的管形容器；
⑧大型剛性包裝容器，如集裝箱、冷藏箱、啤酒桶、氧氣瓶、液化天然氣罐等。

美國鋁罐料用鋁量，1975年為65萬t，1980年達100萬t以上；2005年美國全鋁易拉罐產量為1300億只左右(消費量1000億只以上，出口量約占23％)，耗鋁材200萬t以上，約占其鋁板帶材總產量(465萬t)的4l％，處于平穩發展期(年增長1％一2％)。日本2005年鋁罐料產消量約為44萬t，其中罐蓋及拉環l4萬t，罐體料30萬t，也處于平穩發展階段(年增長率2％左右)。

2005年，歐洲的鋁罐料產消量約為120萬t，韓國11．5萬t，巴西11．5萬t，其它國家約l0萬t，這些國家的年增長率約為5％～10％。

目前，全球鋁罐料的總產量已達430萬tla左右，其中罐體料289萬t／a，罐蓋及拉環料141萬t／a。除美國、日本、歐洲等國家和地區已處于相對穩定發展期外，中國、巴西、印度等國家尚處于高速發展期，因此全球的年增長率仍會保持在8％以上。

我國鋁罐的應用歷史不長，基礎較差，但近年來發展很快。2003年產消量為75億只，2004年為82億只，2005年達103億只，平均年增長l7．5％。估計到2010年可達180億只，以后會以10％的速度增長若干年。2005年全國已有l6家制罐企業，共22條生產線，總生產能力達115億只／年。預計在不久的將來，我國不僅是鋁罐料的生產大國，也會成為鋁罐的消費大國。

2 易拉罐用鋁合金帶材的技術開發與應用

2．1鋁易拉罐料的應用情況

目前，美國容器包裝工業用鋁量，約占美國鋁消費總量的25％，占軋制產品的40％左右；全鋁二片飲料罐占總飲料罐市場的3／4以上，占啤酒市場的80％，占軟飲料罐市場的60％。澳大利亞容器包裝工業用鋁量，占其鋁半成品總量的28％以上；鋁罐占啤酒市場用罐量的75％～80％，占飲料罐市場的72％以上。西歐、日本等國的鋁罐比例相對較小，但近年來增長很快，特別是日本的鋁罐料生產和消費在飛速發展。中國人均易拉罐消費量(3．8只／人·年)還很低，僅為美國(380只／人·年)的1／100左右，但發展速度很快。按1t帶材(0．28HⅡn厚)生產7×10只(外加1．92％工藝廢罐)計算，2005年我國共消費103億只罐，折合罐體料15萬t、蓋料及拉環7萬t，(罐體：罐蓋(環)=68：32)，共計22萬t。估計到2010年我國鋁易拉罐用鋁帶材的消費量為39萬t／a，2015年可達62．5萬t／a，可見中國的易拉罐市場還有廣闊的發展空間。

2．2易拉罐對鋁帶材的質量要求

鋁易拉罐的生產要經過40多道工序，其中與鋁帶材性能相關的主要工序有落料、沖杯、變薄拉深、修邊、沖洗、外印、內噴涂、烘干、縮頸、翻邊等。鋁帶材必須具有適當的強度和良好的深沖成型性，以保證連續沖制、變薄拉深的順利進行和烘烤后具有適當的屈服強度。在易拉罐罐體的生產過程中，首先是將厚度為0．25mill～0．30HⅡn的帶材沖落成直徑為138mm左右的圓料；然后經兩次深沖制成沖杯，其直徑減縮率大于50％；再經過三次變薄拉深，壁厚減到0．08HⅡn～0．10HⅡn，拉伸減薄率超過65％。由于變薄拉深加工可使坯料的延伸性處于極低狀態，所以即使是很小的夾雜物也會成為破裂、折邊的原因；隨后，要保證在修邊縮頸和翻邊過程中不出現斷裂，也要求材料具有較好的塑性；經過幾次烘烤后，必須保證罐體的軸向承壓和罐底耐壓能力，要求罐體軸向承壓1．35kN，罐底耐壓強度630kPa，以確保罐裝和儲運順利進行。因此，對罐體用鋁帶材的綜合性能提出了相當嚴格的要求：抗拉強度270～310MPa，屈服強度250～300MPa，延伸率大于3％，制耳率小于2％；帶材表面無明顯波紋，表面光潔度均勻一致，無氧化，無肉眼可見的夾雜、壓傷、斑痕等缺陷；帶厚均勻一致，厚差在0．005mm之內。

輕量化一直是易拉罐的發展趨勢。隨著制罐企業封縫機械和其它技術的不斷進步，罐體用鋁帶材的厚度已由上世紀的0．343咖減為0．250mm；罐蓋用鋁帶材的厚度也由原來的0．39HⅡn減為0．24mm。為提高生產效率，各制罐廠家也在依靠先進技術不斷提高罐體的成形速度，上世紀80年代中期，美國易拉罐生產線的生產能力都在800罐／min左右，而目前已達2000罐／min。

綜上所述，隨著生產技術的不斷改進、易拉罐的輕量化和成形速率的提高，對鋁帶材的性能提出了更加嚴格的要求。只有不斷地提高鋁帶材的精度、表面質量、內在冶金質量及成形性能，才能適應易拉罐的生產需要。

2．3提高易拉罐用鋁帶材質量的主要工藝措施

高精度鋁合金帶材的生產過程主要包括熔煉鑄造、銑面、均勻化和加熱、熱粗軋、熱精軋、精整、剪切、退火等工藝過程。要使帶材具有良好的深沖成形性能、抗疲勞、抗腐蝕、優良的表面質量、較高的強度、足夠的塑性、小制耳率和嚴格的尺寸偏差，就要求材料具有合適的化學成分，優異的冶金質量，合理的織構和板形公差等。要達到這些要求，必須對鋁帶材的各個生產環節進行有效的控制，成分控制、鋁熔體處理及熱軋工藝優化等是提高帶材質量的關鍵環節。

目前各國主要采用3104合金作為罐體材料，該合金的Mn、Mg含量均為1％左右。添加Mn可以提高合金強度，Mn低于0．5％時強度不足，但高于2％時則在A1一Mn—Fe系合金結晶過程中形成粗大的一次晶化合物，使材料的成形性能變差，并可能導致罐體成形時產生針孔或撕裂；Mg能比Mn更有效地提高合金強度。Mg低于0．2％時則強化作用不足，增加Mg含量可以提高帶材的屈服強度，但高于2％時帶材的變薄拉伸性能及罐底凸緣成形性能變差，且在拉伸時易造成罐體劃傷；Si在A1一Mn—Fe合金中可以促使一次晶化合物轉變為a相，改善變薄拉伸性能，同時si還與Mg形成MgzSi析出相從而提高帶材強度，因此si含量必須在0．1％以上，但不得超過0．5％，否則會降低加工性能；Fe與Mn形成(FeMn)A1化合物，對拉深有利，因此其含量應大于0．2％，但大于0．7％時會惡化成形性能；Cu含量低于0．05％時不能起強化作用，而大于0．5％時會降低耐蝕性能。

為了避免形成粗大金屬間化合物，在DC鑄錠中，Fe、Mn、Mg含量應滿足以下關系：

W(Fe)+W(Mn)×1．07+W(Mg)×0．27<3．0％W(Fe)+W(si)<0．9％鑄錠質量對后續加工和最終產品性能有著決定性作用，因此對鋁熔體進行排雜、除氣凈化是提高其冶金質量的關鍵。國內外在鋁熔體凈化處理技術方面已做了大量的工作，開發出了一些較先進的凈化方法與裝置，如SNIF法、ALPUR法、RDU快速除氣法、RID法、旋轉葉輪法、FIL1)法、MINT法等。這些方法或裝置大多數是從除氣凈化的角度出發設計的，其除氫效率雖然比較明顯，但對于一些純凈度要求較高的高成形性鋁帶材仍很難滿足要求。

長期研究發現，夾雜物與氫氣之間存在著某種相互依存的關系，夾雜物是形成氣孔的主要因素，因此進行高效排雜處理也是提高鋁材冶金質量的關鍵。

此外，鋁熔體處理還包括變質處理和晶粒細化處理等。粗大的一次晶及大晶粒組織等對鋁帶材性能的影響也很突出。研究表明，當一次晶化合物長度超過459．m時，則會增加翻邊裂口的頻率及變薄拉伸中的撕裂；冷軋板材晶粒寬度大于25,ttm時，罐體頸縮成形性能變差，且不能有效減薄罐體壁厚。

由于易拉罐用鋁合金帶材自身的特殊性，必須采用熱軋供坯的生產工藝。在熱軋過程中必須合理地控制帶坯的冶金組織、力學性能、表面質量、幾何尺寸、板形等，以滿足后續加工和最終產品的質量要求。

一般情況下，用作罐體料的AA3004／3104鋁合金帶材的加工工藝過程是：半連續鑄造(鑄錠厚度500—750rain)，580～610℃均勻化處理4～12h，約530—550℃進行熱粗軋、熱精軋，終軋厚度2～3．5rain。對制耳率的控制是相當關鍵的，若制耳率較大，不僅會增加修邊量，浪費材料，增加生產成本，而且在深沖和變薄拉深過程中容易在兩制耳間產生開裂。目前罐料生產企業為降低制耳率所采取的措施主要是控制熱軋的終軋溫度，使材料處于完全再結晶狀態，再嚴格控制冷軋變形量，最終使帶材的軋制織構占再結晶織構的25％左右。3104合金帶材熱軋終了溫度高于300℃時，有利于形成再結晶立方織構，增大再結晶織構量的比例，從而抑制制耳率。采用1+4式熱連軋生產線軋制罐料時，粗軋帶坯厚度為3O～48mm溫度為400～410℃，噴淋乳液冷卻到350～360℃后，再經熱精軋軋至厚2．5mm；若第4機架的軋制速度大于400m／mn，則帶坯的溫度可達325℃，成卷后自然冷卻，材料可達充分再結晶狀態，其再結晶立方織構可達85％以上；再冷軋3道次可達到0．28mm厚、H19狀態，冷軋織構與再結