用于包裝應(yīng)用的涂覆聚合物的基材和制造所述涂覆基材的方法
【專利說明】用于包裝應(yīng)用的涂覆聚合物的基材和制造所述涂覆基材的 方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于包裝應(yīng)用的涂覆聚合物的基材和用于制造所述涂覆基材的方法。
[0002] 鍍錫軋機(jī)（tin mill)產(chǎn)品包括鍍錫薄鋼板，通常作為電解鍍錫薄鋼板，電解鍍鉻 鋼（ECCS，也稱為無錫鋼或TFS)、和黑鋼板、未涂覆鋼。包裝鋼日益以鍍錫薄鋼板或以ECCS 形式使用，在其上可施加有機(jī)涂層。在鍍錫薄鋼板的情況下該有機(jī)涂層通常為漆，而在ECCS 的情況下（例如在Protact?的情況下）越來越多地使用聚合物涂層例如pet或PP。
[0003] 通常以厚度為0. 13 - 0. 49mm的一次或二次冷軋鍍錫軋機(jī)產(chǎn)品提供包裝鋼。將一 次冷軋（SR)鍍錫軋機(jī)產(chǎn)品直接冷軋至最終規(guī)格然后進(jìn)行再結(jié)晶退火并在再結(jié)晶退火之后 立即平整軋制。這種平整軋制意圖修正任何形狀缺陷，從而引入特定的表面織構(gòu)或粗糙度， 并防止在通過例如深拉而由基材形成產(chǎn)品時的不連續(xù)屈服。平整軋制從拉伸曲線消除了屈 服點(diǎn)伸長。通過連續(xù)退火或分批退火冷軋材料而帶來再結(jié)晶。對二次冷軋（DR)鍍錫軋機(jī) 產(chǎn)品給予第一次冷軋以達(dá)到中間規(guī)格、再結(jié)晶退火然后給予另一次冷軋至最終規(guī)格。所得 的DR產(chǎn)品比SR更有剛性、更堅硬并且更強(qiáng)，這允許消費(fèi)者在它們的應(yīng)用中利用更輕規(guī)格的 鋼。將這些未涂覆的、冷軋的、再結(jié)晶退火和任選平整軋制的SR和DR包裝鋼稱為黑鋼板。 可以在通常包含多個（通常4或5個）軋制臺的冷軋串聯(lián)軋機(jī)中以冷軋壓縮的形式給出第 一次和第二次冷軋。
[0004] 在退火SR基材或DR基材的第二次冷軋之后，在用聚合物涂層涂覆之前，用相關(guān)的 金屬性涂層涂覆基材，以制造鍍錫薄鋼板或ECCS。
[0005] 在用金屬性涂層涂覆SR或DR基材之后，基材具有特定的機(jī)械性能。這些機(jī)械性 能可隨著時間的流逝而發(fā)生變化，并且如果溫度高于環(huán)境溫度，其可能更快地變化。舉例來 說，當(dāng)用熱塑性聚合物涂層涂覆基材時遇到這些更高的溫度，例如，該方法涉及預(yù)熱基材至 220°C，對其進(jìn)行涂覆并后加熱其至高于250°C。在這些升高溫度下發(fā)生的加速時效致使屈 服點(diǎn)伸長回歸。在將這些時效的基材成形為包裝應(yīng)用時，可形成呂德斯線。呂德斯線為細(xì) 長的表面標(biāo)記或凹陷，通?？捎扇庋劭吹?，其沿著試樣的長度與負(fù)載軸線呈約45°C角形成。 由局部塑性變形所導(dǎo)致，它們起因于不連續(xù)（不均一）屈服。這些呂德斯線在審美上是不 吸引人的，并且不得不在最終產(chǎn)品中避免。
[0006] 本發(fā)明的一個目的是提供涂覆聚合物的SR或DR基材，該基材提供有基本上沒有 屈服點(diǎn)伸長的FeSn合金層。
[0007] 本發(fā)明的另一個目的是提供涂覆聚合物的SR或DR基材，該基材提供有基本上沒 有屈服點(diǎn)伸長的Cr-CrOx涂覆層。
[0008] 本發(fā)明的另一個目的是提供涂覆聚合物的SR或DR基材，該基材提供有基本上沒 有屈服點(diǎn)伸長的FeSn合金層和Cr-CrOx涂覆層。
[0009] 這些目的中的一個或多個通過制造用于包裝應(yīng)用的涂覆聚合物的鋼基材的方法 來實(shí)現(xiàn)，包含步驟：
[0010] ?提供：
[0011] ?一次冷軋鋼基材，或
[0012] ?二次冷軋鋼基材，其在第一次和第二次冷軋步驟之間經(jīng)受再結(jié)晶退火；
[0013] ?在一次冷軋或二次冷軋鋼基材的一側(cè)或兩側(cè)上電沉積錫層從而制造涂覆錫的鋼 基材；
[0014] ?在至少513°C的溫度Ta下退火涂覆錫的鋼基材持續(xù)退火時間t a，從而將錫層轉(zhuǎn)化 為鐵-錫合金層，其包含至少80重量百分比（wt % )的FeSn (50at. %鐵和50at. %錫）；
[0015] ?快速冷卻涂覆鐵-錫合金的基材；
[0016] ?對涂覆鐵-錫合金的基材在一側(cè)或兩側(cè)提供聚合物涂覆層，其中在聚合物涂覆 過程中加熱該基材；
[0017] ?在聚合物涂覆過程之后的任意時刻，使基材經(jīng)受拉伸操作，其中拉伸操作通過如 下實(shí)現(xiàn)：
[0018] a.使材料通過平整機(jī)，并施加0-3%的厚度壓下量，優(yōu)選至少0. 2% ;或
[0019] b.使材料通過拉伸矯直機(jī)。
[0020] 在從屬權(quán)利要求中提供優(yōu)選的實(shí)施方案。
[0021] 將熱軋鋼進(jìn)行冷軋以制造：i) 一次冷軋（SR)鋼基材，或ii)二次冷軋（DR)鋼基 材，其在第一次和第二次冷軋步驟之間經(jīng)受再結(jié)晶退火。SR鋼基材可經(jīng)受過再結(jié)晶退火。
[0022] 在冷軋的、全硬的SR或DR基材上，或在再結(jié)晶退火的SR基材上，隨后沉積錫層。
[0023] 如果SR-基材在冷軋步驟之后尚未經(jīng)受再結(jié)晶退火，和DR-基材在第二次冷軋步 驟之后尚未經(jīng)受再結(jié)晶退火步驟，那么將所述基材稱為全硬基材。所以，基材的顯微組織仍 是嚴(yán)重變形的。
[0024] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)有必要在至少513°C的溫度（Ta)下擴(kuò)散退火涂覆錫的鋼基材從而獲 得所期望的鐵-錫涂覆層。對在擴(kuò)散退火溫度T a下的擴(kuò)散退火時間（ta)進(jìn)行選擇以獲得 錫層至鐵-錫層的轉(zhuǎn)化。其目的是使錫層完全轉(zhuǎn)化為鐵-錫合金，并且在擴(kuò)散退火完成之 后不再存在金屬性錫層。鐵-錫層中主要且優(yōu)選單獨(dú)的鐵-錫合金組分為FeSn(即50原 子百分比（at. % )鐵和50at. %錫）。應(yīng)當(dāng)注意，擴(kuò)散退火時間和溫度的組合在某種程度 上是可互換的。高Ta和短t a與更低的T a和更長13的相比將導(dǎo)致相同的鐵-錫合金層的形 成。需要513°C的最小T a，因?yàn)樵诟偷臏囟认?，不會形成所需的?0:50)FeSn層。而且，擴(kuò) 散退火不必在恒定的溫度下進(jìn)行，并且溫度曲線還可以使得達(dá)到峰值溫度。重要的是，維持 513°C的最小溫度足夠長的時間以實(shí)現(xiàn)在鐵-錫擴(kuò)散層中所需量的FeSn。所以，擴(kuò)散退火可 以在恒定的溫度T a下進(jìn)行特定的時間段，或擴(kuò)散退火例如可以包括峰值金屬溫度T a。在后 者的情形中，擴(kuò)散退火溫度并不是恒定的。發(fā)現(xiàn)優(yōu)選的是使用513至645°C之間的擴(kuò)散退火 溫度T a，優(yōu)選為513至625°C。在使用原始全硬鋼基材的情況下，用于完成擴(kuò)散退火的熱處 理還可導(dǎo)致變形的顯微組織的回復(fù)（即回復(fù)退火）。在更低的1下，這種回復(fù)過程將更緩 慢地進(jìn)行。最大退火溫度因用于形成FeSn的工藝窗口和因變形基材的再結(jié)晶溫度而受限。 這種再結(jié)晶退火和擴(kuò)散退火的分離允許SR-CA或DR-CA材料的制造。
[0025] FeSn合金層向下面的鋼基材提供腐蝕防護(hù)。這部分是通過屏蔽基材來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?FeSn合金層非常致密并且具有非常低的孔隙率。此外，F(xiàn)eSn合金自身本性上是非常耐腐蝕 的。潛在的缺點(diǎn)是FeSn合金相對于氫形成也是電催化活性的，這意味著涂覆FeSn的基材 變得對點(diǎn)蝕敏感。該電催化活性可通過在裸露的FeSn表面上施加額外的（金屬）涂層來 進(jìn)行抑制，這防止FeSn合金表面與腐蝕性介質(zhì)接觸。
[0026] US3174917公開了制備鍍錫薄鋼板的方法，其具有由鋼基底、FeSn層、FeSn2層和 非合金錫覆蓋層構(gòu)成的四層結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的鍍錫薄鋼板表現(xiàn)為由鋼基底、FeSnJl和非合金錫 覆蓋層構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)。根據(jù)US3174917的鍍錫薄鋼板或傳統(tǒng)的鍍錫薄鋼板并不包含有機(jī) 涂層。
[0027] 如上所提及的，用于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散退火的熱處理由于時效作用而能夠負(fù)面地影響鋼基 材的主體機(jī)械性能。發(fā)現(xiàn)在所述熱處理之后通過小程度地（即0-3 %，優(yōu)選至少0. 2 %，更優(yōu) 選至少0. 5% )拉伸材料來可以改善涂覆聚合物的和涂覆FeSn的鋼基材的主體機(jī)械性能， 通過例如平整軋制或使所述材料經(jīng)過拉伸矯直機(jī)。這樣的處理不僅用于改善主體機(jī)械性能 (例如，消除/減少屈服點(diǎn)伸長，改善Rm/Rp比值等），而且還可用于改善帶材形狀（例如降 低彎曲水平）。此外，這樣的材料調(diào)整過程還可以潛在地用于改善表面組織。所述基材在拉 伸過程中并未經(jīng)受大的壓下。作為平整軋制或拉伸矯直結(jié)果的壓下量，以及在包裝應(yīng)用的 制造過程中材料所經(jīng)受的壓下量通常不會引起裂紋，并且如果它們形成的話，則它們的存 在也不會不利地影響涂覆基材的性能。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的聚合物涂層的應(yīng)用涉及基材的加 熱，所以基材由于間隙碳或氮至基材內(nèi)位錯的擴(kuò)散而經(jīng)受時效。在聚合物涂覆之后的拉伸 操作改善了涂覆聚合物和涂覆FeSn的鋼基材的本體機(jī)械性能。在根據(jù)本發(fā)明的聚合物涂 覆之前，在其中基材經(jīng)受拉伸操作的過程中，并未實(shí)現(xiàn)涂覆聚合物和涂覆FeSn的鋼基材的 本體機(jī)械