Verfahren zur Herstellung von Weißblech

StahlherstellungDer Prozess der Weißblechherstellung beginnt im Hochofen und in der Zinnhütte, obwohl in der Praxis davon ausgegangen wird, dass er mit der Herstellung des Basisstahls beginnt.

Herstellung von BasisstahlBasisstahl ist der Körper und die Essenz von Weißblech und bestimmt seine endgültigen Eigenschaften. Die Herstellung von Basisstahl ist ein Prozess, der mit der Gewinnung von Rohstahl in flüssiger Form aus zwei grundlegenden Verfahren beginnt: der Verwendung von Eisenerz oder recyceltem Schrott.
A. Eisenerzschmelzverfahren: Bei dieser Methode wird das Eisenerz einem Schmelzprozess unterzogen, um flüssigen Stahl zu erhalten. Die Qualität des Stahls hängt von der Zusammensetzung und der Sauberkeit ab, die während dieses Prozesses erreicht wird.
B. Schrottverarbeitung: Schrott wird auch als Rohstoff für die Stahlproduktion verwendet. Tatsächlich enthalten alle Weißblechverpackungen einen Anteil an recyceltem Material, was das Engagement der Branche für Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft unterstreicht.
Zusammensetzung des Grundstahls: Die Zusammensetzung des Grundstahls ist ein entscheidender Faktor, der zum Zeitpunkt der Herstellung festgelegt wird und die zukünftige Verwendung als Walzprodukt bestimmt. Der für die Herstellung von Weißblech verwendete Grundstahl ist ein kohlenstoffarmer Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,03% und 0,13%. Dieser Stahl wird in der Regel in 5 bis 20 Meter langen Blechen mit einer Breite von etwas mehr als einem Meter und einer Dicke von 20 cm geliefert.

Warmwalzen von WeißblechStufen des WarmwalzprozessesErwärmung: Das Warmwalzen beginnt mit der Erwärmung von Stahlbrammen in Öfen. Diese Erhitzung ist unerlässlich, um die notwendige Formbarkeit des Stahls zu erreichen, so dass er später verformt werden kann. Die Erhitzungstemperatur liegt zwischen 1150 °C und 1250 °C. Eine strenge Kontrolle der Ofentemperatur und der Atmosphäre ist entscheidend, um die Oberflächenqualität des Endprodukts zu gewährleisten.

Schruppen: In dieser Phase wird die Dicke des Stahls vorläufig reduziert. Es wird ein Schruppzug verwendet, der die anfängliche Blechdicke um 25% bis 50% pro Box reduzieren kann. Das Walzen in diesem Stadium erfolgt in der austenitischen Phase, wobei sowohl das Schruppen als auch das Schlichten bei hoher Temperatur durchgeführt werden. Diese Phase ist jedoch mit Herausforderungen in Bezug auf Produktivität und Materialqualität verbunden.

Veredelung: Das Material wird dann zum Veredelungswalzwerk weitergeleitet, das aus mehreren Kästen besteht, die die Dicke des Stahls weiter reduzieren. Die aufeinanderfolgenden Kürzungen können zwischen 25% und 30% variieren, mit Ausnahme des letzten Feldes, das eine Kürzung von etwa 10% vorsieht. Die Endbearbeitungstemperatur beträgt etwa 800 °C bis 900 °C und wird durch Wasserabschrecken gesteuert.

Abkühlen und Aufwickeln: Nach der Endbearbeitung wird das Material auf Temperaturen von 500 °C bis 700 °C abgekühlt und dann aufgewickelt. Das Ziel dieser Phase ist es, Coils mit bestimmten Abmessungen zu erhalten, die für den nächsten Herstellungsprozess bereit sind.

Beizen in Weißblech.
Was ist Beizen?
Beizen ist eine chemische Behandlung von Stahlblechen, um Verunreinigungen, Oxide und Zunder zu entfernen, die sich bei früheren Prozessen wie dem Warmwalzen auf der Oberfläche des Metalls gebildet haben. Das Vorhandensein dieser Verunreinigungen kann sich negativ auf die Qualität der nachfolgenden Beschichtung und die Formbarkeit des Materials auswirken.

Beizprozess in der Weißblechproduktion Vorbereitung:Vor dem Beizen werden die Stahlcoils abgewickelt und geschnitten.
Eintauchen in Säurebäder: Die Bleche werden in Säurebäder getaucht, in der Regel in Salzsäure oder Schwefelsäure, die die Oxidschicht auflöst und entfernt.
Waschen: Nach der Säurebehandlung werden die Bleche mit Wasser gewaschen, um Säurerückstände zu entfernen und zukünftige Korrosion zu verhindern.
Trocknen: Die Bleche werden getrocknet, um Restfeuchtigkeit zu entfernen, die sich auf nachfolgende Schritte wie das Kaltwalzen auswirken könnte.

Qualitätskontrolle beim BeizenDie Qualitätskontrolle ist für den Beizprozess entscheidend. Mehrere Parameter müssen überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Stahloberfläche sauber und bereit für das Kaltwalzen und die Verzinnung ist:
Säurekonzentration: Die Säurekonzentration in den Bädern wird kontrolliert, um eine effiziente Oxidentfernung zu gewährleisten, ohne das unedle Metall zu beschädigen.
Eintauchzeit: Die Eintauchzeit wird so angepasst, dass die gesamte Oberfläche angemessen behandelt wird.
Badtemperatur: Es wird eine optimale Temperatur beibehalten, um die Effizienz des Beizprozesses zu maximieren.

Kaltwalzen:Ziel des Prozesses
Das Hauptziel des Kaltwalzens ist es, eine gleichmäßige und präzise Dicke des Weißblechs zu erhalten, die für die Herstellung von Metallverpackungen geeignet ist. Dieses Verfahren reduziert nicht nur die Dicke, sondern verbessert auch die mechanischen Eigenschaften und die Oberfläche des Materials.

ProzessbeschreibungBeim Kaltwalzen wird das Stahlband bei Raumtemperatur durch eine Reihe von Walzen geführt. Der von den Walzen ausgeübte Druck reduziert die Dicke des Bandes, ohne dass sich das Band erhitzt. Dieses Verfahren erhöht die Festigkeit und Härte des Stahls und verbessert gleichzeitig die Oberflächenqualität, die für das anschließende Auftragen von Lacken und für eine gute Druckqualität auf Verpackungen unerlässlich ist.

Vorteile des Kaltwalzens Verbesserte mechanische Eigenschaften: Erhöht die Zugfestigkeit und Härte des Materials, was für die Handhabung und das Formen von Behältern von Vorteil ist.
Gleichmäßige Oberfläche: Bietet eine glatte, gleichmäßige Oberfläche, die ideal für das Auftragen von Beschichtungen und hochwertigen Drucken ist.
Dickengenauigkeit: Ermöglicht eine präzise Kontrolle der Materialdicke, was für die Standardisierung von Metallverpackungen entscheidend ist.

Glühen und Wärmebehandlung von MetallenDas Hauptziel des Glühensist die Wiederherstellung der Duktilität von Stahl nach dem Kaltwalzen durch die Rekristallisation des Materials. Es gibt zwei vorherrschende Methoden des Glühens: Batch Annealing (BA) und Continuous Annealing (CA).

Glockenglühen (BA)Das Glockenglühen ist ein Chargenverfahren, bei dem mehrere unter einer Glocke gestapelte Coils in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 680°C über einen längeren Zeitraum, der mindestens 85 Stunden betragen kann, erhitzt werden. Dieser Prozess gliedert sich in Phasen des Erhitzens, der Temperaturerhaltung und der Abkühlung unter einer Haube, gefolgt von einer beschleunigten Abkühlung an der frischen Luft.
In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften führt das Glockenglühen tendenziell zu einem Stahl mit einer niedrigeren Streckgrenze und einer höheren Dehnung, was sich in einer besseren Duktilität niederschlägt. Diese Stahlsorte wird für Anwendungen bevorzugt, die eine höhere Verformungsfähigkeit ohne Bruch erfordern, wie z.B. beim Tiefziehen.

Kontinuierliches Glühen (CA)Beim kontinuierlichen Glühen hingegen wird das Stahlband im Kreislauf durch einen Ofen auf eine Temperatur von 630°C erhitzt, wobei jede Stelle des Materials mindestens 1,5 Minuten lang verbleibt. Dieser Prozess ist integriert und kontinuierlich und bietet mehrere Vorteile, wie z.B. die Verringerung von In-Prozess-Materialien und Vorlaufzeiten.

Kontinuierlich geglühter Stahl hat im Vergleich zu BA in der Regel eine höhere Streckgrenze und eine geringere Dehnung sowie eine geringere Neigung zum Ausfransen. Das liegt daran, dass der schnelle Glühzyklus die Bildung feiner gleichachsiger Körner fördert, was zu einem isotroperen Metall mit besseren mechanischen Eigenschaften führt. Darüber hinaus verbessert AC die Korrosionsbeständigkeit, da Elemente wie Kohlenstoff und Mangan nicht an die Oberfläche des Materials wandern können.

Anlassen von Weißblech bei der Herstellung von MetallverpackungenDurch diese Wärmebehandlung werden die mechanischen Eigenschaften des Weißblechs angepasst, um eine angemessene Härte und Verformbarkeit zu erreichen.

Das AnlassenDas Anlassen erfolgt nach dem Glühen, wenn das Stahlband seine Härte verloren hat und auf die für die Formung von Behältern erforderlichen Werte eingestellt werden muss. Dieses Verfahren besteht aus einem oder zwei Walzenkästen, in denen das Band eine weiche, trockene Laminierung erhält, die seine Dicke leicht reduziert (weniger als 2%) und gleichzeitig die Oberfläche verbessert und seine Ebenheit verstärkt.

TemperierzügeLeistungsstärkere Temperierzüge mit dem Einsatz von (nassen) Schmiermitteln ermöglichen eine präzisere Steuerung des Prozesses. Das Stahlband wird auf dem Weg durch die Walzen einer kontrollierten Spannung ausgesetzt, wodurch seine Härte und Oberflächenstruktur angepasst wird. Dieser Schritt ist wichtig, um die Druckqualität und die spätere Haftung des Lacks zu gewährleisten.

Ziele des Anlassens Härteanpassung: Das Hauptziel des Anlassens besteht darin, die Härte des Weißblechs auf die Werte einzustellen, die für die Handhabung und das Formen zu Metallbehältern erforderlich sind.
Oberflächenverbesserung: Das Anlassen verfeinert die Oberfläche des Weißblechs, was für die Druckqualität und die Haftung von Schutzbeschichtungen entscheidend ist.
Ebenheitskontrolle: Ein ebenes Band ist für die Effizienz von Verpackungsproduktionslinien und zur Vermeidung von Fehlern bei der Formung der Behälter unerlässlich.

Technische Erwägungen Spannungskontrolle:Es ist wichtig, während der Temperierung eine gleichmäßige Spannung auf der Bahn aufrechtzuerhalten, um die Bildung von Falten oder Restspannungen zu vermeiden.
Schmierung: Die Verwendung von Schmiermitteln beim Nass-Temperieren hilft, die Oberfläche des Weißblechs zu schützen und die Qualität des Finishs zu verbessern.
Temperatur und Geschwindigkeit: Temperatur und Bandgeschwindigkeit müssen kontrolliert werden, um die Gleichmäßigkeit des Prozesses zu gewährleisten.

Elektrolytische Verzinnung Was ist elektrolytisches Zinn?Die elektrolytische Verzinnung ist eine Beschichtungstechnik, bei der ein zinnhaltiger Elektrolyt verwendet wird, um eine Zinnschicht auf der Oberfläche von Weißblech abzuscheiden.

Elektrolytische VerzinnungDer Prozess der elektrolytischen Verzinnung beginnt mit der Vorbereitung des Stahlbandes, das sauber und frei von Oxiden sein muss. Nach der Vorbereitung wird der Streifen in ein elektrolytisches Bad mit Zinn-Ionen getaucht. Wenn ein elektrischer Strom angelegt wird, lagern sich Zinn-Ionen auf der Stahloberfläche ab und bilden eine gleichmäßige Schicht.

Vorteile von elektrolytischem Weißblech Korrosionsschutz: Elektrolytisches Weißblech bietet eine wirksame Barriere gegen Korrosion, die für die Konservierung von Lebensmitteln und anderen verpackten Produkten unerlässlich ist.Attraktives Erscheinungsbild: Elektrolytisches Weißblech hat eine glänzende und ästhetisch ansprechende Oberfläche, die für die Produktpräsentation wichtig ist.
Verbesserte Lötbarkeit: Die Zinnschicht verbessert die Lötbarkeit des Stahls und erleichtert so die Herstellung von hochwertigen Behältern.
Kontrolle der Schichtdicke: Das Verfahren ermöglicht eine präzise Kontrolle der Zinnschichtdicke, was zu einer effizienteren Nutzung des Materials führt und die Möglichkeit bietet, das Produkt an verschiedene Anwendungen anzupassen.

Passivierung von WeißblechWas ist Passivierung?
Die Passivierung ist eine Behandlung, die auf die Oberfläche von Weißblech angewendet wird, um eine Oxidschicht zu bilden, die den Stahl vor korrosiven Prozessen schützt. Die Methoden zur Herstellung dieser Schutzschicht können chemisch oder elektrochemisch sein und sollen dem Material besondere Eigenschaften verleihen.

Arten von PassivierungslösungenPassivierung 300: Sie wird durch ein chemisches Verfahren durch Eintauchen in Natriumdichromatlösung gewonnen, wodurch eine Chromoxidschicht entsteht. Es bietet eine gute Lackhaftung und einen schwachen Schutz gegen Sulfurierung, obwohl es instabil ist und seine Wirksamkeit mit der Zeit abnimmt.
Passivierung 311: Dies ist die am häufigsten verwendete und wird durch ein elektrochemisches Verfahren erreicht. Eine Schicht aus Chrom und Chromoxid wird elektrolytisch in einem Natriumdichromatbad abgeschieden. Diese Passivierung ist vom Standpunkt der Leistung aus gesehen wünschenswert.

Funktionen und Vorteile der PassivierungDie Passivierung bietet Schutz gegen äußere Einflüsse, die Weißblech während der Herstellung oder bei nachfolgenden Arbeitsgängen beschädigen können. Darüber hinaus verbessert es die Oberfläche chemisch für Lithographie- und Lackierprozesse und verleiht ihr eine gewisse Schutzhärte.

Schutz gegen SulfurierungDie Passivierung, insbesondere Typ 311, verhindert aufgrund seiner Zusammensetzung die Verfärbung durch Zinnsulfid. Für einen optimalen Schutz gegen dieses Risiko spielt der Lack jedoch eine entscheidende Rolle, da er eine physikalische und chemische Barriere bildet, die das Produkt schützt.

ÖlenDas Ölen ist ein wichtiger Prozess, der auf der Oberfläche der Dosen durchgeführt wird, um ein gutes Gleiten während der Herstellung und des Transports zu gewährleisten.

DOS-Öl: Dioctyl SebacateDas in diesem Verfahren verwendete Öl ist als DOS bekannt, ein Akronym für Dioctyl Sebacate. Dieses Öl wird aufgrund seiner nicht-reaktiven Eigenschaften und seiner Kompatibilität mit Lebensmittelverpackungsprozessen ausgewählt und entspricht den Vorschriften der FDA und USDA. Darüber hinaus bietet DOS einen Schutzfilm, der den direkten Kontakt des Metalls mit anderen Gegenständen verhindert und so das Risiko von Abschürfungen und Kratzern verringert.

Anwendung von DOS-ÖlDOS-Öl wird mit Walzen oder Sprühsystemen aufgetragen, wobei eine dünne, gleichmäßige Ölschicht über die gesamte Oberfläche der Dose verteilt wird.