АЛЮМИНИЕВАЯ ЛЕНТА С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ МАРГАНЦА И МАГНИЯ
ALUMINIUM STRIP WITH HIGH CONTENT OF MANGANESE AND MAGNESIUM

Изобретение относится к алюминиевому сплаву для производства подложек для офсетных печатных форм, а также к алюминиевой ленте, полученной из алюминиевого сплава, к способу производства алюминиевой ленты и ее применению для производства подложек для офсетных печатных форм.
Алюминиевые ленты для производства подложек для офсетных печатных форм должны быть очень высокого качества, и в этой связи их постоянно совершенствуют. Алюминиевая лента должна соответствовать комплексной совокупности свойств. Так, во время производства подложки для офсетных печатных форм алюминиевую ленту подвергают электрохимическому зернению, при этом процесс зернения должен обеспечить неструктурированный внешний вид без эффекта полос при максимальной скорости обработки. Предназначение зерненной структуры алюминиевой ленты состоит в том, чтобы обеспечить возможность постоянного нанесения на подложку печатной формы фоточувствительных слоев, которые впоследствии освещают. Фоточувствительные слои прожигают при температуре от 220°С до 300°С в течение периода времени от 3 до 10 мин. Типичными сочетаниями времени и температуры прожигания являются, например, 240°С в течение 10 мин или 280°С в течение 4 мин. Кроме того, подложка печатной формы должна быть удобной для пользования, т.е. чтобы подложку для печатных форм можно было зажимать в печатном устройстве. Следовательно, размягчение подложки для печатных форм после процесса прожигания должно быть не слишком выражено. Максимальная прочность на разрыв до процесса прожигания может гарантировать то, что прочность на разрыв после процесса прожигания будет достаточно высокой. Однако высокая прочность на разрыв до процесса прожигания препятствует выравниванию алюминиевой ленты, то есть ликвидации деформации рулона алюминиевой ленты перед обработкой для формирования подложки для печатных форм. Кроме того, все шире применяются печатные машины с максимальной площадью печатающих элементов, и поэтому подложки для печатных форм надо зажимать не вдоль направления вращения, а поперек направления вращения для создания очень большой ширины печати. Это означает, что все большее значение приобретает сопротивление усталости при изгибе подложки для печатных форм поперек направления вращения. Для оптимизации свойств алюминиевой ленты в плане ее способности к зернению, ее термостойкости, механических свойств до и после процесса прожигания, а также сопротивления усталости при изгибе вдоль направления вращения, за основу была взята лента для производства подложек для офсетных печатных форм, которая характеризуется хорошей способностью к зернению в сочетании с высоким сопротивлением усталости при изгибе вдоль направления вращения и достаточной термической устойчивостью, известная из европейского патента ЕР 1065071 В1, который принадлежит заявителю. Вследствие увеличения размеров печатных машин и возникшего в результате этого требования увеличения подложки для печатных форм встал вопрос о необходимости улучшения свойств алюминиевых сплавов и изготовленных из них подложек для печатных форм в плане размягчения в направлении, поперечном направлению вращения, при отсутствии отрицательного влияния на способность алюминиевой ленты к зернению.
Из международной заявки WO 2007/045676, которая тоже была подана заявителем, также известно объединение высокого содержания железа: от 0,4 масс.% до 1 масс.% с относительно высоким содержанием марганца и содержанием магния максимум до 0,3 масс.%. При использовании этого алюминиевого сплава можно улучшить термическую устойчивость и сопротивление усталости при изгибе вдоль направления вращения после процесса прожигания. Однако ранее считалось, что, в частности, содержание марганца и магния в количестве более 0,3 масс.% представляет собой проблему для способности алюминиевого сплава к зернению.
В связи с этим целью настоящего изобретения является создание алюминиевого сплава и алюминиевой ленты, которая пригодна для производства подложек для печатных форм и обладает более высоким сопротивлением усталости при изгибе поперек направления вращения и большей термической устойчивостью без снижения способности к зернению. При этом настоящее изобретение решает проблему создания способа изготовления алюминиевой ленты, которая, в частности, хорошо адаптирована к производству подложек для офсетных печатных форм, предназначенных для зажимания в поперечном направлении.
Согласно первому раскрытию настоящего изобретения описанная выше цель создание алюминиевого сплава для производства подложек для офсетных печатных форм достигается тем, что алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, в масс.%:
0,2% ≤ Fe ≤ 0,5%,
0,11% ≤ Mg ≤ 0,7%,
0,05% ≤ Si ≤ 0,25%,
0,31% ≤ Mn ≤ 0,6%,
Сu ≤ 0,04%,
Ti ≤ 0,1%,
Zn ≤ 0,1%,
Cr ≤ 0,1%,
остальное Al и неизбежные примеси, каждая из которых присутствует в количестве не более 0,05%, а в целом они составляют максимум 0,15%.
В отличие от алюминиевых сплавов, ранее использовавшихся для производства подложек для офсетных печатных форм, которые в целом содержат в очень небольших долях марганец и магний, алюминиевый сплав по изобретению объединяет высокое содержание марганца по меньшей мере 0,31 масс.% с относительно высоким содержанием магния от 0,1 до 0,7 масс.%. В результате этого было обнаружено, что алюминиевый сплав по изобретению не только обладает очень хорошим сопротивлением усталости при изгибе поперек направления вращения благодаря объединению высокого содержания марганца и магния. В связи с отличной термической устойчивостью подложки для печатных форм, изготовленные из алюминиевого сплава по изобретению, удобны для пользования, и особенно высока надежность технологического процесса в плане обеспечения механических свойств до и после процесса прожигания. Несмотря на высокое содержание марганца и магния, вопреки ожиданию, специалисты не обнаружили никаких проблем в плане способности к зернению.
Хорошее поведение при зернении также обусловлено кремнием, который содержится в алюминиевом сплаве по изобретению в количестве от 0,05 масс.% до 0,25 масс.%. При электрохимическом зернении или травлении содержание Si обеспечивает получение большого числа достаточно глубоких углублений, позволяющих гарантировать оптимальную абсорбцию светочувствительного лака.
Содержание меди должно быть ограничено максимум 0,04 масс.% для предотвращения возникновения неоднородных структур во время процесса зернения. Титан, который вводят в алюминиевый сплав для уменьшения зерен в расплаве, создает проблемы при зернении при высоком содержании, составляющем более 0,1 масс.%. Уровень цинка и хрома оказывает отрицательное действие на результат зернения, и, следовательно, они должны присутствовать в количестве не более 0,1 масс.%.
Согласно первому осуществлению алюминиевого сплава по изобретению термическую устойчивость алюминиевого сплава можно дополнительно повысить, если алюминиевый сплав будет содержать Мn в количестве, масс.%:
0,5 масс.%≤Мn≤0,6 масс.%.
Было обнаружено, что более высокое содержание марганца не только приводит к дальнейшему повышению термической устойчивости, то есть к меньшему размягчению после процесса прожигания, но одновременно стабилизирует сопротивление усталости при изгибе поперек направления вращения применительно к выбранному способу производства. Этот эффект особенно выражен при содержании марганца от 0,5 масс.% до 0,6 масс.%.
Согласно следующему осуществлению алюминиевого сплава по изобретению содержание Mg в упомянутом сплаве составляет в масс.%:
0,5%≤Mg≤0,7%,
и, таким образом, сопротивление усталости при изгибе поперек направления вращения может быть дополнительно повышено. При более высоком содержании марганца, например по меньшей мере 0,5 масс.%, или при сочетании марганца с магнием с содержанием магния по меньшей мере 0,5 масс.% не было выявлено проблем в плане способности к электрохимическому зернению алюминиевой ленты, изготовленной из соответствующего алюминиевого сплава.
Как было указано, Ti, Zn и Сr могут отрицательно повлиять на результат зернения и в принципе могут привести к возникновению эффекта полос на алюминиевой ленте. Таким образом, алюминиевый сплав по изобретению может быть дополнительно улучшен в плане надежности процесса при зернении и, следовательно, применительно к его использованию для подложек для печатных форм, если алюминиевый сплав содержит следующие компоненты сплава, в масс.%:
Ti≤0,05%,
Zn≤0,05%,
Cr≤0,01%.
Согласно второму раскрытию настоящего изобретения описанная выше цель достигается алюминиевой лентой для изготовления подложек для офсетных печатных форм, состоящей из алюминиевого сплава по изобретению, толщиной от 0,15 мм до 0,5 мм. Алюминиевая лента по изобретению характеризуется не только отличной способностью к зернению, но гарантирует оптимальное удобство применительно к использованию очень больших печатных устройств с зажимаемыми поперек подложками для печатных форм благодаря очень хорошей термической устойчивости при умеренной прочности на разрыв. Самое главное, это дополняется отличным сопротивлением усталости алюминиевой ленты по изобретению при изгибе поперек направления вращения.
Согласно следующему осуществлению алюминиевой ленты по изобретению после процесса прожигания при температуре 280°С в течение 4 мин упомянутая лента обладает прочностью на разрыв Rm более 150 МПа, условным пределом текучести Rp 0.2 более 140 МПа и сопротивлением усталости при изгибе поперек направления вращения по меньшей мере 1950 циклов по результатам испытаний усталости при изгибе. Поскольку алюминиевая лента по изобретению обладает очень хорошей термической устойчивостью, с помощью традиционных параметров способа можно подогнать показатели прочности на разрыв до процесса прожигания так, чтобы они находились в идеальном технологическом диапазоне, например, чтобы они позволяли скорректировать «остаточную деформацию рулона» и одновременно гарантировали удобство при пользовании и стабильность при применении в очень больших печатных устройствах.
Благодаря описанной выше совокупности свойств алюминиевого сплава и изготовленной из него алюминиевой ленты, согласно третьему раскрытию настоящего изобретения упомянутую выше цель также достигают применением алюминиевой ленты по изобретению для изготовления подложек для офсетных печатных форм.
И наконец, согласно четвертому раскрытию настоящего изобретения упомянутую выше цель достигают способом изготовления алюминиевой ленты для подложек для офсетных печатных форм, состоящей из алюминиевого сплава по изобретению, заключающимся в том, что отливают прокатываемый слиток, прокатываемый слиток необязательно гомогенизируют при температуре от 450°С до 610°С, прокатываемый слиток подвергают горячей прокатке до толщины от 2 до 9 мм и горячекатаную ленту подвергают холодной прокатке с промежуточным отжигом или без него до конечной толщины от 0,15 мм до 0,5 мм. Процесс промежуточного отжига, если этот промежуточный отжиг проводится, выполняют так, чтобы последующим процессом холодной прокатки до конечной толщины задавалась требуемая конечная прочность алюминиевой ленты в конечном прокатанном состоянии.
Промежуточный отжиг предпочтительно проводят при промежуточной толщине от 0,5 до 2,8 мм, при этом промежуточный отжиг выполняют в рулоне или в печи непрерывного отжига при температуре от 230°С до 470°С. В результате этого промежуточного отжига конечную прочность алюминиевой ленты в конечном прокатанном состоянии можно корректировать в зависимости от толщины ленты, при которой проводят промежуточный отжиг. Заключительный процесс отжига предпочтительно можно опустить для снижения затрат на производство до минимального уровня.
Благодаря алюминиевому сплаву по изобретению в сочетании с описанными параметрами сопротивление усталости при изгибе поперек направления вращения очень высоко, и при этом размягчение алюминиевой ленты, вызванное обязательным процессом прожигания, снижено. В результате могут быть изготовлены подложки для печатных форм способом по изобретению, которые помимо отличной способности к зернению также объединяют свойства прекрасной термической устойчивости и высокого сопротивления усталости при изгибе поперек направления вращения.
Благодаря этому появляется множество возможностей изготовления и совершенствования алюминиевого сплава по изобретению, алюминиевой ленты по изобретению, ее применения и способа изготовления алюминиевой ленты. Для этого были сделаны ссылки на пункты, зависимые от пунктов 1, 6 и 9, и на описание способов осуществления в сочетании с фигурой.
Единственная фиг. показывает схематический вид в разрезе устройства, используемого для определения усталости при изгибе.
В таблице 1 ниже показана композиция эталонного алюминиевого сплава Ref и алюминиевых сплавов по изобретению 15, 16 и 17, которые также были исследованы. Показатели композиции в таблице 1 приведены в масс.%.
Сплавы 15, 16 и 17 по изобретению имели гораздо более высокое содержание марганца - 0,5 масс.% по сравнению с эталонным алюминиевым сплавом. Содержание Mg варьировало от 0,2 масс.% до 0,6 масс.%. Прокатываемые слитки отливали из алюминиевых сплавов указанных композиций. Затем прокатываемый слиток гомогенизировали при температуре от 450°С до 610°С и подвергали горячей прокатке до толщины горячей ленты 4 мм. Холодную прокатку до конечной толщины 0,3 мм проводили как с промежуточным отжигом, так и без него, при этом промежуточный отжиг проводили при толщине ленты 0,9 - 1,2 мм, предпочтительно 1,1 мм. При промежуточном отжиге использовали два температурных диапазона, более конкретно от 300°С до 350°С и от 400°С до 450°С.
Алюминиевую ленту, изготовленную в соответствии с описанным выше способом, подвергали электрохимическому зернению для изучения пригодности для производства подложек для печатных форм. Неожиданно и вопреки ожиданиям специалистов не было отмечено возникновения эффекта полос после процесса зернения, даже при относительно высоком содержании магния и марганца в алюминиевых сплавах по изобретению. Следовательно, все алюминиевые сплавы по изобретению характеризуются очень хорошим или хорошим поведением при зернении. Результаты испытаний способности к зернению показаны в таблице 2.
Таблица 2
Сплав
Поведение при зернении
Ref
++
15
++
16
+
17
+
В таблице 3 показаны результаты испытаний на усталость при изгибе, а также связанные с ней показатели толщины при промежуточном отжиге и диапазоны температур промежуточного отжига.
Как ясно видно из таблицы 3, число возможных циклов изгиба как в конечном прокатанном состоянии, так и в состоянии после прожигания может быть значительно увеличено по сравнению с эталонным сплавом. При 2300 циклах минимальное число циклов изгиба поперек направления вращения в состоянии после прожигания в 1,8 раз выше, чем у эталонного сплава. Таким образом, алюминиевый сплав по изобретению особенно хорошо адаптирован для производства подложек для очень больших печатных форм, которые зажимают в печатных устройствах поперек направления вращения.
Повышенная термическая устойчивость также обеспечивается за счет высокого содержания марганца, что более конкретно проявляется в более высоких показателях прочности на разрыв и условного предела текучести. Механические свойства образцов сплавов приведены в таблице 4. Их замеряли в соответствии со стандартом EN.
Таблица 4
Прожигание при 280°С/4 мин, при замере вдоль направлениявращения
Номер испытания
Rp 0.2 (МПа)
Rm (МПа)
R
136
145
5.1
180
193
5.2
153
170
5.3
148
164
6.1
181
192
6.2
154
170
6.3
151
169
7.1
178
193
7.2
162
182
7.3
161
179
Влияние промежуточного отжига на показатели Rm и Rp 0.2 очевидно. Самые высокие показатели прочности на разрыв Rm и условного предела текучести Rp 0.2 были выявлены в испытаниях 5.1, 6.1 и 7.1. Это следует связать с изготовлением лент без промежуточного отжига. Промежуточный отжиг при 0,9 мм - 1,2 мм, предпочтительно при 1,1 мм давал умеренные показатели прочности на разрыв и условного предела текучести после процесса прожигания, тогда как эти показатели снова снижались при повышении температуры промежуточного отжига, что демонстрируют практические примеры 5.3, 6.3 и 7.3.
Все замеренные значения прочности на разрыв Rm и условного предела текучести RP 0.2 алюминиевой ленты по изобретению значительно выше ранее полученных показателей для эталонного сплава в ходе испытания R несмотря на то, что для промежуточного отжига была выбрана меньшая толщина алюминиевой ленты по изобретению при той же температуре промежуточного отжига.
На фиг.1а показан схематический вид устройства для измерения усталости при изгибе 1, которое использовалось для определения числа возможных циклов испытаний на усталость при изгибе. Устройство 1 для определения усталости при изгибе состоит из подвижного сегмента 3, который расположен на фиксированном сегменте 4 так, что сегмент 3 двигается назад и вперед во время испытания усталости при изгибе качением по фиксированному сегменту 4, и, таким образом, фиксированный образец 2 подвергается изгибу под прямыми углами относительно растяжения образца, фиг.1b. Для исследования усталости при изгибе поперек направления вращения необходимо вырезать образец из алюминиевой ленты по изобретению только поперек направления вращения и зажать в устройстве для определения усталости при изгибе 1. Радиус сегментов 3, 4 составляет 30 мм. Замеряют число циклов изгиба, при этом цикл изгиба заканчивается при достижении сегментом 3 исходной позиции.
Замеры усталости при изгибе сплавов по изобретению явно показали, что в целом число циклов изгиба можно увеличить при повышении содержания марганца и магния, при этом высокий показатель числа циклов изгиба до растрескивания образца также достигался без промежуточного отжига. Более конкретно, число циклов изгиба при проведении промежуточного отжига в конечном прокатанном состоянии в значительной степени было приближено к числу циклов изгиба образца с высоким содержанием марганца и магния в состоянии после прожигания. В этом отношении можно наблюдать положительное влияние содержания марганца и магния на механические свойства алюминиевой ленты по изобретению.