Brevet FR2505365A1 — publié le 19821112

La présente invention concerne un feuillard d'alliage d'aluminium, pouvant être soumis à un mode opératoire d'emboutissage profond et d'étirage sur mandrin pour former des corps de boites de conserve, ou boit es de conserve proprement dites, ainsi qu'un procédé pour produire le feuillard d'alliage d'aluminium. La production d'une matière en feuille, tôle ou bande, de type feuillard, convenant pour fabriquer, par emboutissage et étirage sur mandrin, des boîtes de conserve, par exemple des boites destinées à contenir des boissons comme de la bière, de l'eau minérale, du vin, des jus de fruits et autres marchandises pouvant être mises dans de telles boites, implique habituellement le laminage à chaud de grands lingots coulés de manière semi-continue, opération suivie d'un laminage à froid.On utilise divers traitements thermiques pour favoriser l'obtention des propriétés voulues dans la matière en feuille ou en bande ou feuillard Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 2 790 216 décrit un procédé plus commode pour produire des matières en forme de feuillards (dans la suite du présent mémoire et dans les revendications, le terme "feuillard" comprend aussi bien des feuilles que des tôles ou du feuillard proprement dit), par coulée continue d'un métal fondu par un procédé de coulée de feuillard entre deux cylindres, c'est-à-dire que l'on otili- ge le métal fondu à couler, d'un conduit isolé et fermé d'alimentation et sans turbulence, dans et entre des cylindres de refroidissement et de formage, le métal sortant sous forme d'une pièce solidifiée après coulée.Cependant, les vitesses de solidification rapide que l'on rencontre dans ce procédé donnent une structure de métal tendant à présenter des éraflures lorsqu'on soumet les feuilles et feuillards à du travail mécanique intense, comme cela se produit lorsqu'on fabrique des boîtes de conserve, à partir des feuillards, par un mode opératoire d'emboutissage et d'étirage. Plusieurs publications décrivent des procédés pour diminuer la tendance aux éraflures. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 930 895 indique qu'en augmentant la proportion du manganèse dans l'alliage, pour passer de la teneur habituelle à 1 Ó en poids en poids à une teneur de 2 à 3 m en poids, on augmente la dimension des particules présentes dans la matière du feuillard, notamment si le feuillard coulé est soumis à égalisation à des températures élevées. On a cité des dimensions de particules correspondant à un diamètre de l'ordre de 4 à 12 microns. Cependant, la coulée d'un tel alliage présente des problèmes pratiques importants, puisque des particules ayant un diamètre supérieur à 100 microns peuvent se former dans la masse fondue avant la coulée, et ces particules provoquent une rupture au cours de la mise en oeuvre du feuillard résultant. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 111 721 décrit également un procédé pour diminuer la tendance aux éraflures, par recuit d'une matière de coulée de feuillard avant son laminage final à froid, pour augmenter la dimension des particules présentes dans les matières en feuille ou feuillards. I1 a cependant été trouvé que, pour un alliage AA 3004 normal, il est nécessaire de recuire le feuillard à une température élevée, voisine de 600 C. Cela est pratiquement impossible à l'échelle commerciale ou industrielle, impliquant le recuit de bobines, car il se produit alors une oxydation superficielle et du soudage localisé. L'alliage normal utilisé pour produire des corps de boites de conserve en deux éléments est l'alliage AA 3004. Cet alliage présente des propriétés convenables de formage ainsi que de bonnes propriétés mécaniques lors de l'emboutissage et de l'étirage. Comme indiqué dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 3 787 248, lorsque cet alliage est directement coulé par refroidissement en des feuilles qui sont homogénéisées et laminées à chaud avant un laminage à froid final, avec des recuits intermédiaires appropriés, on peut minimiser la formation d'éraflures. Cela résulte de la présence, dans les matières coulées en feuillards, de particules à rôle de nettoyage des outils et qui ont un diamètre de 2 à 15 microns. Cependant et de manière typique, dans l'état brut de coulée, les particules présentes dans les matières coulées en feuilles ou feuillards ont une dimension correspondant à un diamètre se situant habituellement entre 0,5 et 2 microns. Ces particules sont trop petites pour inhiber efficacement la formation d'éra flues. Les brevets précités NO 3 930 895 et NO 4 111 721 décrivent des procédés destinés à augmenter la dimension des particules présentes dans les matières coulées en forme de feuillards. Cependant, comme noté également ci-dessus, les procédés décrits dans ces brevets s'accompagnent de graves inconvénients lorsqu'on travaille à une échelle industrielle. Ainsi, même s'il est possible d'inhiber ou d'empêcher la formation d'éraflures à l'échelle du laboratoire, les procédés décrit dans l'art antérieur, comme indiqué ci-dessus, ne sont pas acceptables en pratique industrielle. La présente invention vise donc à proposer un alliage spécialement conçu, pouvant servir à produire un feuillard d'aluminium convenant pour fabriquer des corps de boites de conserve par un mode opératoire d'emboutissage et d'étirage, en évitant les inconvénients de l'art antérieur, indiqués cidessus. L'invention vise plus particulièrement à proposer un tel alliage, essentiellement un alliage AA 3004 modifié qui, après coulée en forme de feuillard, peut être soumis à du traitement thermique pour donner un certain type de particules intermétalliques présentant un effet de nettoyage des outils. I1 a été trouvé que le type cristallographique et la forme des particules présentes dans la matière en feuillard sont extrêmement importants, plus que la dimension des particules à laquelle on s'attachait beaucoup dans l'art antérieur cité ci-dessus. Ainsi, un effet anti-éraflure est obtenu par une conception appropriée de l'alliage et de son traitement thermique. La présente invention vise également à proposer un procédé pour produire le feuillard d'aluminium ayant ces caractéristiques avantageuses, pour obtenir une matière de feuillard ayant des caractéristiques acceptables de solidité mécanique, de dimension des grains et de tendance à la facilité d'emboutissage. Selon la présente invention, on parvient aux buts précités en proposant un feuillard d'aluminium ayant une plus grande teneur en silicium que celle existant actuellement dans l'alliage AA 3004 normal, ce feuillard ayant une teneur en particules solides se situant entre 1 et 5 % en volume. Selon la présente invention, ce feuillard d'aluminium peut être obtenu par un procédé qui comprend la coulée d'une masse fondue présentant une telle teneur relativement élevée en silicium, et la soumission du feuillard coulé à des opérations de traitement thermique et de laminage à froid. Des exemples nullement limitatifs de l'invention vont à présent être décrits plus en détail en regard des figures annexées. La figure 1 est une photomicrographie montrant, à un grossissement de 6600, la microstructure d'une matière de feuillard produite à partir de l'alliage normal AA 3004, et comportant les particules de A16(Mn,Fe) et la figure 2 est une photomicrographie montrant, à un grossissement de 6600, la microstructure d'une matière de feuillard produite à partir de l'alliage AA 3004 modifié (à plus forte teneur en Si ; contenant des particules d'aluminium alpha (Mn,Fe)Si, utilisé dans la présente invention. Plus particulièrement, selon la présente invention, le feuillard d'aluminium, qui peut être soumis à un mode opératoire d'emboutissage profond et d'étirage sur mandrin pour former une boite de conserve, contient 0,8 à 1,3 ó en poids de magnésium, 0,8 à 1,5 m en poids de manganèse, plus de 0,3 o et jusqu'à 0,6 ó en poids de silicium, 0,1 à 0,7 Ó en poids de fer, d'autres éléments présents en des proportions de O à 0,15 Ó en poids chacun, le reste étant de l'aluminium, ce feuillard ayant une teneur en particules massives ou solides de 1 à 5 % en volume. De préférence, le feuillard d'aluminium est produit par un procédé de coulée continue en feuillard entre deux cylindres. On préfère également que le feuillard d'aluminium présente une épaisseur de 0,2 à 1,25 mm. De préférence, le feuillard d'aluminium présente une teneur en silicium comprise entre 0,35 et 0,6 % en poids. Selon la présente invention, on produit le feuillard d'aluminium par un procédé qui comporte la coulée d'une masse fondue contenant les quantités indiquées ci-dessus de magnésium, de manganèse, de silicium, de fer, d'aluminium et d'autres éléments, pour former un feuillard ; le traitement thermique du feuillard à 450-580cC durant 3 à 24 heures ; le laminage à froid du feuillard qui a été soumis à traitement thermique ; et après le laminage à froid, le traitement thermique du feuillard à 3000-4500C durant 1 à 5 heures. Après l'étape de coulée et avant le traitement thermique à 450-5800C, le feuillard peut, si on le désire, être laminé à froid. En outre, si on le désire, le feuillard peut être laminé à froid après le traitement thermique entre 3000C et 4500C, et dans ce cas, le feuillard résultant du laminage à froid est soumis à nouveau à un traitement thermique durant 1 à 5 heures à 300 à 4500C. De préférence, on effectue le laminage à froid de manière à réaliser une diminution d'épaisseur d'au moins 80 ó de l'épaisseur du feuillard d'origine, brut de coulée. De préférence, cette diminution préférée d'épaisseur est réalisée en plus d'une seule étape de laminage à froid, et le pourcentage de diminution d'épaisseur obtenu dans chaque étape peut être identique ou différent. De préférence, on n'effectue pas plus de 90 Ó de diminution d'épaisseur en une seule étape quelconque de laminage à froid. La présente invention établit que la dimension des particules présentes dans le feuillard d'aluminium ne constitue pas le seul facteur important pour maîtriser et éviter des éraflures. La composition chimique et le type cristallographique des particules intermédiaires présentes dans le feuillard constituent également des facteurs importants, qui peuvent être régis par la composition de la masse fondue à couler, ainsi que par le ou les traitements thermiques auxquels le feuillard coulé est soumis. Cela peut être mis en évidence à l'aide des instruments modernes d'optique électronique, par exemple un microscope électronique à transmission. Une légère augmentation de la teneur en silicium, par rapport à celle de l'alliage normal AA 3004, comme représenté sur le tableau I, va aboutir à une différence très importante de microstructure d'un feuillard produit à partir de l'alliage par coulée continue. TABLEAU I Alliage/élément Mn Mg Si Si Fe Autres Le reste Alliage/élément Mn Alliage normal AA 3004 1,0-1,5 0,8-1,3 0,3*) 0,7f 0,15 o,îs* > Al Alliage modifié selon la 0,8-1,5 0,8-1,3 0,3-0,6 0,7 0,15 Al présente invention * teneur maximale En plus des éléments figurant au tableau I, l'alliage va bien entendu contenir les impuretés usuelles, présentes en les quantités usuelles rencontrées en pratique commerciale.En outre, il convient d'ajouter des éléments de raffinage des grains, par exemple du titane et du bore, pour obtenir dans le feuillard brut de coulée une fine dimension de grains. Dans l'alliage normal AA 3004, à teneur relativement faible en silicium, la phase intermétallique A16(Mn,Fe) est prédominante après un traitement thermique convenable du feuillard brut de coulée, c'est-à-dire après 4 à 24 heures à 4500-5500C. Cependant, si la teneur en silicium est plus élevée, et est par exemple d'environ 0,35 % en poids, le constituant intermétallique stable est alpha-Al(Mn,Fe)Si. Le tableau II donne des détails concernant ces différents types de particules intermétalliques. TABLEAU II Type de Composition Type cri stallographique; Forme particules chimique paramètres du réseau A16(Mn,Fe) Fe+Mn:25 % orthorhombique ; lamelles en poids a = 0,65 nm Al:75 % en b = 0,74 nm poids c = 0,88 nm -Al(Mn,Fe)Si Fe+Mn:25 % cubique ; à axes en poids égaux Si:lO Ó en a = 12,6 nm poids A1:65 % en poids Les figures annexées 1 et 2 montrent des photomicrographies de microstructures typiques des feuillards, après 24 heures de recuit à 5500C, dans l'épaisseur du produit brut de coulée. Les photomicrographies ont été obtenues à l'aide d'un microscope électronique à transmission, avec un grossissement de 6600 fois. La figure 1 montre les particules de Al6(Mn,Fe) dans l'alliage normal AA 3004, et la figure 2 montre la distribution bimodale des particules d'alpha-Al(Mn,Fe)' dans l'alliage modifié utilisé dans la présente invention. L'utilisation de l'alliage modifié selon la présente invention, combinée au traitement thermique utilisé dans l'invention, donne des différences de dureté, de forme, de type cristallographique et de composition chimique des particules du feuillard, en comparaison de l'utilisation de l'alliage normal. Ces différences aboutissent à une amélioration frappante des propriétés anti-éraflures du feuillard contenant l'alliage modifié, en comparaison de l'alliage normal. Un bon comportement anti-éraflures est particulièrement évident lorsque plus de 90 Ó en volume des particules solides du feuillard sont constituées par des particules solides de l'alpha-Al(Mn,Fe)Si et moins de 10 S en volume des particules solides sont des particules solides de A16(Mn,Fe).De préférence, au moins l'une de ces conditions, encore mieux, les deux conditions, s'applique(nt) au feuillard d'aluminium. On peut obtenir, dans la mise en pratique de l'exemple décrit ci-après, les deux conditions à la fois, c' est-à-dire plus de 90 sÓ de particules solides d'alpha-Al(Mn,Fe)Si et moins 10 Ó de particules solides de Al6(Mn,Fe). Comme indiqué ci-dessus, la distribution des particules obtenues selon la présente invention est bimodale. Il se forme au cours du traitement thermique à 4500-5800C une densité (par cm3) relativement élevée, de 1012 à 1014 particules dont le diamètre se situe entre 0,1 et 1 micron. Les particules formées au cours de la coulée grossissent pendant ce même traitement thermique, ce qui donne, par cm3, une densité de 10 à 1012 particules dont le diamètre est supérieur à 1 micron, et peut aller jusqu'à 5 microns. De préférence, la proportion de manganèse en solution solide après le traitement thermique à 4500-5800C est inférieure à 0,2 Ó en poids. L'exemple suivant est destiné en vue d'illustrer et nullement de limiter la présente invention. Exemple On coule, par un procédé de coulée de feuillard entre deux cylindres, comme décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique NO 2 790 216, un feuillard ayant une épaisseur comprise entre 5 et 12 mm. La masse fondue soumise à ce procédé de coulée a pour composition 1,0 Ó en poids de Mn, 1,0 Ó en poids- de Mg, 0,35 S en poids de Si, 0,4 0 en poids de Fe, le reste étant de l'aluminium ainsi que des impuretés accidentelles. De préférence, Ti et/ou 8 sont présents pour donner à la matière brute de coulée une dimension de grains inférieure à 200 microns. Le feuillard brut de coulée est soumis à recuit à 5500C durant 24 heures. En variante, ce traitement de recuit peut être effectué après- que le feuillard brut de coulée ait été soumis à un léger laminage à froid, pour obtenir par exem ple une diminution de 10 à 20 % de l'épaisseur. Après le traitement de recuit, le feuillard est soumis à du laminage à froid et à un ou plusieurs recuits intermédiaires durant 1 à 5 heures à des températures de 300 à 4500C. On choisit le nombre des recuits intermédiaires et le pourcentage de diminution de l'épaisseur par laminage à froid de manière à maîtriser la tendance à la formation de "cornes"et à obtenir les spécifications mécaniques sou haitées.De préférence, on effectue un premier recuit inter médiaire à 2,5 mm en chauffant à 3500C durant 3 heures avant de réaliser un laminage à froid jusqu'à une épaisseur finale de 0,35 mm, puis l'on recuit à nouveau durant 3 heures à 3500C, ce qui donne une matière présentant moins de 5 S de 'faux-plis ou cornes", une contrainte d'écoulement supérieure à 276 MPa et un allongement supérieur à 3 %. Des boites de conserve produites à partir de cette matière de feuillard présentent une résistance aux bosses supérieure à 0,62 MPa après une séquence normale d'opérations de vernissage ou laquage. Ces boites de conserve ne présentent pas d'éraflures. Ainsi, selon la présente invention, celle-ci propose une matière pour feuillard d'aluminium,que l'on peut mettre en forme de boite de conserve, ne présentant pas ou sensiblement pas d'éraflures et manifestant encore les propriétés mécaniques voulues. La-transformation du feuillard d'aluminium en des boites de conserve est de préférence réalisée par un mode opératoire d'emboutissage profond et d'étirage sur mandrin, en opérant par exemple comme décrit dans le brevet précité NO 3 930 895. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au feuillard d'aluminium destiné à la fabrication de boîtes de conserve et à son procédé de production. REVENDICATIONS 1. Feuillard d'aluminium, caractérisé en ce qu'il contient 0,8 à 1,3 Ó de magnésium, 0,8 à 1,5 Ó de manganèse, plus de 0,3 Ó et jusqu'à 0,6 % en poids de silicium, 0,1 à 0,7 Ó en poids de fer, d'autres éléments en des proportions de O à 0,15 Ó en poids chacun, le reste étant de l'aluminium et ledit feuillard comportant de 1 à 5 Ó en volume de particules solides. 2. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a été produit par un procédé de coulée continue de feuillard entre deux cylindres. 3. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que plus de 90 Ó en volume desdites particules solides sont des particules solides d'alpha-Al(Mn,Fe)Sî. 4. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que moins de 10 Ó en volume desdites particules solides sont des particules solides de A16 (Mn,Fe). 5. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites particules solides consistent en plus de 90 ó en volume de alpha-Al(Mn,Fe)Si et en moins de 10 Ó en volume de A16(Mn,Fe). 6. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion de manganèse en solution solide est inférieure à 0,2 Ó en poids. 7. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites particules solides présentent une distribution bimodale de leurs dimensions, dans laquelle un groupe de particules présente un diamètre de 0,1 à 1 mi 3 cron et une densité de 1012 à 1014 particules par cm et l'autre groupe de particules présente un diamètre de plus 10 à 12 de 1 micron jusqu'à 5 microns et une densité de 10 à 10 3 particules par cm 8. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que les autres éléments comprennent au moins un élément choisi parmi le titane et le bore. 9. Feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a une épaisseur de 0,2 à 1,25 mm. 10. Procédé pour produire un feuillard d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on coule une masse fondue contenant 0,8 à 1,3 Ó en poids de magnésium, 0,8 à 1,5 Ó en poids de manganèse, plus de 0,3 Ó et jusqu'à 0,6 ó en poids de silicium, 0,1 à 0,7 Ó en poids de fer, d'autres éléments présents en des proportions de O à 0,15 Ó en poids chacun, le reste étant de l'aluminium, pour former un feuillard ; on soumet ce feuillard à un traitement thermique durant 3 à 24 heures entre 4500 et 5800C ; on soumet le feuillard, résultant du traitement thermique, à du laminage à froid ; et l'on soumet le feuillard résultant du laminage à froid à du traitement thermique effectué durant 1 à 5 heures entre 3000 et 450cl. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, avant le traitement thermique entre 4500 et 5800C, on soumet le feuillard à du laminage à froid. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, après le traitement thermique entre 300 et 4500C, on soumet l-e feuillard à du laminage à froidtpuis de nouveau à du traitement thermique effectué durant 1 à 5 heures entre 300' et 450 C. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, après sa coulée, le feuillard présente une épaisseur de 5 à 12 mm. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, au cours du laminage à froid, on diminue d'au moins 80 m au total l'épaisseur du feuillard brut de coulée. 15. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, après la coulée, on effectue le traitement thermique à 5500C environ durant 24 heures environ. 16. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, après le laminage à froid, on effectue le traitement thermique à environ 3500C durant 3 heures environ. 17. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on effectue la coulée par un procédé de coulée continue de feuillard entre deux cylindres. 18. Application du feuillard d'aluminium, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, à la production d'une boite de conserve destinée, notamment, à contenir de la bière, de l'eau minérale, du vin, des jus de fruits ou d'autres matières de conserve, par emboutissage profond et étirage sur mandrin du feuillard pour former une boite de conserve.