Brevet FR2580297A1 — publié le 19861017

L'invention concerne un procédé de fabrica tion d'une feuille d'acier pour bottes à extrémité s'ouvrant aisément, présentant des possibilités d'ouverture améliorées, Dans la relation entre la dureté (Hr 30T), la propreté inclusionnaire (d60x400%... selon la nonne JIS G0555) et la teneur en carbone (ppm) après le recuit qui suit le laminage à chaud et le premier laminage à froid, dans le procédé de fabrication d'une feuille d'acier pour bottes, les conditions établies pour la réduction par le second laminage à froid après le recuit doivent être déterminées pour que l'on obtienne une feuille d'acier convenant à des bottes à extrémité s'ouvrant aisément, présentant une bonne aptitude à l'ouverture. Au cours des dernières années, on a utilisé pour les aliments diverses formes de bottes s'ouvrant aisément. Dans ces bottes, le- panneau d'extrémité présente une forme appropriée, est entaillé et est relié à une languette afin que l'extrémité de la botte puisse être ouverte sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un ouvre-botte, mais en tirant cette languette. On utilise généralement pour ce type de botte s'ouvrant aisément une feuille d'aluminium, principalement en raison de sa bonne aptitude à l'ouverture. Une feuille d'acier (fer blanc ou acier non étamé) est utilisée lorsque le contenu de la botte pose un problème. Cependant, étant donné que l'aluminium est relativement coûteux par rapport à l'acier, la mise au point d'une botte peu coûteuse, réalisée en acier, s'ouvrant aisément, a fait l'objet d'une forte demande. Pour ouvrir plus facilement la botte, c'est-à-dire pour améliorer l'aptitude d'ouverture, les deux facteurs principaux suivants peuvent être considérés : l'un réside dans l'amincissement de l'épaisseur de métal résiduel après entaillage et l'autre dans la réduction de la force d'ouverture sans amincissement de l'épaisseur de métal résiduel.En ce qui concerne le premier facteur, une technique d'amincissement du métal résiduel dépend de considérations telles que les fissures au niveau de l'entaille, les détériorations sous l'effet des chocs lorsque la botte tombe ou à la suite d'autres accidents, ou encore la précision à laquelle l'entaillage est réalisé à la presse. Ces considérations restrictives empêchent de réduire suffisamment 1'apaisseur du métal résiduel. En ce qui concerne le second facteur, une amélioration portant sur la force d'ouverture sans modification de l'épaisseur du métal résiduel n'a pas en fait été réalisée avec succès à ce jour malgré diverses contraintes imposées aux propriétés de la matière.Dans ces conditions, on a mis au point l'invention à la suite de recherches étendues visant à parvenir à une amélioration considérable de l'aptitude à l'ouverture en résolvant en même temps les deux problèmes précédents, à savoir sous la forme d'un procédé de fabrication d'une feuille d'acier pour bottes à extrémité s 'ouvrant aisément, qui non seulement apporte une bonne aptitude à l'ouverture sans modifier l'épaisseur du métal résiduel, mais également diminue lXépaisseur du métal résiduel. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel - la figure 1 est un graphique montrant la relation entre (teneur en carbone + 1000 x propreté inclusiire) et la réduction du second laminage à froid et l'aptitude à l'ouverture de feuilles pour extrémités de boîtes, avec une dureté (Hr 30T) comprise entre 48 et 53 après le recuit ; et - la figure 2 est un graphique montrant la relation entre (teneur en carbone + 1000 x propreté inclusionnaire) et la réduction du second laminage à froid et l'aptitude à l'ouverture de la feuille pour extrémité de boîte, avec une dureté (Hr 30T) comprise entre 38 et 64 après recuit. L'invention décrit qu'une feuille d'acier pour boites à extrémité s'ouvrant aisément peut être fabriquée par un perfectionnement apporté au procédé classique de fabrication d'une feuille d'acier pour bottes. Ce procédé classique comprend un laminage à chaud, un premier laminage à froid, un recuit et un second laminage à froid. En conduisant l'étape du second laminage à froid conformément à la formule: 100-0,08x(C+1000xP)-0,8xH > R)20 .. (1) et 45 > R...(2) on obtient les résultats souhaités. Les-formules (1) et (2) sont des équations déterminées expérimentalement, dans lesquelles R est la réduction du second laminage à froid (%), C est la teneur en carbone (ppm), H est la dureté (Hr 30T) et P est la propreté inclusionnaire (d60x400...%). La dureté varie suivant le procédé de recuit (recuit en caisse, recuit continu), les conditions de recuit (température et vitesses de chauffage et de refroidissement) et la composition de l'acier, et elle est généralement comprise entre 40 et 65, conformément à -Hr 30T. La teneur en carbone peut être limitée à moins de 1300 ppm (0,13%) dans le cas d'une feuille d'acier pour boites, suivant l'état de décarburation de l'acier fondu, ou la présence ou l'absence d'un recuit de décarburation dans le processus intermédiaire La propreté inclusionnaire, qui dépend du processus de désoxydation de l'acier fondu et de la composition de l'acier, est comprise entre 0,01 et 0,8, en général. A cet égard, la base sur laquelle les conditions de réduction du second laminage à froid sont déterminées, comme indiqué ci-dessus, proviennent du résultat d'études en profondeur et d'observations portant sur la corrélation des propriétés et de l'aptitude à l'ouverture de matières pour extrémités de boites, de la technique d'entaillage et de la résistance, comme indiqué ci-après. Tout d'abord, la relation entre l'épaisseur de la feuille pour extrémité de botte, la résistance au- formage et l'aptitude à l'ouverture sera décrite. Si l'épaisseur des feuilles de la matière pour extrémité de botte est revue sur la base de sa résistance à la déformation, qui est déterminée par le carré de l'épaisseur de la feuille d'extrémité multipliée par la résistance au formage de la matière d'extrémité (lorsque la pression interne ou externe appliquée dépasse cette résistance à la déformation, l'extrémité est déformée plastiquement), les aciers plus durs seront mieux adaptés à un amincissement. Cependant, en fait, même si deux aciers ont la même résistance à la déformation, le plus dur et le plus mince se déforment plus élastiquement que le plus tendre et plus épais car la déformation élastique est proportionnelle au cube de l'épaisseur de l'acier. En outre, la force appliquée à la matière pour extrémité de botte est plus grande aux températures de chauffage prévues pour la pasteurisation. Par conséquent, étant donné qu'une résistance aussi élevée que possible ne provoque aucune déformation plastique à ce moment, c' est-à- dire que diverses combinaisons d'épaisseur d'acier et de résistance au formage peuvent être décrites sur la base de la résistance à la déformation de la matière finale. Des feuilles d'acier plus doux et plus épais et d'acier plus dur et plus mince, de résistance équivalente, sont alors usinées afin d'avoir la même épaisseur de métal résiduel après entaillage, afin que leur aptitude à l'ouverture puisse être comparée. Le résultat montre que la feuille d'acier plus dure et plus mince présente une plus faible aptitude à l'ouverture que la feuille d'acier plus doux et plus épais. Ce résultat est en contradiction avec la plupart des estimations selon lesquelles la feuille d'acier plus épaisse présenterait une concentration de contraintes plus importante et aurait donc une moins bonne aptitude à l'ouverture, à épaisseur de métal résiduel égale après l'entaillage. Ce résultat peut être pris en considération car la feuille d'acier plus dur et plus mince peut atteindre, avec une plus faible force, la déformation particulière qui est également demandée à proximité de la partie entaillée pour provoquer l'ouverture, c'est-à-dire la rupture, de la partie entaillée. Par conséquent, lorsque l'on peut égaliser l'épaisseur du métal résiduel, la feuille d'acier plus dur et plus mince, qui est plus désavantageuse en ce qui concerne la concentration des contraintes dans la partie entaillée, est avantageuse en ce qui concerne l'aptitude à l'ouverture. Ensuite, l'épaisseur limite du métal résiduel (épaisseur minimale du métal résiduel à laquelle on peut effectuer l'entaillage sans provoquer de rupture de la partie entaillée) sera expliquée. Les épaisseurs limites du métal résiduel de la feuille d'acier doux et épais, de la feuille d'acier mince, durcie lors du second laminage à froid et de la feuille d'acier mince durcie par suite des facteurs du traitement thermique et de la composition de l'acier sont comparées. Les résultats montrent que l'épaisseur limite du métal résiduel de la feuille d'acier doux et épais et de la feuille d'acier mince, durcie par le second laminage à froid, est à peu près la même et relativement faible, et que ces feuilles d'acier peuvent également être entaillées jusqu'à devenir relativement minces sans qu'apparaissent des fissures tandis que l'épaisseur limite du métal résiduel de la feuille d'acier plus mince, durcie sous l'effet du traitement thermique et de la composition de l'acier, est relativement grande. On suppose que la raison en est que le métal plus doux peut être mieux entaillé, avec une plus grande réduction par entaillage (épaisseur de la feuille de l'extrimité moins l'épaisseur du métal résiduel, le résultat étant divisé par l'épaisseur de la feuille de l'extrémité) sans qu'apparaissent des fissures, et l'épaisseur de la feuille plus mince d'extrémité présente une plus faible réduction par entaillage lorsque l'épaisseur du métal résiduel est équivalente. Une autre raison est que la feuille durcie par le second laminage à froid présente une plus faible épaisseur du métal résiduel du fait que la microstructure de cette feuille d'acier développe des grains allongés (texture de laminage) dans la direction longitudinale de la surface de la feuille après le second laminage à froid,- et cette structure granulaire convient à une réduction de l'épaisseur limite du métal résiduel. La résistance avec laquelle une charge peut être supportée sans qu'apparaissent des fissures dans la partie entaillée dans le cas d'un choc, par exemple par chute, etc. (appelée ci-après "résistance au choc") sera à présent expliquée. A cet égard, plus l'épaisseur du métal résiduel est faible, plus la résistance au choc est faible, mais si l'épaisseur du métal résiduel est constante, les résultats montrent que l'extrémité de botte constituée d'une feuille dure et mince présente une plus grande résistance au choc que l'extrémité constituée d'une feuille tendre et épaisse. On peut considérer que, étant donné que l'extrémité constituée d'une feuille dure et mince tend à se déformer élastiquement davantage que la feuille tendre et épaisse et que le choc est absorbé par la totalité de l'extrémité, ceci réduit la concentration des contraintes dans la partie entaillée. Diverses expériences portant sur l'aptitude à l'ouverture, l'épaisseur limite du métal résiduel ou la. résistance au choc, nécessaire pour l'obtention d'une extrémité s'ouvrant aisément, ont montré que la résistance à la déformation du métal d'extrémité étant constante, la feuille plus mince, durcie par le second laminage à froid, est supérieure à une feuille d'acier dans le cas d'une botte à extrémité s'ouvrant aisément. Dans ce cas, lorsqu'un certain niveau de dureté doit être obtenu par le second laminage à froid, plus la dureté de la feuille avant le second laminage à froid est basse, plus la réduction d'épaisseur de la feuille au laminage est grande, alors que, plus la dureté avant le second laminage à froid est grande, plus faible est la réduction d'épaisseur de la feuille au laminage. Lorsque l'on compare deux feuilles ayant la même dureté après le second laminage à froid, la feuille dont la réduction d'épaisseur est plus grande lors du second laminage à froid présente une épaisseur limite du métal résiduel plus faible que la feuille dont la réduction d'épaisseur est plus faible lors du second laminage à froid. Ceci peut être considéré comme étant dû au fait que plus la réduction d'épaisseur au laminage est grande, plus les grains forment une microstructure allongée dans la direction longitudinale de la surface de la feuille. De plus, la teneur en carbone et la quantité d'inclusions non métalliques ont un effet sur l'épaisseur limite du métal résiduel et le résultat d'un essai indique que cet effet est représenté par la formule : C+1000xP, dans laquelle la teneur en carbone, en ppm, est représentée par C et la propreté ou pureté, indiquant la quantité d'inclusions non métalliques (d 60x400...X), est représentée par P. Plus la valeur de C+1000xP est grande, plus grande est donc l'épaisseur limite du métal résiduel. Cependant, il convient de noter que cette valeur de C+1000xP doit être déterminée par rapport à la dureté avant le second laminage à froid. Dans le cas de feuilles qui durcissent avant le laminage à froid, -la valeur de C+1000xP doit nécessairement être plus faible, tandis que dans le cas de feuilles qui deviennent plus tendres, une valeur inftérieure de C+1000xP n'est pas nécessaire, car l'épaisseur limite du métal résiduel doit être améliorée en raison de l'allongement considérable du grain par le second laminage à froid. En fait, un abaissement inutile de la valeur de C+1000xP pour des feuilles qui deviennent tendres après le recuit élève inutilement le coût du métal. La relation entre l'épaisseur limite du métal résiduel et la dureté, la teneur en carbone et la propreté après recuit, et la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid est telle qu'indiquée précédemment. Dans tous les cas, on doit déterminer la limite supérieure de la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid en considérant l'aptitude à l'ouverture, y compris l'épaisseur limite du métal résiduel. Lorsque la réduction d'épaisseur au laminage augmente, le degré de durcissement du métal diminue de sorte que, même lorsque la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid est élevée au-delà de celle déterminée par la formule (1), l'épaisseur limite du métal résiduel en est affectée de façon nuisible. De plus, la force d'ouverture augmente, avec une fragilisation du métal beaucoup plus développée que celle obtenue par réduction de l'épaisseur de l'extrémité par suite d'un durcissement du métal ou par une amélioration de l'épaisseur limite du métal résiduel due à l'allongement du grain. De plus, lorsque la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid est de 45% et plus, il apparaît un effet nuisible accrû sur la fragilisation du métal et l'épaisseur limite du métal résiduel augmente, de même que la force d'ouverture. Par conséquent, l'abaissement de la valeur de C+1000xP et l'abaissement de la dureté à 45 ou plus dans la formule (1) n'ont pratiquement pas d'effet sur l'amélioration de la force d'ouverture, mais sont seulement défavorables en ce qui concerne le coût. Ces raisons sont à l'origine de la valeur établie pour la limite supérieure de la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid. De plus, la limite inférieure de la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid est établie à 20% car, lorsque cette réduction d'épaisseur est inférieure à 20%, on ne peut obtenir un durcissement suffisant et, par conséquent, on ne peut obtenir non plus un amincissement de la feuille à l'allongement du grain permettant d'améliorer l'épaisseur limite du métal résiduel. A cet égard, la dureté après recuit est fixée par la composition de l'acier, les conditions du traitement thermique, etc., lesquels facteurs sont choisis en fonction du coût, de la résistance à la corrosion par le contenu de la boîte, etc. Cependant, la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid, après recuit, doit être choisie en fonction du type d'extrémité de botte et du type d'entaillage. Une feuille d'acier devant être fabriquée de cette manière est ensuite soumise à un traitement préalable comprenant un dégraissage et un décapage puis à l'opération d'étamage, de chromage électrolytique, de phosphatage et autre traitement de transformation, pour donner une feuille d'acier pour bottes à extrémité s'ouvrant aisément. Des formes de réalisation de l'invention seront décrites ci-après. TABLEAU I Composition chimique (% en poids) C Si P AI Teneur en car- Acier bone après dé carburation A 0,010 0,01 0,33 0,018 0,0811 B 0,028 0,02 0,35 0,020 0,0901 C 0,052 0,02 0,33 0,022 0,073 D 0,051 0,02 0,32 0,022 0,075 0,0019 (0,0022) 1 (0,0022) E 0,051 0,02 0,32 0,022 0,070 0,016 (0,017) Les aciers indiqués dans le tableau I sont affinés au convertisseur. L'acier A a été décarburé et dégazé jusqu'à ce que l'acier fondu présente la composition chimique indiquée dans le tableau I, pars dégazage sous vide, puis il est passé, conformément au procédé en bande régulière, par les étapes de formation de lingot, de laminage à chaud et d'un premier laminage à froid, suivi d'un recuit en caisse ou d'un recuit continu. L'acier B a été affiné par affinage régulier, hormis la teneur en carbone plus basse, cet affinage comprenant la formation d'un lingot, un laminage à chaud et un premier laminage à froid suivi d'un recuit en caisse ou d'un recuit continu. L'acier C a été affiné par affinage régulier jusqu'à un niveau moyen de teneur en carbone conforme à celui d'une feuille d'acier pour botes, cet affinage comprenant la formation d'un lingot, un laminage à chaud et un premier laminage à froid suivi d'un recuit en caisse ou d'un recuit continu. L'acier D a été affiné par le même procédé d'affinage régulier que l'acier C, jusqu'au laminage à chaud. Dans le cas où on procède à un recuit continu après le premier laminage à froid, l'acier est décarburé avant ce premier laminage à froid. Dans le cas ou l'on ne procède pas à un recuit continu, il est soumis à un recuit en caisse avec décarburation après le premier laminage à froid, sans décarburation avant le premier laminage à froid. L'acier E a été produit par le même procédé que celui utilisé pour l'acier D, sauf que la décarburation a été arrêtée volontairement plus tôt pour réguler la teneur en carbone. La teneur en carbone des aciers D et E apres décarburation, indiquée dans le tableau I par les valeurs non entourées de parenthèses, est la teneur après décarburation après le premier laminage à froid, les valeurs indiquées entre parenthèses étant obtenues après décarburation avant le premier laminage à froid. Dans le cas où la dureté après le premier laminage à froid est comprise entre 40 et 55, conformément à Hr 30T, un recuit en caisse ou un recuit en caisse avec décarburation est utilisé et, dans le cas où la dureté est comprise entre 55 et 65, selon Hr 30T, on procède à un recuit continu. Ces aciers, dont l'épaisseur et la dureté sont prédéterminées de façon que leur résistance à la déformation puisse être égalisée (le produit de l'épaisseur au carré par la résistance au formage du métal peut être constant), sont ensuite soumis à un second laminage à froid. Après le second laminage à froid, les aciers sont nettoyés et étamés dans un bain d'alliage de fer et d'étain, cette opération étant suivie d'un usinage de l'extrémité. L'extrémité présente un entaillage de 58mm de diamètre afin de pouvoir être ouverte complètement. Un rivetage est substitué au soudage pour la fixation d'une patte de fer blanc sur l'extrémité, dans la même position particulière que sur les extrémités de production, car il est peu pratique de fabriquer un moule métallique convenant à un nombre d'épaisseurs appropriées. L'acceptation de l'aptitude à l'ouverture est basée sur la force maximale d'arrachement consécutive à la force d'ouverture initiale à l'épaisseur du métal résiduel, c'est-à-dire l'épaisseur limite du métal résiduel augmentée de 10 pm, et l'estimation est basée sur une trempe de 2,5 (selon Hr 30T , de 52 à 58) et sur une épaisseur de feuille de 0,23 mm, ces valeurs étant appliquées en tant que critères d'acceptation de- l'extrémité à ouverture totale décrite. Les résultats sont montrés sur les figures 1 et 2.La figure 1 donne les résultats concernant une dureté Hr 30T comprise entre 48 et 53 avant le second laminage à froid de feuilles ayant été soumises à un recuit en caisse ou à un recuit en caisse avec décarburation, et la figure 2 montre la relation entre (C+1000xP) et la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid pour l'aptitude à l'ouverture, avec une dureté Hr 30T comprise entre 58 et 64 avant le second laminage à froid de la feuille qui a été recuite par le procédé continu.Les valeurs indiquées par un triangle sur les figures sont celles correspondant à une amélioration inférieure à 7,5%, les valeurs indiquées par un cercle simple sont celles correspondant à une amélioration comprise entre 7,5 et 15% et les valeurs indiquées par un cercle double correspondent à une amélioration supérieure à 15%, en ce qui concerne le niveau d'acceptation (force d'ouverture avec trempe de 2,5 et épaisseur de 0,23 mm). Sur ces figures, la réduction d'épaisseur par le second laminage à froid est indiquée en pourcentage, en ordonnées, les valeurs données en abscisses étant (C+1000xpropreté inclusionnaire). Toutes les valeurs encadrées de traits pointillés sur les figures correspondent à l'invention et montrent que la feuille d'acier plus- dur et plus mince, produite conformément aux formules (1) et (2) pourvu que la résistance à la déformation soit constante apportent une amélioration de plus de 7,5X en ce qui concerne l'aptitude à l'ouverture et sont supérieures en tant que métal pour extrémités de bottes s'ouvrant aisément. Les formes de réalisation préférées décrites ici portent sur des feuilles d'acier étamé, mais d'autres formes de réalisation à traitement de surface autre qu'un etamage, par exemple de l'acier non étamé et des feuilles d'acier ayant subi d'autres traitement de transformation, font également l'objet de perfectionn-ements satisfaisants, conformément à l'invention. De plus, la fixation de la patte n'est pas limitée au soudage indiqué ici uniquement pour la commodité de l'essai, et des applications utilisant une fixation par liaison, telles que décrites dans le document "JPI Journal 1984", volume 22, n" 4, sont également possibles. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une feuille d'acier pour extrémités de boîtes s'ouvrant aisément de meilleure aptitude à l'ouverture, ce procédé, qui comprend les étapes d'un laminage à chaud, d'un premier laminage à froid, d'un recuit et d'un second laminage à froid, étant caractérisé en ce qu'il consiste à exécuter le second laminage à froid conformément aux formules 100-0,0 8x(C+1000xP)-0,8xH )R)20'''(1) et 45 > R -- (2) où R est le pourcentage de réduction d'épais seur par le second laminage à froid C est la teneur en carbone après recuit (ppm) P est la propreté inclusionnaire après recuit (d60x400. . . H est la dureté après recuit (Hr 30T) 2. Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce que la dureté après le premier laminage à froid est comprise entre 40 et 55, conformément à Hr 30T, et en ce qu'un recuit en caisse ou un recuit en caisse avec décarburation est utilisé. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dureté après le premier laminage à froid est comprise entre 50 et 65, conformément à Hr 30T, et en ce qu'un recuit continu est utilisé.