Brevet FR2615530A1 — publié le 19881125

ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR TOLES MINCES ADAPTEES A L'OBTENTION DE COUVERCLES ET DE CORPS DE BOITES ET PROCEDE DE FABRICATION DESDITES TOLES La présente invention est relative à un alliage d'aluminium pour tôles minces adaptées à l'obtention de couvercles et de corps de boites destinés à renfermer des aliments ou des boissons gazeuses et à un procédé de fabrication desdites tôles. Les alliages d'aluminium sont maintenant largement utilisés pour la fabrication de bottes destinées à renfermer aussi bien des aliments solides ou liquides que des boissons gazeuses. Ces boites sont composées de deux parties: un corps avec un fond intégré dont la paroi latérale peut être imprimée ou non sur lequel est rapporté un couvercle muni d'un système d'ouverture facile notamment dans le cas des bottes pour boissons gazeuses. Les couvercles sont généralement obtenus par découpage d'une tôle mince d'épaisseur comprise entre 200 e. 400 Mm et les corps d'épaisseur voisine le sont soit par emboutissage, soit par emboutissage suivi d'un réétirage. On conçoit que, suivant le contenu de la boîte, son utilisation pour un corps ou un couvercle, le procédé de mise de forme utilisé, la présence ou non de système à ouverture facile ou d'impression, la tôle devra avoir des caractéristiques adaptées à chacune de ces particularités. Ainsi, les couvercles à ouverture facile devront présenter une résistance mécanique supérieure à celle des autres couvercles pour ne pas se déchirer lors de leur utilisation; les corps imprimés ou réétirés devront avoir un taux de cornes relativement faible pour éviter toute déformation soit des caractères préimprimés, soit de la partie haute du corps qui reçoit le couvercle; les corps soumis au réétirage ne devront pas gripper au contact de l'outillage pour éviter l'apparition de rayures ou même de casses. Face à autant d'impératifs, l'homme de l'art s'est orienté vers l'utilisation de tôles fabriquées à partir d'alliages de composition différente. 2 6 1 5 5 3 0 Ainsi, dans le domaine des bottes destinées aux aliments, on utilise généralement: - pour les couvercles et les corps non imprimés des tôles d'épaisseur 230 pm en alliage 5052 à l'état H28 suivant les normes de l'Aluminium Association, c'est-à-dire ayant pour composition en poids pour-cent: Si 0,25 - Fe 0,40 - Cu 0,10 - Mn 0,10 - Mg 2,2-2,8 - Cr 0,15-0, 35 - Zn 0,10- autres 0,15 - solde A1. - pour les corps de boites imprimées des tôles de même épaisseur, en même alliage mais à l'état H24. Dans le domaine des botes destinées aux boissons gazeuses, on utilise généralement: - pour les corps de boites obtenues par emboutissageréétirage des tôles d'épaisseur 330 em en alliage 3004 à l'état H19 suivant les normes de l'Aluminium Association, c'est-à-dire ayant pour composition en poids pour-cent: Si 0,30 - Fe 0,7 - Cu 0,25 - Mn 1,0-1,5 Mg 0,8-1,3 - Zn 0,25 - autres 0,15 - solde A1. - pour les couvercles de bottes de tôles d'épaisseur 300 pm en alliage 5182 à l'état H19 suivant les normes de l'Aluminium Association c'est- à-dire ayant pour composition en poids pour-cent: Si 0,20 - Fe 0,35 - Cu 0,15 - Mn 0,20-0,50 - Mg 4,0-5,0 - Cr 0,10 - Zn 0,25 - autres 0,15 - solde A1. De cet inventaire, on déduit que, notamment dans le domaine des boites pour boissons gazeuses, couvercles et corps ont des compositions très différentes notamment en ce qui concerne leur teneur en magnésium et en manganèse. Cela nécessite des chaînes de fabrication différentes pour les élaborer et grève ainsi leur prix de revient. Mais à ces inconvénients se greffe le problème du recyclage des bottes après usage: en effet, étant donnée la part croissante prise par les alliages d'aluminium sur le marché des boites, on s'est rendu compte de l'économie importante qui résulterait si on récupérait lesdites boites au lieu de les mettre à la décharge. Mais, comme les corps sont pratiquement inséparables des couvercles, un recylage économique entraine la refusion de la boite entière. D'o l'obtention d'un alliage de composition intermédiaire entre celui du corps et du couvercle qu'il faut donc partager en deux fractions, chacune d'elles étant ensuite remise au titre par ajout d'aluminium pur et d'éléments d'alliages. Il parait donc plus avantageux du point de vue du recyclage d'avoir affaire à un seul type d'alliage. Mais, encore faut-il que cet alliage réponde à toutes les contraintes imposées aux tôles soit par leur destination : aliments ou boissons gazeuses, soit par leur forme: corps ou couvercles, soit par leur mode d'obtention: emboutissage ou emboutissage-réétirage ou encore par certaines de leurs particularités telles que les systèmes d'ouverture facile sur les couvercles ou l'aptitude à développer convenablement des caractères ou motifs préimprimés. C'est dans cette voie que s'est engagée la demanderesse. Cela lui a permis de trouver une composition d'alliage telle qu'elle conduise par coulée en bandes suivie d'un ensemble d'opérations de mise en forme et de traitements thermiques judicieusement choisis à l'obtention de tôles ayant des caractéristiques propres à satisfaire aux différentes contraintes auxquelles elles seront soumises. Certes, la demanderesse n'est pas la première à avoir résolu le problème de cette façon. On peut citer par exemple le brevet francais n0 2 432 556 qui enseigne "un procédé pour la production d'une bande d'alliage d'aluminium appropriée pour la fabrication de corps et- de couvercles de boîtes par emboutissage et réétirage, caractérisé en ce que: a) on prépare une masse fondue d'un alliage d'aluminium qui, outre les impuretés habituelles, contient comme constituants principaux 0,4 à 1,0 % de manganèse et 1,3 à 2,5 % de magnésium, la teneur totale en magnesium et manganèse étant de 2,0 à 3,3 % et le rapport du magnésium au manganèse étant 1,4:1 à 4,4:1. b) on coule en continu la masse fondue en une bande au moyen d'une machine à couler des bandes. c) on lamine en continu à chaud la bande coulée à la vitesse de coulée avec une réduction d'au moins 70 %, la température de début de laminage à chaud étant comprise entre 300 C et la température de solidus de l'alliage et la température à la fin du laminage étant d'au moins 280 C. d) la bande laminée à chaud est enroulée à chaud et on la laisse refroidir à l'air calme jusqu'à la température ambiante environ et, e) la bande laminée à chaud refroidie est laminée à froid jusqu'à l'épaisseur finale." Dans ce brevet, qui recourt également à la coulée en bandes, on met en oeuvre un seul alliage et un seul procédé de production pour les corps de boites et pour les couvercles, exception faite du laminage à froid puisqu'il faut une bande plus dure pour les couvercles. Dans ces conditions, les tôles obtenues ont pour caractéristiques mécaniques en ce qui concerne la tôle pour corps une limite élastique à 0, 2 % de 250 à 310 MPa, une résistance à la traction de 260 à 320 MPa et un allongement à la rupture de 1 à 8 %; pour ce qui est des tôles pour couvercles, les valeurs de ces caractéristiques sont respectivement 310-370 MPa, 320-380 MPaet 1 à 5 %. Dans la présente invention, la demanderesse a eu pour objectif d'augmenter ces caractéristiques notamment dans le cas des tôles pour couvercles.. Elle y est parvenue en s'orientant vers un alliage plus chargé en silicium et caractérisé en ce qu'il contient en poids pour-cent 0,8 à 1,8 de manganèse, 1 à 2 de silicium, 0,7 à 3 de magnésium, moins de 0,7 de fer, moins de 0,5 de cuivre, moins de 0,5 de chrome, solde aluminium. La teneur plus élevée en silicium favorise en combinaison avec le magnesium la formation de Mg2Si qui joue le rôle d'agent durcissant. Par ailleurs, la présence d'une quantité de manganèse plus grande que dans le brevet antérieur a pour effet de réduire fortement les phénomènes de grippage lors du réétirage des corps de boîtes. L'invention concerne également un procédé de fabrication desdites tôles. Ce procédé comporte un ensemble d'opérations relatives à l'élaboration, à la mise en forme et aux traitements thermiques et sont caractérisées en ce que: a) on prépare une masse fondue d'alliage qui, outre les impuretés habituelles, contient comme éléments principaux en poids pourcent: 0,8 à 1,8 de manganèse, 1 à 2 de silicium, 0,7 à 3 de magnésium, moins de 0,7 de fer, moins de 0,5 de cuivre, moins de 0,5 de chrome. b) on coule en continu ladite masse en bandes d'épaisseur comprise entre 4 et 20 mm c) on chauffe la bande coulée entre 500 et 620 C pendant 2 à 20 heures d) on lamine à froid la bande qui a été chauffée jusqu'à une épaisseur intermédiaire e) on chauffe la bande amincie entre 500 et 600 C pendant 0,5 à 10 minutes puis trempe à l'air f) on lamine à froid jusqu'à l'épaisseur finale de la t8le fabriquée. Ainsi, le procédé consiste à élaborer une masse fondue de composition donnée et à la couler en bandes par exemple dans une machine à cylindres qui, grâce aux vitesses élevées de refroidissement, permet de garder en solution solide beaucoup de Mg, Si et Mn, ce qui rend ensuite plus facile une mise en solution. De préférence, la bande a une épaisseur comprise entre 6 et 12 mm. Après coulée, la bande est chauffée entre 500 et 620 C pendant 2 à 20 heures de manière à homogénéiser le métal. Puis, après laminage à froid à une épaisseur intermédiaire, on procède à une mise en solution à une température comprise entre 500 et 600 C pendant 0,5 à 10 minutes suivie d'une trempe à l'air permettant d'obtenir des caractéristiques supérieures à celles des alliages conventionnels. De préférence, cette mise en solution est réalisée entre 530 et 580 C pendant 1 à 2 minutes. On lamine ensuite jusqu'à l'épaisseur finale et éventuellement réchauffe la tôle jusqu'à 200-220 C pendant 5 à 15 minutes de manière à cuire les vernis. On peut éventuellement effectuer un revenu de 30 min à 2 heures entre 100O et 250 C à une épaisseur intermédiaire entre l'épaisseur de mise en solution - trempe et l'épaisseur finale. Ces opérations sont applicables à la fabrication de t8les adaptées à tous les types de couvercles et de corps de boites décrits ci-dessus. On peut noter qu'à la différence du brevet français 2 432 556, toutes les opérations de laminage ont lieu à froid et que la mise en solution s'effectue à une température comprise entre 500 et 600 C.pendant 30 secondes à 10 minutes alors que dans le brevet, on lamine en partie à chaud et que la température de mise en solution est comprise entre 350 et 500 C pendant une durée maximum de 90 secondes. Suivant l'usage particulier qui sera fait des tôles, on peut moduler les conditions opératoires décrites ci-dessus et éventuellement introduire des opérations complémentaires pour optimiser le-procédé. L'invention peut être ilustrée à l'aide de l'exemple d'application suivant: Pour fabriquer des couvercles de boites destinées à renfermer des boissons gazeuses: a) on a coulé en une bande de 7,5 mm d'épaisseur, l'alliage de composition suivante en poids pour-cent: Mg: 0,80 Mn: 1,08 Si: 1,25 Fe: 0,40 b) on a chauffé la bande coulée pendant 6 heures à 540 C c) on a laminé à froid la bande jusqu'à une épaisseur de 1,5 mm d) on a chauffé la bande amincie pendant 5 min à 560 C et trempé à l'air e) on a laminé à froid jusqu'à l'épaisseur finale de 0,33mm. Dans ces conditions, les caractéristiques de la tôle obtenue ont été les suivantes: RO,2 = 395 MPa Rm = 410 MPa A%= 4. Par comparaison avec les valeurs données dans le brevet français n 2 432 556 et citées plus haut, à savoir R 0,2 = 370 MPa et Rm - 380 MPa, on peut constater une grande amélioration. REVENDICATIONS 1. Alliage d'aluminium pour la fabrication de t8les minces adaptées à l'obtention de couvercles et de corps de boites, caractérisé en ce qu'il contient en poids pour-cent: 0,8 à 1,8 de manganèse 1 à 2 de silicium 0,7 à 3 de magnésium moins de 0,7 de fer moins de 0,5 de cuivre moins de 0,5 de chrome solde aluminium. 2. Procédé de fabrication de t8les minces adaptées à l'obtention de couvercles et de corps de boites destines à renfermer des aliments ou des boissons gazeuses comportant des opérations d'élaboration, de mise en forme et de traitement thermique, caractérisé en ce que: a- on prépare une masse fondue d'alliage qui, outre les impuretés habituelles, contient comme éléments principaux en poids pour-cent: 0,8 à 1,8 de manganèse, 1 à 2 de silicium, 0,7 à 3 de magnésium, moins de 0,7 de fer, moins de 0,5 de cuivre, moins de 0,5 de chrome b- on coule en continu ladite masse en bandes d'épaisseur comprise entre 4 et 20 mm c- on chauffe la bande coulée entre 500 et 620 C pendant 2 à 20 heures d- on lamine à froid la bande qui a été chauffée jusqu'à une épaisseur intermédiaire e- on chauffe la bande amincie entre 500 et 600 C pendant 0,5 à 10 minutes puis trempe à l'air f- on lamine à froid jusqu'à l'épaisseur finale de la t8le fabriquée. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on coule en bandes d'épaisseur comprise entre 6 et 12 mm. 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on chauffe la bande amincie entre 530 et 580 C pendant 1 à 2 minutes. 5. Procédé selon revendication 2, caractérisé en ce que lors du laminage à froid jusqu'à l'épaisseur finale, on introduit entre deux passes un revenu de 30 min à 2 heures entre 100 et 250 C. 6. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la tôle finale est chauff6e 5 à 15 minutes entre 200 et 220 C.