Brevet FR2686815A1 — publié le 19930806

La présente invention concerne un procédé de production d'un feuillard d'acier traité en surface qui peut être ensuite utilisé pour produire une boîte en acier par étirage et emboutissage profond ("EEP") Le feuillard d'acier ainsi produit est caractérisé par une aptitude au façonnage et une résistance à la corrosion excellentes En outre, le procédé est très peu onéreux. Des boîtes en aluminium et en acier EEP, à savoir des boîtes "étamées", sont couramment utilisées dans la production de récipients pour boissons mis intérieurement sous pression Les boissons conditionnées dans les boîtes EEP comprennent des boissons carbonatées, la bière, etc. Le nombre de ces boîtes produites chaque année est considérable et la compétition est intense En général, les boîtes sont produites par un procédé industriel usuel Dans ce procédé, l'acier préparé est soumis à un recuit discontinu ou continu L'acier ainsi utilisé doit présenter une dureté particulière, définie par la norme de dureté Rockwell T HR 3 OT (dureté: 49-64) et une épaisseur de 0,25 à 0,35 mm La norme de dureté est une norme largement admise dans l'industrie. Le feuillard d'acier mentionné dans la présente invention est étamé, puis il est soumis à un étirage et un emboutissage profond Cette matière, ayant subi alors un étirage et un emboutissage profond, est utilisée pour la production de la boîte étamée Tout d'abord, la portion de l'acier qui constituera le bord de la boîte est ébarbée, puis une bride est formée pour le soudage à une extrémité de la boîte. En général, avant de réaliser une bride, on soumet la portion de la boîte qui constituera la partie supérieure de la boîte à un procédé qui est désigné sous le nom de procédé de "rétrécissement" Il en résulte une diminution du diamètre de la partie supérieure de la boîte Les étapes décrites dans la présente invention nécessitent que le feuillard d'acier traité en surface destiné à être utilisé pour des boîtes EEP présente une aptitude au façonnage par étirage, une usinabilité par emboutissage profond, une aptitude au façonnage par rétrécissement, une aptitude au façonnage par formation d'une bride et une résistance à la corrosion excellentes En outre, le procédé doit être mis en oeuvre de manière économique. L'une des voies qui a été suivie pour la mise en oeuvre du procédé décrit de manière plus économique est le moyen de traiter les feuillards d'acier pour les rendre minces Il est nécessaire que les feuillards amincis pos- sèdent une grande résistance à la pression au niveau du fond de la boite Conjointement avec cette condition, il existe le besoin d'une bonne aptitude au façonnage de la bride et d'une bonne étirabilité, ainsi qu'une bonne usinabilité par emboutissage profond. Un moyen d'améliorer l'aptitude au façonnage de la bride et de produire une matière de grande résistance mécanique est présenté dans le document japonais Tokukaishou (brevet mis à l'Inspection Publique) n'51-88415 Cette référence fait connaître une aptitude améliorée au façonnage de la bride (c'est-à-dire une réduction de plusieurs pour- cents du taux de formation de fissures au cours de la formation de la bride), conjointement avec l'obtention d'un feuillard d'acier présentant plus de 80 % de texture laminée à froid Ces caractéristiques sont obtenues par limitation de la composition chimique de l'acier Plus précisément, la quantité de carbone est maintenue à une valeur inférieure à 0,02 %, la quantité de soufre est maintenue à une valeur inférieure à 0,01 % et le rapport Al/C est maintenu à une valeur supérieure à 3,5. La fissuration mentionnée ci-dessus au cours de la formation de la bride se produit car la formation de la bride nécessite un élargissement du diamètre de la partie supé- rieure de la boîte En outre, la matière au niveau de la partie terminale de la boîte présente une mauvaise ductilité. Le taux de formation de fissures au niveau de la bride, considéré comme étant excellent dans le document Tokukaishou 51-88415, est cependant inacceptable en rapport avec la norme industrielle d'environ 10 millionièmes dans les procédés de recuit discontinu ou continu L'obtention d'un faible taux de formation de fissures au niveau de la bride constitue un objectif de la présente invention. La présente invention concerne un procédé de production d'un feuillard d'acier traité en surface présen- tant une grande résistance mécanique, qui peut être utilisé pour la production de boîtes EEP d'une manière plus économi- que qu'avec les procédés actuellement utilisés Une caracté- ristique déterminante de ce procédé est l'omission de l'étape de recuit qui est actuellement une étape usuelle dans ce domaine Les feuillards d'acier traités en surface ainsi produits, lorsqu'ils sont utilisés pour la production de boîtes EEP, se révèlent provoquer un taux de fissuration au niveau de la bride inférieur à celui qui était considéré auparavant comme pouvant être obtenu. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente le procédé de formation de brides désigné sous le nom d'opération de production forcée de col; et la figure 2 représente un procédé de formation de bride permettant d'augmenter le diamètre de la boîte. La présente invention concerne un procédé de production de feuillards d'acier traités en surface qui sont utiles dans la production de boîtes EEP, ainsi que les boîtes ainsi produites Un acier de composition particulière, élaboré ci-dessous, est traité pour produire une bande laminée à chaud, qui est ensuite soumise à un laminage à froid, puis à un nettoyage, un étamage électrique et ensuite une production de boîtes au moyen du procédé d'étirage et d'emboutissage profond Après revêtement par pulvérisation, des brides sont formées par mise en oeuvre de procédés de formation d'une bride à rebord pour la production forcée du col Divers paramètres ont été évalués et montrent la supériorité de la boîte obtenue. La composition de l'acier utilisé dans la produc- tion des boîtes EEP est importante Divers constituants doivent être ajustés pour rendre maximaux leurs avantages et réduire au minimum leurs inconvénients Par exemple, du carbone (désigné ci-après par "C") est présent dans l'acier. Cependant, une trop grande quantité de ce carbone provoque un durcissement de l'acier et accroît l'énergie requise pour l'emboutissage profond Du point de vue de la consommation d'énergie, de faibles quantités de C sont avantageuses mais, si la quantité de C diminue, l'étirabilité et l'aptitude à l'emboutissage profond diminuent Cela semble expliquer le fait qu'une faible quantité de C engendre des surfaces d'acier rugueuses et affaiblit les limites de grains Cette tendance semble être très forte dans l'acier de plus faible ductilité; cependant, dans l'acier recuit, une plus faible teneur en C engendre une meilleure étirabilité Une faible quantité de C n'est pas avantageuse pour les procédés de formation de brides à rebords au moyen de l'opération de production forcée de col. Si les surfaces des parois sont rendues rugueuses, il se produit alors une fissuration du revêtement et des fissures dans l'acier (fissures de compression) peuvent apparaître A cette fin, des limites de la quantité de C dans l'acier ont été définies, de la manière expliquée ci-dessous, mais la quantité de C doit être comprise dans l'intervalle de 0,01 à 0, 06 % en poids Tous les intervalles mentionnés dans la présente invention sont exprimés en poids. Le silicium (désigné ci-après par "Si"), également présent dans l'acier, provoque un durcissement de l'acier et engendre très aisément des fissures de compression si une trop grande quantité de silicium est présente A cette fin, la quantité maximale admise de Si est égale à 0,03 %. Le manganèse ("Mn") provoque un durcissement de l'acier et il est souhaitable de maintenir cette quantité à une valeur aussi faible que possible En conséquence, il a été déterminé que la quantité de Mn, conjointement avec la quantité de C, doit répondre à l'équation suivante 0,8 > % de Mn + 10 (% de C). Cependant, le Mn évite également la fragilité de l'acier provoquée par le soufre (désigné ci-après par "S"). Ainsi, lors de l'addition de Mn, la quantité de S doit être également prise en considération Il a été trouvé que la relation entre Mn et S doit répondre à l'équation suivante 0,2 > % de Mn + 10 (% de S). Cependant, du S doit être ajouté car il améliore la résistance à la corrosion provoquée par des boissons contenant de l'acide phosphorique, qui est un ingrédient couramment utilisé La quantité de S doit être supérieure à 0,01 % et la valeur maximale est égale à 0,03 % Il ne semble pas que la résistance à la corrosion augmente au-dessus d'une quantité de 0,03 %. De l'aluminium (désigné ci-après par "Al") doit également être ajouté pour la désoxydation de l'acier fondu. Il est nécessaire d'ajouter une quantité supérieure à 0,02 % pour y parvenir; cependant, une trop grande quantité de Al engendre aisément des défauts de surface de l'acier et accroît le coût La quantité maximale de Al admise, eu égard à ces considérations, est égale à 0,10 %. Les constituants supplémentaires comprennent l'azote ("N") et le phosphore ("P"') Ces constituants provoquent un durcissement de l'acier et les quantités autorisées sont fixées à un maximum de 0,006 % (N) et un maximum de 0,03 % (P). La dureté maximale après laminage à froid est définie en rapport avec les rides qui se forment au fond d'une boîte EEP Ces rides apparaissent radialement au cours de la formation du fond et altèrent l'aspect des articles, ce qui est bien entendu indésirable Un facteur supplémentaire qui influe sur la formation de rides est l'épaisseur de l'acier. Si la dureté est accrue, l'épaisseur de l'acier doit alors être ajustée d'une manière qui empêche d'atteindre l'un des buts de la présente invention, consistant à réduire l'épaisseur tout en maintenant une grande résistance mécani- que A cette fin, la dureté minimale est ajustée à 73, conformément à l'échelle HR (HR 30 T) mentionnée ci-dessus. Une réduction suffisante de l'épaisseur de l'acier ne peut être obtenue lorsque la dureté est inférieure à cette valeur. Eu égard aux problèmes concernant la formation de rides, les épaisseurs maximale et minimale de l'acier sont ajustées en rapport avec la dureté et le coût En outre, il existe des limitations concernant le poids de revêtement Des explications pour ces deux paramètres sont fournies ci- dessous. Lorsque la quantité de revêtement d'étain d'une surface extérieure d'un feuillard d'acier destiné à être transformé en une boîte est inférieure à 1,0 g/m 2, des fissures se produisent alors aisément au cours de l'emboutis- sage profond, et un emboutissage profond continu devient difficile La quantité minimale de revêtement d'étain pour la surface intérieure est ajustée à O,1 g/m 2 Cette valeur minimale est définie en rapport avec des considérations de résistance à la corrosion, de résistance à la formation de rouille et de démontage (c'est-à-dire d'enlèvement de la boîte ayant subi un emboutissage profond d'un poinçon d'emboutissage profond) La quantité maximale de revêtement est égale à 11,0 g/m 2, pour des considérations de coût. Après laminage à chaud de l'acier conforme à la présente invention, il est souhaitable que cet acier soit bobiné à une température supérieure à 6000 C Cette tempéra- ture est avantageuse ( 1) pour réduire l'énergie nécessaire pour le façonnage des boîtes EEP, ( 2) pour améliorer l'apti- tude au façonnage de la bride à rebord lors de l'utilisation de l'opération de production forcée de col avec adoucissement de la bande laminée à chaud, et ( 3) pour réduire le N soluble par recuit spontané après bobinage Cependant, toute quantité de calamine formée sur la bande d'acier laminée à chaud ne peut être aisément éliminée si la température de bobinage est supérieure à 7500 C Ainsi, l'intervalle de plus de 6000 C à moins de 750 'C pour la température de bobinage est avanta- geux. En outre, un rapport apprécié de l'épaisseur avant laminage à froid à l'épaisseur après laminage à froid est utilisé Ce rapport, représenté par Eo El x 100 Eo Eo désignant l'épaisseur du feuillard d'acier avant laminage à froid (c'est-à-dire celle de la tôle chaude) et El dési- gnant l'épaisseur après laminage à froid, est de préférence dans l'intervalle de 60 à 90 %, ce qui donne une épaisseur finale du feuillard d'acier comprise dans l'intervalle de 0,18 à 0,28 mm. Lorsqu'un rapport de laminage, c'est-à-dire le rapport décrit ci-dessus, est inférieur à 60 %, il est nécessaire d'ajuster l'épaisseur maximale de la bande laminée à chaud à une valeur d'environ 0,5 mm La technologie actuelle de production de bandes laminées à chaud est telle qu'à une épaisseur de 0,5 mm, il est difficile d'obtenir de manière constante des caractéristiques uniformes du feuil- lard La valeur minimale de 60 % est définie en rapport avec ces problèmes, tandis que la valeur maximale est définie en prenant en considération l'étirage, l'usinabilité par emboutissage profond et l'aptitude au façonnage avec les procédés de formation de brides à rebords utilisant l'opéra- tion de production forcée d'un col. L'exemple suivant explique plus en détail la présente invention. EXEMPLE: Des aciers de différentes compositions, mentionnés sur le Tableau 1 ci-dessous, ont été traités dans un conver- tisseur et une brame d'acier de 220 mm d'épaisseur a été produite par coulée continue Puis cette brame a été laminée à chaud pour produire une bande laminée à chaud. Tableau 1 (% en poids) Acier C Si Mn S Ai P N n. 1 0,003 0,02 0,28 0,008 0,052 0,018 0,0028 2 0,013 0,01 0,22 0,018 0,059 0,015 0,0025 3 0,031 0,01 0,23 0,022 0,043 0,011 0,0020 4 0,032 0,01 0,25 0,007 0,038 0,013 0,0033 0,031 0,01 0,28 0,026 0,066 0,008 0,0070 6 0,049 0,01 0,33 0,028 0,055 0,016 0,0035 Un laminage à froid a été ensuite effectué, au moyen d'un rapport de laminage indiqué sur le Tableau 2 Des paramètres supplémentaires des expériences sont également indiqués sur le Tableau 2 Puis l'acier a été nettoyé et soumis à un étamage électrique ( 2,8 g/m 2 pour l'intérieur et l'extérieur) Des boîtes ont été ensuite produites (diamètre mm) au moyen de procédés d'étirage et d'emboutissage profond. Les boîtes ont été soumises à un revêtement par pulvérisation, puis à une formation de bride au moyen du procédé de formation de bride à rebord par la technologie de production forcée d'un col Les critères évalués étaient l'usinabilité pour l'étirage et l'emboutissage profond (rapport limite d'étirage, énergie d'emboutissage profond), la formation de rides au fond de la boîte (formation directe après emboutissage profond), la fissuration du revêtement organique dans le procédé de formation de bride à rebord, la formation de fissures dans le métal et la résistance à la corrosion Ce dernier critère a été testé au moyen d'une boisson à base de cola contenant de l'acide phosphorique. Sur le Tableau 2, qui résume les résultats, le signe t désigne un résultat excellent, le signe O désigne un bon résultat, le signe A désigne un résultat inacceptable et le signe X désigne un échec. Les résultats montrent que, par ajustement de la composition de l'acier, des procédés et des conditions de production, malgré la limitation de la formation de bride aux méthodologies de formation d'un col par pression, des boîtes utiles sont produites de manière économique et sans étape de recuit La figure 1 représente le procédé de formation d'une bride à rebord pour la méthodologie de production forcée d'un col, telle qu'elle est utilisée dans la présente invention. Les traits pleins représentent la structure avant mise en oeuvre de la méthodologie, et les traits discontinus après mise en oeuvre Sur la figure 1, le numéro de référence 1 représente la paroi de la boîte, le numéro de référence 2 représente le bord de la boîte, le numéro de référence 3 représente la partie centrale de la boîte et le numéro de référence 4 représente le fond de la boîte Les mêmes numéros de référence sont utilisés pour représenter les mêmes structures sur la figure 2, représentant le procédé de formation de bride avec augmentation du diamètre du col. Ainsi, il est proposé dans la description précitée une méthodologie pour produire un feuillard d'acier utile dans la production d'une boîte EEP De l'acier ayant une composition particulière est utilisé, décapé, puis laminé à froid, ce qui donne un acier ayant une dureté de 73 à 83 conformément à la norme (HR 30 T) et une épaisseur de 0,18 à 0,28 mm L'acier est étamé ou revêtu d'étain sur les deux faces, la quantité de revêtement sur la surface extérieure étant comprise dans l'intervalle de 1,0 à 11,0 g/m 2 et la quantité de revêtement sur la surface intérieure étant comprise dans l'intervalle de 0,1 à 11,0 g/M 2 Ces opérations sont effectuées en l'absence de recuit La présente invention concerne également un produit obtenu par mise en oeuvre du procédé précité. Tableau 2 Acier Tempéra Rapport de Epaisseur Dureté Propriété évaluée n ture de bobinage à (m) (HR 30 T) bobinage froid M% Rides au Limite Energie d'é Fissuration Fissures de Résistance Cassifi ( C) fond de d'étirage tirage et du revêtement compression à La cor caion la boîte d'emboutis organique du métal rosion sage profond 1 640 86 0,25 76 x x A x c 2 640 86 0,25 78 O O O O I 640 75 0,25 80 O O O O I 640 86 0,25 82 O O O O O I 3 640 92 0,25 84 X O A A A A C 640 88 0,21 82 A \ A O A O I 640 84 0,28 82 G O O O O I 640 86 0,25 83 A O A O A O I 4 640 86 0,25 82 O O O O x C 640 86 0,25 84 A O X O X O C 6 640 86 0,25 83 A O X O A O C 560 86 0,25 84 X O X O A O C I: présente invention C: classique H_ H. K, (n Il va de soit que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que deux nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Procédé pour produire un feuillard d'acier utile dans la production d'une boîte par étirage et emboutis- sage profond, de grande résistance mécanique, caractérisé en ce qu'il consiste: (i) à laminer à chaud une tôle d'acier, dont l'acier contient du carbone, du silicium, du manganèse, du soufre, de l'aluminium, de l'azote et du phosphore en les quantités suivantes, en poids Carbone 0,01 à 0,06 % Silicium moins de 0,03 % Manganèse 0,1 à 0,4 % Soufre 0,01 à 0,03 % Aluminium 0, 02 à 0,10 % Azote: moins de 0,006 % Phosphore: moins de 0,03 % la quantité restante comprenant le fer et d'autres impuretés inévitables, les équations suivantes étant satisfaites % de Mn + 10 (% de C) 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de réduction de laminage à froid après laminage à chaud et décapage va de 60 à 90 %. 4 Produit obtenu par mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1.