Brevet FR2723964A1 — publié le 19960301

La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, et un acier obtenu à partir de ce procédé. La présente invention s'applique particulièrement à la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond du type boites embouties-réembouties ou boites embouties-repassées. Les aciers pour emballage, en particulier les aciers pour emboutissage profond en rétreint doivent, pour permettre une bonne mise en oeuvre, présenter les caractéristiques suivantes - le coefficient d'anisotropie normale moyen T encore appelé coefficient de Lankford moyen, doit être élevé afin d'assurer un écoulement correct du métal pendant l'emboutissage et éviter les plissements; - le coefficient d'anisotropie planaire ar doit être proche de 0 afin de limiter la formation des cornes pendant l'emboutissage; - les caractéristiques mécaniques, en particulier la limite d'élasticité Re et la résistance à la traction Rm, doivent être élevées, afin d'assurer une bonne tenue mécanique des boîtes avec des parois de très faible épaisseur. Lors de la fabrication d'un emballage métallique, on emboutit un flan de tôle, généralement constitué en un métal qui a subi une opération de laminage, si bien que ce métal présente une anisotropie en ce qui concerne sa résistance à l'amincissement. De ce fait, par exemple lorsque l'on réalise des récipients de section cylindrique par emboutissage de flans circulaires, il se crée, lors de l'emboutissage, des amincissements et des épaississements différents selon les directions sur le corps des objets emboutis et la collerette obtenue est irrégulière. En effet, cette collerette présente un profil sinueux comportant des "cornes" et des "creux de corne". Dans le cas d'un embouti sans collerette, cette irrégularité se situe au niveau de l'extrémité de la jupe périphérique et cette irrégularité crée un certain nombre d'obstacles lors d'opérations ultérieures. Cette anisotropie du métal en ce qui concerne sa résistance à l'amincissement est également responsable de la formation de plis ou d'ondulations dans certaines zones pendant l'emboutissage. Cette formation de plis ou d'ondulations est due à une différence de résistance au glissement du métal selon les zones sous le serre-flan qui entoure la matrice et le poinçon d'emboutissage. Cette anisotropie du métal est traduite par deux coefficients, bien connus dans la technique de l'emboutissage, en particulier de l'emboutissage en rétreint, le coefficient de Lankford r et le coefficient d'anisotropie planaire Ar. Le coefficient de Lankford r est représentatif de la résistance à l'amincissement du métal utilisé dans la direction dans laquelle il est déterminé. La direction dans laquelle le coefficient de Lankford est le plus élevé correspond à la direction dans laquelle le métal s'écoule facilement et donc ne forme pas de plis pendant l'emboutissage et par conséquent à la position des cornes. En revanche, la direction dans laquelle le coefficient de Lankford est le plus faible correspond à la direction dans laquelle le métal présente une grande résistance au glissement et donc forme des plis pendant l'emboutissage et par conséquent à la direction des creux de corne. L'anisotropie globale d'un acier est déterminée par le coefficient d'anisotropie normale moyen r, encore appelé coefficient de Lankford moyen: = r(O) + r(90) + 2r(45 ) o r(O), r(90) et r(45 ) sont les valeurs des coefficients d'anisotropie normale r dans les directions longitudinale, transversale et oblique à 45 du flan de tôle. Le coefficient d'anisotropie planaire,r est défini de la manière suivante \r = r élevé possible et un coefficient d'anisotropie planaire Ar proche de 0. De plus, dans le domaine de l'emballage, on cherche à limiter l'épaisseur afin de limiter le poids et les procédés actuels d'emboutissage permettent de réaliser des boîtes de très faible épaisseur à partir de flans d'épaisseur de l'ordre de 0,16 mm, ce qui impose des caractéristiques mécaniques élevées, en particulier la limite d'élasticité Re et la résistance à la traction Rm, afin d'assurer la bonne tenue mécanique d'une telle boîte. 11 est connu pour réaliser des emballages en acier, en particulier par emboutissage en rétreint, d'utiliser des aciers doux non dégazés sous vide. De tels aciers ont une teneur en carbone de l'ordre de 200 à 800 ppm (partie par million) et présentent, après avoir subi une opération d'écrouissage par laminage, dite opération de skin pass, avec un taux de réduction skin pass de l'ordre de 25 %, des caractéristiques mécaniques relativement élevées (Rm de l'ordre de 620 MPa). Mais ce type d'acier présente, toujours après opération de skin pass avec un taux de réduction de l'ordre de 25 %, un coefficient d'anisotropie planaire Ar élevé (,r = 0,6 pour un acier doux dont la teneur en carbone est égale à 800 ppm et une épaisseur à chaud de l'ordre de 2 mm). Il est également connu d'utiliser des aciers ultra bas carbone dégazés sous vide, à basse teneur en azote. Ce type d'acier, du fait de la très faible teneur en carbone, permet de diminuer le coefficient d'anisotropie planaire. Pour un acier doux bas carbone dégazé sous vide dont la teneur en carbone est de l'ordre de 50 ppm, le coefficient d'anisotropie planaire Ar après l'opération de skin pass avec un taux de réduction de l'ordre de 25 % est de l'ordre de 0,15 à 0,20. Mais ce type d'acier présente des caractéristiques mécaniques dégradées par rapport à celle des acier doux non dégazés sous vide (Rm de l'ordre de 530 MPa après opération de skin pass avec un taux de réduction de l'ordre de 25 %). Pour réobtenir les caractéristiques mécaniques obtenues avec un acier doux non dégazé sous vide, il est alors nécessaire d'effectuer l'opération de skin pass avec un taux de réduction plus élevé, de l'ordre de 35 %. Or, le relaminage au skin pass a pour effet de dégrader certaines propriétés telles que par exemple l'allongement pourcent après rupture et le coefficient d'anisotropie planaire Ar. En effet, le coefficient d'anisotropie planaire Ar d'un acier ultra bas carbone dégazé sous vide à basse teneur en azote (teneur en carbone inférieure à 40 ppm et teneur en azote inférieure à 40 ppm) passe de 0, 16 pour un taux de réduction au skin pass de l'ordre de 25 % à 0,28 pour un taux de réduction au skin pass de l'ordre de 35 %. La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'un acier pour emballage permettant à taux de réduction au skin pass identique, d'obtenir des caractéristiques mécaniques sensiblement égales à celles d'un acier doux non dégazé sous vide et des propriétés d'emboutissage sensiblement identiques à celles d'un acier ultra-bas carbone dégazé sous vide à faible teneur en azote. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, dans lequel on élabore un acier à basse teneur en carbone par dégazage sous vide dans une enceinte de décarburation, caractérisé en ce que après dégazage sous vide, on souffle de l'azote dans le bain d'acier pour ajouter audit acier de 80 à 140 ppm d'azote. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'acier est dégazé sous vide pour atteindre une teneur en carbone inférieure ou égale à 80 ppm, de préférence inférieure à 40 ppm; - l'acier est un acier extra doux calmé à l'aluminium sans titane ni niobium; - la composition de l'acier dégazé sous vide, avant insufflation de l'azote est la suivante en ppm Carbone le reste étant du fer et des résiduels. La présente invention concerne également un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage élaboré par le procédé ci dessus, caractérisé en ce qu'après son élaboration, il est laminé à chaud et/ou laminé à froid, il subit un recuit en continu ou sur base, et il subit un écrouissage par laminage léger. La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un acier tel que décrit ci-dessus pour la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond du type boites embouties-réembouties ou boites embouties-repassées. Les caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence à la figure annexée représentant dans un repère (Rm, Ar) la position d'un acier doux non dégazé, d'un acier ultra bas carbone dégazé sous vide à basse teneur en azote et de l'acier de l'invention. La présente invention concerne un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, particulièrement utile pour la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond, en particulier par emboutissage en rétreint, du type boites embouties-réembouties ou boites embouties-repassees. Cet acier est un acier à basse teneur en carbone élaboré de manière connue, au convertisseur d'aciérie, puis dégazé sous vide dans une enceinte de décarburation. La caractéristique importante de cet acier réside dans le fait que, après dégazage sous vide, on souffle de l'azote dans le bain d'acier pour ajouter audit acier de 80 à 140 ppm (partie par million) d'azote. L'intérêt de l'ajout de l'azote à l'aciérie, après dégazage sous vide, est de durcir l'acier par effet de solution solide. La teneur en azote rajoutée doit être supérieure à 80 ppm, car une teneur inférieure ne serait pas suffisamment efficace et on n'augmenterait pas de manière suffisamment significative les caractéristiques mécaniques de l'acier. La teneur en azote rajoutée doit également être inférieure à ppm, car si on ajoute plus de 140 ppm d'azote, I'acier devient trop effervescent et très difficile voire quasiment impossible à couler. De manière préférentielle, I'acier subit un dégazage sous vide jusqu'à atteindre une teneur en carbone inférieure ou égale à 80 ppm, de préférence à 40 ppm, et l'acier est un acier extra doux calmé à l'aluminium, sans titane ni niobium, par exemple un acier dont la composition avant insufflation de l'azote est la suivante en ppm: Carbone le reste étant du fer et des résiduels. L'acier après son élaboration selon le procédé décrit ci- dessus est ensuite coulé, laminé à chaud et/ou laminé à froid, il subit un recuit continu ou un recuit sur base, et il subit un écrouissage par laminage léger dans un train finisseur, encore appelé opération de skin pass. La Demanderesse a constaté que l'ajout d'azote après dégazage sous vide ne dégrade pas les propriétés d'emboutissage de l'acier, et en particulier n'influe pas sur le coefficient d'anisotropie planaire Ar. Plusieurs essais ont été réalisés permettant de montrer l'intérêt de l'ajout d'azote après dégazage sous vide de l'acier. Une première série de flans a été réalisée en acier doux de type standard à 800 ppm de carbone, laminé à froid, recuit et ayant subi une opération de skin pass avec un taux de réduction de 25 %. Une seconde série de flans a été réalisée en acier doux à très bas carbone calmé à l'aluminium, sans titane ni niobium dont la composition est la suivante en ppm Carbone 50 Manganèse 2000 Aluminium 300 Azote 30 Phosphore 120 Soufre 130 Silicium 150 Molybdène 60 Cuivre + Nickel + Chrome 600 le reste étant du fer et des résiduels. Cet acier a également été laminé à froid, recuit et a subi une opération de skin pass avec un taux de réduction de 25 %, dans des conditions identiques à la première série de flans. Enfin une troisième série de flans a été réalisée avec l'acier de l'invention, c'est à dire en élaborant au convertisseur un acier identique à celui de la seconde série de flans et en soufflant, après dégazage sous vide, 90 ppm d'azote. Cet acier a ensuite subi le même traitement de laminage, recuit et skin pass que les deux autres. On a alors mesuré pour chaque série de flans la résistance à la traction Rm ainsi que le coefficient d'anisotropie planaire Ar. Comme on peut le constater sur la figure, la première série de flans en acier doux standard présente une bonne résistance mécanique (Rm égal à 620 MPa), mais des qualités d'emboutissage médiocres (Ar = 0,6). La seconde série de flans en acier bas carbone dégazé sous vide à basse teneur en azote présente une moins bonne résistance mécanique (Rm = 530 MPa) mais des qualités d'emboutissage meilleures (Ar = 0,15). Ce type d'acier ne présente pas une résistance mécanique suffisante pour l'utilisation en emboutissage à très fort rétreint de très faible épaisseur. Enfin, la troisième série de flans en acier selon l'invention présente des caractéristiques mécaniques équivalentes à celles de la première série de flans (Rm = 620 MPa) et des qualités d'emboutissage encore meilleures que celles de la seconde série de flans (Ar = 0,13). Ainsi, on peut constater que non seulement l'ajout d'azote après dégazage de l'acier ne dégrade pas les caractéristiques d'emboutissage de l'acier, mais les améliore légèrement. Il est donc possible, en adaptant le taux de réduction au skin pass, d'obtenir un flan ayant des caractéristiques plus élevées (Rm de l'ordre de 700 MPa) et avec de bonnes qualités d'emboutissage (Ar des produits pour emboutissage profond. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, dans lequel on élabore un acier à basse teneur en carbone par dégazage sous vide dans une enceinte de décarburation, caractérisé en ce que après dégazage sous vide, on souffle de l'azote dans le bain d'acier pour ajouter audit acier de 80 à 140 ppm d'azote. 2 - Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier est dégazé sous vide pour atteindre une teneur en carbone inférieure à 80 ppm, de préférence inférieure à 40 ppm. 3 - Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier est un acier extra doux calmé à l'aluminium sans titane ni niobium. 4 - Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition de l'acier dégazé sous vide, avant insufflation de l'azote est la suivante en ppm: Carbone le reste étant du fer et des résiduels. - Acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, caractérisé en ce qu'il est élaboré par le procédé selon les revendications précédentes. 6 - Acier pour emballage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'après son élaboration, il est laminé à chaud et/ou laminé à froid, il subit un recuit en continu ou sur base, et il subit un écrouissage par laminage léger. 7 - Utilisation d'un acier selon l'une des revendications 5 ou 6 pour la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond du type boites embouties-réembouties ou boites embouties- repassées.