Brevet FR2730942A1 — publié le 19960830

La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'une tôle ou d'une bande d'acier destinée à la réalisation d'une boîte obtenue par emboutissagerepassage, du type boîte-boisson. La présente invention a également pour objet une tôle ou une bande d'acier destinée à la réalisation d'une boîte obtenue par emboutissage-repassage. Ce type de boîtes comporte généralement un fond, une jupe périphérique et un col pour réaliser le sertissage d'un couvercle, qui peut être à ouverture facile, et est fabriqué notamment par emboutissagerepassage à partir d'une coupelle découpée dans une tôle ou une bande. A cet effet, la coupelle subit d'abord un emboutissage par rétreint relativement sévère sur une presse qui comporte de manière classique, d'une part, un poinçon fixe et un support formant un serre-flan périphérique coulissant autour dudit poinçon et sur lesquels repose la coupelle et, d'autre part, une matrice destinée à être appliquée sur la coupelle suivant une force transmise verticalement par un coulisseau supérieur. La coupelle comportant un fond et un bord formé lors de l'opération d'emboutissage est ensuite soit calibrée par un léger emboutissage sans utilisation d'un serre-flan, soit réemboutie avec serre-flan puis est soumise à une opération de repassage qui consiste à étirer au moyen d'une étireuse, par des réductions successives, le bord pour former progressivement la jupe périphérique de la boîte. Ensuite, le fond est formé sur l'étireuse pour lui conférer une géométrie déterminée et le col de la jupe périphérique est formé selon deux techniques, soit une technique de rétreint avec matrice, soit une technique de rétreint à la molette. La technique de rétreint avec matrice consiste à forcer le col dans une matrice possédant un profil d'entrée conique et un profil de sortie cylindrique. Une pièce cylindrique assure le guidage de la paroi formée en sortie de matrice. La force requise pour permettre la déformation du métal provient de la poussée appliquée sur le fond de la boîte et transmise axialement par sa jupe périphérique. Pour atteindre le diamètre intérieur souhaité, plusieurs réductions successives sont nécessaires, chacune étant une étape de formage distincte. Lorsque la réduction de diamètre est obtenue, le bordage est généralement réalisé avec des molettes. La technique de rétreint à la molette consiste à entraîner la boîte en rotation qui est maintenue entre un poussoir et un anneau de centrage. L'extrémité libre de la jupe périphérique est engagée sur un mandrin et deux molettes se déplaçant axialement forment le col de la boîte qui progressivement se dégage du mandrin tout en étant toujours maintenu entre le poussoir et l'anneau de centrage. Le profil du col est obtenu par les déplacements simultanés des molettes, de l'anneau de centrage et du poussoir. Après ces différentes opérations, la boîte est remplie et un couvercle, par exemple à ouverture facile, est serti sur le col de ladite boîte. Il est connu pour réaliser ce type de boites d'utiliser une tôle ou une bande en acier dit extra-doux et dont la composition en pourcentage poids est la suivante Carbone de l'ordre de 0,030 à 0,040 Manganèse de l'ordre de 0,15 à 0,25% Azote de l'ordre de 0,004k à 0,006 Aluminium de l'ordre de 0,03 et 0,05k Phosphore inférieur à 0,015â Soufre inférieur à 0,020* Silicium inférieur à 0,020S, au maximum 0,08W d'un ou plusieurs des éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles. La tôle ou la bande est élaborée par un procédé dans lequel la brame issue d'une coulée continue est laminée à chaud, puis laminée à froid pour obtenir un feuillard qui est soumis à un recuit de recristallisation à une température inférieure à Acl. Ce procédé permet d'obtenir un feuillard qui possède une épaisseur finale d'environ 0,30mm et de réaliser à partir de ce feuillard une boîte dont la paroi de la jupe périphérique après emboutissage- repassage possède une épaisseur de l'ordre de 0,imm. Or, les fabricants de boîtes, dans un souci d'économie et d'augmentation de la productivité, cherchent à réaliser des boîtes d'un poids réduit, c'est à dire avec des parois d'épaisseur plus mince. Pour que la boîte avec des parois de plus faible épaisseur puisse tenir à la pression interne des liquides qu'elle contient, en particulier lorsqu'il s'agit d'une boisson gazeuse, et pour que la boite ellemême possède une tenue mécanique suffisante, il est nécessaire d'utiliser des aciers dont les caractéristiques mécaniques sont plus élevées. Pour augmenter les caractéristiques mécaniques, les industriels ont, à partir d'un acier extra doux dont la composition a été précédemment mentionnée, soumis une brame à un laminage à chaud et à un laminage à froid pour obtenir un feuillard qui est soumis à un recuit de recristallisation à une température inférieure à Acl, puis est relaminé à froid. Mais, on sait qu'une diminution de l'épaisseur ou une augmentation des caractéristiques mécaniques des tôles ou des bandes accentue les phénomènes de plissement au moment de l'élaboration des boîtes. Des essais ont montré que ce procédé entraîne une diminution du domaine d'emboutissabilité de la tôle ou de la bande et une augmentation du taux de cornes au moment de l'emboutissage de la boîte. Une diminution du domaine d'emboutissabilité entraîne des difficultés pour le formage du fond et est à l'origine de l'apparition de plis, pendant l'opération d'emboutissage. Pour éviter la formation de plis lors de l'emboutissage, on peut augmenter la pression exercée par le serre-flan sur le flan de tôle, mais cette augmentation de pression du serre-flan pose un problème de contrôle de l'écoulement du métal pendant l'emboutissage et peut de ce fait provoquer des cassures ou des déchirures du métal, en particulier au niveau des rayons de raccordement. D'autre part, l'augmentation du taux de cornes pose un problème au moment de l'extraction de la boîte du poinçon d'étirage, c'est à dire, au moment de l'opération dite de dévétissage. En effet, cette opération est réalisée en faisant coulisser une bague sur le poinçon d'étirage de telle manière que cette bague puisse prendre appui sur le bord libre de la jupe périphérique de la boîte. Lorsque la jupe périphérique du corps de la boîte présente des cornes importantes, la bague de dévétissage n'appuie que sur quelques points de ladite jupe et très souvent on assiste à un plissement de la jupe pendant le dévétissage ce qui impose de mettre la boîte au rebut. Pour diminuer le taux de cornes, il est connu de bobiner à chaud le feuillard avant laminage à froid et recuit de recristallisation. Mais, cette opération supplémentaire entraîne des inconvénients, car les rives de la tôle ou de la bande sont directement en contact avec l'air ambiant et se refroidissent plus rapidement que le coeur. Ce refroidissement naturel différentiel entre les rives et le coeur provoque une hétérogénéité des caractéristiques mécaniques de la tôle ou de la bande. De plus, le bobinage à chaud entraîne la formation d'une cémentite grossière. La cémentite grossière peut entraîner le perçage de la paroi de la jupe périphérique au moment de la formation du col et un arrachement de ce métal lors de l'opération d'étirage à cause des particules dures dans l'acier. De plus, la présence de particules dures dans l'acier entraîne une usure prématurée des différents outils d'emboutissage et de repassage. Ainsi, les industriels pour arriver à diminuer l'épaisseur des parois des boîtes se trouvent confrontés à des problèmes importants et qui sont souvent antinomiques. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un procédé d'élaboration d'une tôle ou d'une bande destinée à la réalisation d'une boîte obtenue par emboutissage-repassage qui permet de réduire l'épaisseur des parois de la boîte et par conséquent d'obtenir un gain de poids. L'invention a pour objet un procédé d'élaboration d'une tôle ou d'une bande destinée à la réalisation d'une boîte obtenue par emboutissage-repassage, du type boîte-boisson, à partir d'un acier possédant la composition en pourcentage poids suivante - Carbone inférieur à 0,008%, - Manganèse compris entre 0,10 et 0,30%, - Azote inférieure à 0,006 , - Aluminium compris entre 0,01 et 0,06%, - Phosphore inférieur à 0,015, - Soufre inférieur à 0,020W, - Silicium inférieur à 0,020k, au maximum 0,08% d'un ou de plusieurs des éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles, procédé dans lequel la brame est laminée à chaud en une tôle à chaud ou un feuillard d'épaisseur inférieure à 3mm, puis la tôle à chaud ou le feuillard est laminé à froid avec un taux de réduction compris entre 83 et 92% et soumis à un recuit de recristallisation à une température inférieure à Acl et enfin relaminé à froid avec un taux de réduction compris entre 10 et 40W. L'invention a également pour objet une tôle ou bande d'acier destinée à la réalisation d'une boîte obtenue par emboutissage-repassage, du type boîteboisson, caractérisé en ce qu'elle est obtenue par le procédé mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple. La fabrication d'une boîte, du type boîteboisson, par emboutissage-repassage consiste à découper dans une tôle ou une bande d'acier un flan, puis à emboutir par rétreint relativement sévère sur une presse ce flan pour former une coupelle. Ensuite, la coupelle comportant un fond et un bord est calibrée et est soumise à une opération de repassage consistant à étirer, par des réductions successives, le bord pour former progressivement la jupe périphérique de la boîte. Le fond est alors formé pour lui conférer la géométrie déterminée et le col de la jupe périphérique est formé soit par une technique de rétreint avec matrice, soit par une technique de rétreint à la molette Afin de pouvoir fabriquer une boîte dont les parois ont une très faible épaisseur, l'invention propose d'élaborer ce type de boîte par cette technique d'emboutissage-repassage à partir d'un acier à très bas carbone possédant la composition en pourcentage poids suivante:: - Carbone inférieur à 0,008%, - Manganèse compris entre 0,10 et 0,30%, - Azote inférieure à 0,006k, - Aluminium compris entre 0,01 et 0,06%, - Phosphore inférieur à 0,015, - Soufre inférieur à 0,020t, - Silicium inférieur à 0,0208, au maximum 0,08% d'un ou plusieurs des éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles, et selon un procédé dans lequel la brame issue d'une coulée continue est laminée à chaud en une tôle à chaud ou un feuillard d'épaisseur inférieure à 3mm, puis la tôle à chaud ou le feuillard est laminé à froid avec un taux de réduction compris entre 83 et 92 et soumis à un recuit de recristallisation à température inférieure à Acl et enfin relaminé à froid avec un taux de réduction compris entre 10 et 40%. La brame est laminée à chaud en un feuillard d'épaisseur comprise entre 1,8 et 2,5mm et de préférence entre 2 et 2,4mm, puis le feuillard est laminé à froid avec un taux de réduction pour amener ledit feuillard à une épaisseur comprise entre 0,26 et 0,32mm et soumis à un recuit de recristallisation à une température inférieure à Acl et enfin relaminé à froid avec un taux de réduction compris entre 28 et 35% pour amener ledit feuillard à une épaisseur comprise entre 0,18 et 0,22mm. Le recuit de recristallisation est un recuit continu. Pour pouvoir élaborer une tôle ou une bande en acier de faible épaisseur, comprise entre 0,18 et 0,22mm et qui possède toutes les propriétés nécessaires à la réalisation de boîtes dites boîtes embouties et repassées dont les parois ont une épaisseur égale, voire inférieure à 0,07 mm, on s'est rendu compte qu'il est nécessaire d'utiliser un acier à très bas carbone dont la teneur en carbone est inférieure, en pourcentage poids, à 0,008% et d'élaborer cet acier selon la technique dite de double réduction, c'est à dire de faire subir à la tôle ou à la bande laminée à chaud, un laminage à froid suivi d'un recuit de recristallisation et d'un relaminage à froid. De manière surprenante, on s'est rendu compte que pour obtenir les caractéristiques mécaniques optimales afin de pouvoir réaliser les opérations d'emboutissage et de repassage nécessaires à l'obtention d'une boite dont les parois ont une épaisseur égale à 0,07mm, qu'il fallait réduire le taux de réduction du premier laminage à froid de la tôle ou de la bande. En effet, par exemple si on examine, le taux de cornes, d'une tôle ou d'une bande d'acier réalisée à partir d'un acier ayant la composition en pourcentage poids suivante - carbone 0,003k, - manganèse 0,204%, - phosphore 0,009%, - soufre 0,009k, - azote 0,003 , - silicium 0,002, - cuivre 0,008t, - nickel 0,021k, - chrome 0,017, - aluminium 0,027, le reste étant du fer, et qui a subi un laminage à chaud pour obtenir une bande laminée à chaud d'épaisseur de 2,3mm, puis laminée à froid pour obtenir une bande d'épaisseur de 0,26mm, et recuite en continu à une température inférieure à Acl et enfin relaminée à froid pour amener cette bande à une épaisseur égale à 0,18mm, le taux de cornes est égale à -0,2. En revanche, une tôle ou une bande réalisée à partir du même acier, mais qui a été laminée à chaud pour l'amener à une épaisseur égale à 1,8mm, puis laminée à froid pour obtenir une bande d'épaisseur de 0,26mm, puis recuite en continu dans les mêmes conditions et relaminée à froid pour l'amener à une épaisseur égale à 0,18mm, présente un taux de cornes égal à -0,05, ce qui est un coefficient très proche de 0, donc représentatif d'un acier ayant une très faible propension à former les cornes. Il est donc particulièrement important de respecter les taux de laminage à froid et de relaminage après recuit ainsi que d'appliquer un taux de laminage à chaud important afin d'élaborer une bande laminée à chaud d'épaisseur inférieure à 3mm, de préférence comprise entre 1,8 et 2,5 mm. Outre cet aspect concernant le procédé d'obtention de la bande, il est également nécessaire pour pouvoir réaliser des boîtes embouties-repassées de très faible épaisseur d'utiliser un acier à très basse teneur en carbone. Dans le tableau 1 ci-dessous, différentes compositions d'acier sont indiquées, les aciers A à F étant des aciers à très bas carbone, c'est à dire des aciers dont le pourcentage en carbone est inférieur à 0,006% et les aciers G et H étant des aciers extra-doux. ACIERS C Mn P S N Si Cu Ni Cr Al A 0,0032 0,192 0,008 0,010 0,003 0,007 0,007 0,019 0,015 0,048 B 0,0029 0,192 0,008 0,011 0,005 0,007 0,007 0,019 0,015 0,047 C 0,0028 0,192 0,009 0,011 0,004 0,007 0,007 0,019 0,015 0,048 D 0,0027 0,192 0,009 0,012 0,003 0,007 0,007 0,019 0,015 0,047 E 0,0033 0,198 0,012 0,009 0,002 0,003 0,006 0,018 0,018 0,030 F 0,0030 0,204 0,009 0,009 0,003 0,002 0,008 0,021 0,017 0,027 G 0,0274 0,192 0,009 0,011 0,004 0,007 0,007 0,019 0,015 0,048 H 0,0282 0,192 0,009 0,012 0,003 0,007 0.007 0,019 0,015 0,047 TABLEAU 1 Des brames ayant chacune une des compositions indiquées dans le tableau 1 ci-dessus, ont été soumises à un traitement qui consiste à laminer à chaud chaque brame en un feuillard, puis à laminer à froid ce feuillard et à soumettre ledit feuillard à un recuit de recristallisation à une température inférieure à Acl et enfin à le relaminer à froid. Les tôles ou les bandes d'acier obtenues par ce procédé ont été soumises à des essais afin de déterminer les limites d'élasticité Re et Rm en sens long et en sens travers ainsi que le taux de cornes AC. Les résultats sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous. ACIERS Taux de laminage Taux de relaminage Traction sens long Traction sens travers #C à froid à froid aniso (réduction) (réduction) Re (MPa) Rm(MPa) Re(MPa) Rm(MPa) A 88,7% 31% 595 625 -0,20 B 95% 21% 509 512 462 554 -0,06 C 88% 16% 457 475 467 503 -0,04 D 90,7% 21% 513 517 555 -0,24 E 90,4% 16% 463 475 487 506 -0,13 F 91,1% 10% 384 400 458 418 -0,11 G 86% 11% 455 477 360 501 -0,28 H 84,3% 20% 532 551 350 584 -0,41 TABLEAU 2 On constate dans ce tableau que les aciers G et H, bien que satisfaisant aux conditions de laminage du procédé selon l'invention présentent un coefficient AC plus éloigné de O que les aciers B, C, E. En effet, l'acier B et l'acier H ont subi des conditions de laminage à chaud, à froid, de recuit et de relaminage à froid semblables. Cependant, l'acier H présente des valeurs de limite d'élasticité et de résistance à la traction supérieures et surtout un dC très inférieur et beaucoup plus éloigné de 0. De même, bien que l'acier G ait subi un taux de laminage à froid de 86t et un taux de relaminage de 11%, inférieurs à ceux subis par l'acier C, AC de l'acier G est plus éloigné de 0 que le dC de l'acier C. D'autre part, le taux de laminage à froid de l'acier B étant de 85% et celui de l'acier D étant de 90,7% et ces deux aciers ayant subi le même taux de relaminage après recuit, aC aniso de l'acier D est de 0,24 et AC aniso de l'acier B est de -0,06. Ainsi, la tôle ou la bande d'acier à très bas carbone, inférieur à 0,008% et élaborée par le procédé selon l'invention, c'est à dire avec un laminage à chaud, un laminage à froid avec un taux de réduction compris entre 83 et 92%, puis un recuit de recristallisation à une température inférieure à Acl et enfin un relaminage à froid avec un taux de réduction compris entre 10 et 40%, possède une limite d'élasticité en sens long comprise entre 350 et 450 MPa pour une épaisseur finale d'environ 0,22mm, entre 440 et 540 MPa pour une épaisseur finale d'environ 0,20mm et entre 500 et 600 MPa pour une épaisseur finale d'environ 0,18mm. Les tôles ou les bandes selon l'invention peuvent également être caractérisées par le fait que le nombre de grains de ferrite par mm2 est compris entre 10000 et 30000 et de préférence entre 15000 et 25000, ce qui correspond à une taille de grains très petite. Ceci est important pour la régularité des caractéristiques du métal tout au long de la bobine, et pour éviter les inconvénients antinomiques liés à l'emboutissage, au repassage et à la formation du col. Le procédé d'élaboration d'une tôle selon l'invention permet également de conserver une quantité déterminée de carbone en solution dans la tôle. Une telle tôle présente donc la caractéristique de durcir de manière significative lors de la cuisson du vernis, pratiquée sur la boîte après sa mise en forme. Cette caractéristique est très importante dans le cas de la fabrication des boîtes obtenues par emboutissage-repassage car la tôle selon le procédé de l'invention présente les caractéristiques mécaniques adéquates pour favoriser sa mise en forme, les caractéristiques mécaniques variant peu dans le temps. Une fois la boîte formée, vernie et ayant subi le traitement de cuisson du vernis, les caractéristiques mécaniques sont augmentées de manière significative ce qui présente l'avantage d'accroître la tenue mécanique de la boîte. Cette tenue mécanique de la boîte est notamment caractérisée par la pression de retournement du dôme du fond de ladite boîte. Cette pression de retournement, pression limite à partir de laquelle le dôme réalisé sur le fond de la boîte se retourne, augmente de l'ordre de 10% après étuvage pour passer par exemple, pour un type de boîte donnée, de 6,3 à 6,9 bars. Ceci est particulièrement le cas pour les taux de relaminage à froid après recuit de la tôle compris entre 10 et 30%. Ainsi, le procédé selon l'invention pour l'élaboration d'une tôle ou d'une bande d'acier à très bas carbone destinée à la réalisation d'une boîte, du type boîte-boisson, obtenue par emboutissage-repassage, permet de diminuer l'épaisseur des parois de la boîte et d'obtenir un gain de poids d'environ 30% sur la tôle ou la bande, tout en augmentant le domaine d'emboutissabilité et en réduisant le taux de cornes et les risques de formation de plis au moment de l'emboutissage de la boîte. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élaboration d'une tôle ou d'une bande destinée à la réalisation d'une boîte obtenue par emboutissage-repassage, du type boîte-boisson, à partir d'un acier possédant la composition en pourcentage poids suivante - Carbone inférieur à 0,008 % - Manganèse compris entre 0,10 et 0,30 % - Azote inférieur à 0,006 W - Aluminium compris entre 0,01 et 0,06 W - Phosphore inférieur à 0,015 W - Soufre inférieur à 0,020 W - Silicium inférieur à 0,020 % au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs des éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles, procédé dans lequel la brame est laminée à chaud en une tôle à chaud ou un feuillard d'épaisseur inférieure à 3 mm, puis la tôle à chaud ou le feuillard est laminé à froid avec un taux de réduction compris entre 83 et 92% et soumis à un recuit de recristallisation à une température inférieure à Acl et enfin relaminé à froid avec un taux de réduction compris entre 10 et 40 %. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la brame est laminée à chaud en un feuillard d'épaisseur comprise entre 1,8 et 2,5mm. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la brame est laminée à chaud en un feuillard d'épaisseur comprise entre 2 et 2,4 mm. 4.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le feuillard est laminé à froid avec un taux de réduction pour amener ledit feuillard à une épaisseur comprise entre 0,26 et 0,32 mm. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le feuillard est relaminé à froid avec un taux de réduction compris entre 28 et 35 %. 6. Procédé selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le feuillard est relaminé à froid avec un taux de réduction pour amener ledit feuillard à une épaisseur comprise entre 0,18 et 0,22 mm. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recuit de recristallisation est un recuit continu. 8. Tôle ou bande d'acier destinée à la réalisation d'une boîte obtenue par emboutissage-repassage, de type boîte-boisson, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Tôle ou bande d'acier selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle possède une limite d'élasticité en sens long comprise entre 350 et 450 MPa pour une tôle ou une bande d'épaisseur finale d'environ 0,22 mm, entre 440 et 540 MPa pour une tôle ou une bande d'épaisseur finale d'environ 0,20 mm et entre 500 et 600 MPa pour une tôle ou une bande d'épaisseur finale d'environ 0,18 mm. 10. Tôle ou bande d'acier selon la revendication 8, caractérisée en ce que le nombre de grains de ferrite par mm2 est compris entre 10 000 et 30 000 et de préférence entre 15 000 et 25 000. 11. Utilisation d'une tôle ou d'une bande d'acier obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour la réalisation d'une boiteboisson fabriquée par emboutissage-repassage.