EP0764725A1 - Procédé de fabrication d'une bande métallique pour emballages et emballages métalliques obtenus par ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'une bande métallique pour emballages et emballages métalliques obtenus par ce procédé Download PDF

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EP0764725A1
EP0764725A1 EP96401861A EP96401861A EP0764725A1 EP 0764725 A1 EP0764725 A1 EP 0764725A1 EP 96401861 A EP96401861 A EP 96401861A EP 96401861 A EP96401861 A EP 96401861A EP 0764725 A1 EP0764725 A1 EP 0764725A1
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strip
steel
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cold
rolling
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EP96401861A
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Inventor
Véronique Sardoy
Olivier Branswyck
Patrick Zimmer
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Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0236—Cold rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0268—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment between cold rolling steps

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a thin metal strip intended for producing a metallic packaging of the type of food boxes.
  • the present invention also relates to a metallic packaging produced from a thin metallic strip of steel obtained by this process.
  • Metal packaging of the food box type is generally produced in two pieces or in three pieces.
  • three-piece boxes they consist of a body, generally a longitudinally welded ferrule, often molded, on which are crimped two lids, also called bottoms, one of which can be easily opened.
  • cover or lids In both cases, the cover or lids generally have steps to increase their rigidity.
  • the covers of food boxes as well as the bodies in the case of three-piece boxes are most often made from steel whose mechanical characteristics and in particular the elastic limit Re and the tensile strength Rm must be high to ensure good mechanical strength of the box and good resistance of the cover to internal pressure, during sterilization of the box.
  • manufacturers of food boxes in order to save money and to reduce weight, seek to reduce the thickness of the walls of the boxes. boxes and in particular the thickness of the cover while retaining the same mechanical characteristics, or even increasing them.
  • the hot strip is cold rolled, then undergoes recrystallization annealing at a temperature below Ac1 and then cold re-rolled.
  • this steel makes it possible to manufacture them from metal blanks with a thickness of 0.25mm, or even 0.23mm.
  • This increase in mechanical characteristics can be obtained by increasing the reduction rate of cold rolling.
  • the object of the present invention is to avoid these drawbacks, that is to say to provide a steel which either has the same mechanical characteristics (in particular Re, Rm) as the prior art, but which has a improved ductility in order to be able to more easily form the stiffening steps on the cover and the moldings on the body, avoiding the problems of necking of the material, or having superior mechanical characteristics (in particular Re, Rm) without degrading the ductility.
  • the subject of the invention is also a two or three-piece metal packaging, characterized in that it is produced from a thin metal strip obtained by the process mentioned above.
  • This steel is produced in a steelworks converter and refined in a ladle.
  • the hot strip is produced by rolling with hot from a slab of continuous casting or produced by direct casting between cylinders.
  • the important characteristics of this process lie in the fact that the nitrogen content is between 8 and 16.10 -3 % and that a cold re-rolling is carried out after annealing the strip at a reduction rate greater than 10%, preferably 20%.
  • the nitrogen content is ensured by adding a pocket of calcium cyanamide during the production of the steel or is ensured by blowing nitrogen gas at the end of the production of the steel when it is laid down.
  • the advantage of adding nitrogen is to harden the steel by the effect of a solid solution.
  • steels A, B and I being steels with low nitrogen content, that is to say with a nitrogen content of between 4 and 6.10 -3 % and steels C, D, E, F, G and H being steels with a higher nitrogen content, that is to say with a nitrogen content of between 8 and 16.10 -3 %.
  • steels A and B having a low nitrogen content respectively 5.3.10 -3 % and 5.7.10 -3 % and satisfying the rolling conditions of the process according to the invention, have a limit elasticity Re, of 570 MPa and 580 MPa respectively, a tensile strength Rm of 585 MPa and 600 MPa and an elongation at break A% of 0.3% and 0.2%.
  • steel C having a nitrogen content of 10.9.10 -3 % higher than steels A and B and having undergone very low cold rolling with a reduction rate of 2.5%, has weak mechanical characteristics and in particular an elastic limit Re of 445 MPa and a tensile strength Rm of 475 MPa.
  • Steel C can therefore easily be stamped given its high elongation at break, but will not have sufficient resistance to internal pressure and the cover will not resist.
  • Steel I makes it possible to obtain a yield strength identical to that of steel H, but by carrying out a much higher rate of cold rolling. However, the elongation at break of this steel is equal to 0, which makes it incapable of deformation.
  • the mechanical characteristics can be increased, while retaining the same elongation at break, or the same mechanical characteristics can be preserved and the elongation at break increased, which makes it possible to more easily form the steps on the bottom or the cover , the moldings on the body and to avoid the phenomena of necking of the material and also to have a better resistance of the box to the internal pressure.
  • the addition of nitrogen accelerates the hardening of the steel by aging, which can be used to increase the mechanical strength of the cover by natural aging or by raising the temperature during, for example, the sterilization of the box.
  • the method according to the invention gives flexibility in terms of the rate of reduction of cold rolling which facilitates the reduction in the thickness of the lid or of the body of the boxes because it is thus possible to offer steels having higher mechanical strength and having good deformability.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une bande métallique mince ayant la composition pondérale suivante : Carbone compris entre 50 et 80.10<-3>%, Manganèse compris entre 200 et 450.10<-3>%, Aluminium inférieur à 20.10<-3>%, Azote compris entre 8 et 16.10<-3>%, Phosphore inférieur à 20.10<-3>%, Soufre inférieur à 20.10<-3>%, Silicium inférieur à 20.10<-3>%, le reste étant du fer et des éléments résiduels, on effectue un laminage à froid de cette bande à chaud, on effectue un recuit de recristallisation et on effectue un relaminage à froid de la bande à un taux de réduction supérieur à 10%. L'invention s'applique à la fabrication d'une bande métallique mince destinée à la réalisation d'emballages métalliques du type boîtes alimentaires.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une bande métallique mince destinée à la réalisation d'un emballage métallique du type de boîtes alimentaires.
  • La présente invention a également pour objet un emballage métallique réalisé à partir d'une bande métallique mince en acier obtenue par ce procédé.
  • Les emballages métalliques du type boîtes alimentaires sont généralement réalisés en deux pièces ou en trois pièces.
  • Dans le cas des boîtes deux pièces, elles comportent un corps constitué d'un fond et d'une jupe périphérique, sur lequel est serti un couvercle, qui peut être à ouverture facile.
  • Dans le cas de boîtes trois pièces, elles sont constituées d'un corps, généralement une virole soudée longitudinalement, souvent moulurée, sur lequel sont sertis deux couvercles, encore appelés fonds, dont l'un peut être à ouverture facile.
  • Dans les deux cas, le couvercle ou les couvercles comportent généralement des gradins pour augmenter leur rigidité.
  • Les couvercles de boîtes alimentaires ainsi que les corps dans le cas des boîtes trois pièces, sont réalisés le plus souvent à partir d'acier dont les caractéristiques mécaniques et en particulier la limite d'élasticité Re et la résistance à la traction Rm doivent être élevées afin d'assurer une bonne tenue mécanique de la boîte et une bonne résistance du couvercle à la pression interne, lors de la stérilisation de la boîte.
  • Par ailleurs, les fabricants de boîtes alimentaires, dans un soucis d'économie et pour diminuer le poids cherchent à diminuer l'épaisseur des parois des boîtes et notamment l'épaisseur du couvercle tout en conservant les mêmes caractéristiques mécaniques, voire en les augmentant.
  • La tendance actuelle est de réaliser des couvercles à partir de flans de plus en plus minces d'épaisseur de l'ordre de 0,20mm voire de 0,18mm, et des corps à partir de flans métalliques de l'ordre de 0,14mm dans le cas des boîtes trois pièces.
  • Pour réaliser des boîtes alimentaires, il est connu de réaliser une bande à chaud à partir d'un acier calmé aluminium dont la composition pondérale est la suivante :
    • Carbone compris entre 50 et 80.10-3%,
    • Aluminium compris entre 40 et 70.10-3%,
    • Azote compris entre 4 et 6.10-3%,
    • Manganèse compris entre 200 et 450.10-3%.
  • La bande à chaud est laminée à froid, puis subit un recuit de recristallisation à une température inférieure à Ac1 et ensuite relaminée à froid.
  • Un tel acier ayant une teneur en azote de l'ordre de 4 à 6.10-3% présente après avoir subi un recuit continu, puis un relaminage à froid avec un taux de réduction de l'ordre de 25%, des caractéristiques mécaniques relativement élevées et notamment une résistance à la traction Rm de l'ordre 620 MPa.
  • Concernant les couvercles, cet acier permet de les fabriquer à partir de flans métalliques d'épaisseur de 0,25mm, voire de 0,23mm.
  • En effet, sa résistance mécanique est suffisamment élevée pour assurer la tenue mécanique du couvercle, en particulier sa tenue à la pression interne lors de la stérilisation et/ou la pasteurisation de la boîte.
  • De plus, un tel acier présente une ductilité satisfaisante permettant de réaliser les gradins de rigidification par emboutissage.
  • Lorsque l'on cherche à diminuer l'épaisseur du couvercle, il est nécessaire d'acroître les caractéristiques mécaniques du matériau, en particulier la limite d'élasticité Re et la charge maximale à la rupture Rm, afin de conférer au couvercle la même résistance qu'auparavant, mais avec une épaisseur moindre.
  • Cet accroissement des caractéristiques mécaniques peut s'obtenir en augmentant le taux de réduction du relaminage à froid.
  • Mais cette opération a pour conséquence néfaste de dégrader la ductilité du matériau ce qui entraîne une difficulté par exemple pour emboutir le couvercle, en particulier pour former les gradins de rigidification, ou par exemple pour la réalisation des moulures sur le corps de la boîte.
  • En effet, il peut apparaître des strictions localisées dans les gradins du fond ou les moulures du corps de boîte, par manque de ductilité du métal ce qui entraîne une diminution de la résistance de l'emballage à la mise en pression lors de la stérilisation ou lors de l'empilage des emballages.
  • La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients, c'est-à-dire de proposer un acier qui, soit présente les mêmes caractéristiques mécaniques (en particulier Re, Rm) que l'état de la technique, mais qui présente une ductilité améliorée afin de pouvoir former plus facilement les gradins de rigidification sur le couvercle et les moulures sur le corps en évitant les problèmes de striction du matériau, soit présente des caractéristiques mécaniques (en particulier Re, Rm) supérieures sans dégrader la ductilité.
  • L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'une bande métallique mince destinée à la réalisation d'un emballage métallique du type boîtes alimentaires, caractérisé en ce que :
    • on réalise une bande à chaud à partir d'un acier ayant la composition pondérale suivante :
      • Carbone compris entre 50 et 80.10-3%,
      • Manganèse compris entre 200 et 450.10-3%,
      • Aluminium inférieur à 20.10-3%,
      • Azote compris entre 8 et 16.10-3%,
      • Phosphore inférieur à 20.10-3%,
      • Soufre inférieur à 20.10-3%,
      • Silicium inférieur à 20.10-3%,
      • le reste étant du fer et des éléments résiduels,
    • on effectue un laminage à froid de cette bande à chaud,
    • on effectue un recuit de recristallisation à une température inférieure à Ac1,
    • et on effectue un relaminage à froid de la bande à un taux de réduction supérieur à 10%, de préférence 20%.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • l'acier est élaboré dans un convertisseur d'aciérie et affiné en poche,
    • on assure la teneur en azote par un ajout en poche de cyanamide calcique lors de l'élaboration de l'acier,
    • on assure la teneur en azote par soufflage d'azote gazeux en fin d'élaboration de l'acier lors de sa mise à nuance,
    • on réalise la bande à chaud par laminage à chaud d'une brame de coulée continue,
    • on réalise la bande à chaud par coulée directe entre cylindres,
    • on effectue le relaminage à froid de la bande à un taux de réduction compris entre 10 et 40%, de préférence entre 20 et 30%.
  • L'invention a également pour objet un emballage métallique deux ou trois pièces, caractérisé en ce qu'il est fabriqué à partir d'une bande métallique mince 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.
  • L'invention concerne un procédé de fabrication d'une bande métallique mince destinée à la réalisation d'un emballage métallique du type boîtes alimentaires, dans lequel:
    • on réalise une bande à chaud à partir d'un acier ayant la composition pondérale suivante :
      • Carbone compris entre 50 et 80.10-3%,
      • Manganèse compris entre 200 et 450.10-3%,
      • Aluminium inférieur à 20.10-3%,
      • Azote compris entre 8 et 16.10-3%,
      • Phosphore intérieur à 20.10-3%,
      • Soufre inférieur à 20.10-3%,
      • Silicium inférieur à 20.10-3%,
      • le reste étant du fer et des éléments résiduels,
    • on effectue un laminage à froid de cette bande à chaud,
    • on effectue un recuit de recristallisation à une température inférieure à Ac1, de préférence un recuit continu,
    • et on effectue un relaminage à froid de la bande à un taux de réduction supérieur à 10% et de préférence supérieur à 20%, généralement compris entre 20 et 30%.
  • Cet acier est élaboré dans un convertisseur d'aciérie et affiné en poche.
  • La bande à chaud est élaborée par laminage à chaud d'une brame de coulée continue ou élaborée par coulée directe entre cylindres.
  • Les caractéristiques importantes de ce procédé résident dans le fait que la teneur en azote est comprise entre 8 et 16.10-3% et que l'on effectue un relaminage à froid après recuit de la bande à un taux de réduction supérieur à 10%, de préférence 20%.
  • La teneur en azote est assurée par ajout en poche de cyanamide calcique lors de l'élaboration de l'acier ou est assurée par soufflage d'azote gazeux en fin d'élaboration de l'acier lors de sa mise à nuance.
  • L'intérêt de l'ajout de l'azote est de durcir l'acier par effet de solution solide.
  • Grâce à cet ajout d'azote pour obtenir dans l'acier une teneur en azote comprise entre 8 et 16.10-3%, il est possible, par rapport aux procédés de fabrication selon l'état de la technique avec des aciers possédant une teneur en azote comprise entre 4 et 6.10-3% d'azote, de ne pas augmenter le taux de relaminage à froid, tout en augmentant les caractéristiques mécaniques et en obtenant sensiblement la même ductilité ou de diminuer le taux de relaminage à froid pour conserver les mêmes caractéristiques, mais en obtenant une ductilité plus importante.
  • Plusieurs essais ont été réalisés permettant de montrer l'intérêt du procédé selon l'invention.
  • Dans le tableau ci-dessous, différentes compositions d'aciers sont indiquées, les aciers A, B et I étant des aciers à faible teneur en azote, c'est à dire avec une teneur en azote comprise entre 4 et 6.10-3% et les aciers C, D, E, F, G et H étant des aciers à plus forte teneur en azote, c'est à dire avec une teneur en azote comprise entre 8 et 16.10-3%.
  • A partir de ces aciers, on a réalisé des bandes à chaud et on a effectué un laminage à froid de ces bandes à chaud, puis un recuit continu de recristallisation à une température inférieure à Ac1 et enfin un relaminage à froid des bandes.
  • Pour caractériser la ductilité, les essais ont été effectués en déterminant l'allongement à la rupture A%.
    Figure imgb0001
  • On constate dans ce tableau que les aciers A et B possédant une faible teneur en azote, respectivement de 5,3.10-3% et de 5,7.10-3% et satisfaisant aux conditions de laminage du procédé selon l'invention, présentent une limite d'élasticité Re, respectivement de 570 MPa et de 580 MPa, une résistance à la traction Rm de 585 MPa et de 600 MPa et un allongement à la rupture A% de 0,3% et de 0,2%.
  • Par contre, l'acier C possédant une teneur en azote de 10,9.10-3% supérieure aux aciers A et B et ayant subi un relaminage à froid très faible avec un taux de réduction de 2,5%, présente des caractéristiques mécaniques faibles et notamment une limite d'élasticité Re de 445 MPa et une résistance à la traction Rm de 475 MPa.
  • L'allongement à la rupture A% de l'acier C est par contre élevé et égal à 14%.
  • L'acier C pourra donc facilement être embouti compte tenu de son allongement à la rupture élevé, mais ne présentera pas une résistance à la pression interne suffisante et le couvercle ne résistera pas.
  • Avec les aciers D, E, F, G et H on voit que pour une teneur en azote élevée comprise entre 10 et 15.10-3% et ayant subi un relaminage à froid avec un taux de réduction variant de 10 à 32%, on augmente les caractéristiques mécaniques tout en ayant un allongement à la rupture A% qui est de 0,7% pour l'acier D, de 0,3% pour l'acier E, de 0,2% pour l'acier F, de 5,0% pour l'acier G, et de 0,8% pour l'acier H.
  • L'acier I permet d'obtenir une limite d'élasticité identique à celle de l'acier H, mais en réalisant un taux de relaminage à froid très supérieur. Mais, l'allongement à la rupture de cet acier est égal à 0 ce qui le rend inapte à la déformation.
  • Par conséquent, en trouvant un compromis satisfaisant entre la teneur en azote et le taux de relaminage à froid, on peut augmenter les caractéristiques mécaniques, tout en conservant le même allongement à la rupture ou conserver les mêmes caractéristiques mécaniques et augmenter l'allongement à la rupture ce qui permet de pouvoir former plus facilement les gradins sur le fond ou le couvercle, les moulures sur le corps et d'éviter les phénomènes de striction du matériau et également d'avoir une meilleure résistance de la boîte à la pression interne.
  • Par ailleurs, l'ajout d'azote accélère le durcissement de l'acier par vieillissement ce qui peut être mis à profit pour augmenter la tenue mécanique du couvercle par vieillissement naturel ou par une élévation de la température lors par exemple de la stérilisation de la boîte.
  • Ainsi, le procédé selon l'invention donne de la souplesse au niveau du taux de réduction du relaminage à froid ce qui facilite la diminution de l'épaisseur du couvercle ou du corps des boîtes du fait qu'il est ainsi possible de proposer des aciers possédant une résistance mécanique plus élevée et ayant une bonne aptitude à la déformation.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d'une bande métallique mince destinée à la réalisation d'un emballage métallique du type de boîtes alimentaires, caractérisé en ce que :
    - on réalise une bande à chaud à partir d'un acier ayant la composition pondérale suivante :
    Carbone compris entre 50 et 80.10-3%,
    Manganèse compris entre 200 et 450.10-3%,
    Aluminium inférieur à 20.10-3%,
    Azote compris entre 8 et 16.10-3%,
    Phosphore inférieur à 20.10-3%,
    Soufre inférieur à 20.10-3%,
    Silicium inférieur à 20.10-3%,
    le reste étant du fer et des éléments résiduels,
    - on effectue un laminage à froid de cette bande à chaud,
    - on effectue un recuit de recristallisation à une température inférieure à Ac1,
    - et on effectue un relaminage à froid de la bande à un taux de réduction supérieur à 10%, de préférence 20%.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier est élaboré dans un convertisseur d'aciérie et affiné en poche.
  3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on assure la teneur en azote par ajout en poche de cyanamide calcique lors de l'élaboration de l'acier.
  4. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on assure la teneur en azote par soufflage d'azote gazeux en fin d'élaboration de l'acier lors de sa mise à nuance.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise la bande à chaud par laminage à chaud d'une brame de coulée continue.
  6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise la bande à chaud par coulée directe entre cylindres.
  7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le relaminage à froid de la bande à un taux de réduction compris entre 10 et 40%, de préférence entre 20 et 30%.
  8. Emballage métallique trois pièces, formé d'un corps sur lequel sont sertis deux fonds ou couvercles, caractérisé en ce que ledit emballage est fabriqué à partir d'une bande métallique mince obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. Emballage métallique deux pièces, formé d'un corps comprenant un fond et une jupe périphérique, sur lequel est serti un couvercle, caractérisé en ce que le couvercle est fabriqué à partir d'une bande métallique mince obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
EP96401861A 1995-09-21 1996-08-29 Procédé de fabrication d'une bande métallique pour emballages et emballages métalliques obtenus par ce procédé Withdrawn EP0764725A1 (fr)

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