EP0592267A1 - Acier pour emballage à ouverture par rupture d'une ligne de moindre résistance - Google Patents

Acier pour emballage à ouverture par rupture d'une ligne de moindre résistance Download PDF

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EP0592267A1
EP0592267A1 EP93402311A EP93402311A EP0592267A1 EP 0592267 A1 EP0592267 A1 EP 0592267A1 EP 93402311 A EP93402311 A EP 93402311A EP 93402311 A EP93402311 A EP 93402311A EP 0592267 A1 EP0592267 A1 EP 0592267A1
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Jean-François Seconde
Patrick Zimmer
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Sollac SA
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Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60

Definitions

  • the present invention relates to packaging of the type with opening by breaking a line of least resistance known as an easy-opening box.
  • Such packages are known which are for example intended to contain a drink, preserves or other products.
  • They include a cover in which is arranged a line of least resistance, for example an incision, delimiting an opening panel.
  • An actuating ring is fixed to the opening panel using a rivet.
  • the opening is caused by a tensile force on the actuating ring so as to break the metal at the level of the incision, the opening panel possibly being able to include a zone of connection with the cover so as not to come off. completely from the latter.
  • Such packaging can be made of aluminum but they are then relatively expensive.
  • the steel used for the production of such packaging must make it possible on the one hand to form the fastening rivet of the opening ring and, on the other hand, to break the line of least resistance easily without having to exert a too much effort.
  • the breaking load Rm must not be too high because otherwise the opening force to be exerted to break the line of least resistance must be significant.
  • the elastic limit ratio Re on breaking load Rm must be close to 1 so that the steel is sufficiently weakened to cause easy opening.
  • this Re / Rm ratio should not be too high, that is to say too close to 1, because in this case, the steel being very weakened, it becomes almost impossible to form the rivet, this operation requiring drawing. deep of the steel lid of the package.
  • the standard steel commonly used the elastic limit Re of which is equal to approximately 415 MPa and the breaking load Rm of the order of 430 MPa results in a Re / Rm ratio of the order of 0.96.
  • An easy-opening cover produced with such a steel has a high opening force, due to the value of Rm and a residual thickness at the level of the relatively large incision.
  • the level of elastic limit is important, which causes the formation of visible vermiculations during the stamping of the packaging, detrimental to the aesthetic appearance of the latter.
  • the object of the invention is to provide a packaging of the type with opening by breaking a line of least resistance, for which the overall effort required for opening is reduced, while having an improved appearance. after stamping the packaging, and good ability to form the rivet.
  • the subject of the invention is a metal packaging of the type with opening by rupture of a line of least resistance arranged in a wall portion of sheet steel, characterized in that the steel constituting the sheet has a carbon content of between 0.02 and 0.08% by weight and a boron content of between 0.002 and 0.004% by weight, the steel also containing nitrogen, the ratio of the boron content to the nitrogen content being greater than 0.8, the remainder being mainly iron and residual elements.
  • the subject of the invention is also a sheet of steel intended for producing a package and characterized in that the ratio of its elastic limit to its load at break is between 0.87 and 0.96, preferably between 0.91 and 0.92.
  • the subject of the invention is also a method of manufacturing a sheet suitable for producing the packaging according to the invention, in which the sheet is obtained by continuous rolling, and characterized in that after this continuous rolling, the sheet is subjected to a base annealing carried out for 8 to 10 hours at a temperature between approximately 550 and 650 ° C., the rise in temperature from ambient temperature being carried out in approximately 20 hours, then the sheet is subjected to a re-rolling cold with an elongation rate of between 5% and 10%.
  • Reducing the force required for opening requires the use of a steel having a relatively low yield strength, which moreover makes it easier to wind the opening panel after breaking the incision, and by a high Re / Rm ratio.
  • the appearance of the packaging as well as its resistance to corrosion are improved by the use of a sheet having a structure with fine equiaxed grains and not exhibiting an elastic limit bearing.
  • the packaging according to the invention is produced from a steel sheet whose carbon content is between 0.02 and 0.08% by weight and the boron content is between 0.002 and 0.004% by weight, the steel also containing nitrogen in an amount less than 0.005%, the ratio of the boron content to the nitrogen content being greater than 0.8.
  • a carbon content of less than 0.02% is difficult to achieve with the production processes conventional and may lead to insufficient mechanical strength of the cover.
  • the ratio of the boron content to the nitrogen content must be greater than 0.8, the boron being limited to 0.004 % because, for a higher content, there is an increase in the mechanical characteristics of the sheet and we see preferential oxidation appear at the edge of the product, which is unacceptable from an aesthetic point of view.
  • the process used to produce the sheet suitable for packaging according to the invention consists in that, after continuous rolling of the steel described above, the sheet is subjected to annealing on a basis carried out for 8 to 10 hours. at a temperature between approximately 550 and 650 ° C., the temperature rise from ambient temperature being carried out in approximately 20 hours. The sheet is then subjected to cold re-rolling with an elongation rate of between 5 and 10%.
  • the ratio of the elastic limit to the breaking load is between 0.91 and 0.92.
  • a package is thus obtained, the opening of which is fairly easy and having a good ability to form the rivet.
  • the thickness remaining at the bottom of the incision must not be less than 70 microns under penalty of unacceptable damage, while this thickness remaining at the bottom of the incision may decrease up to 50 microns in the case of the steel according to the invention.
  • This packaging produced from a sheet with an equiaxed structure with fine grains avoids, during the formation of the rivet, the appearance of roughness of deformation due to sagging, which is detrimental to the appearance of the packaging and to the holding a possible varnish.

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Abstract

L'emballage selon l'invention est du type dont le couvercle est à ouverture par rupture d'une ligne de moindre résistance agencée dans une partie de paroi en tôle d'acier. L'acier constituant la tôle a une teneur en carbone comprise entre 0,02 et 0,08 % en poids et une teneur en bore comprise entre 0,002 et 0,004 % en poids, l'acier contenant également de l'azote, le rapport de la teneur en bore sur la teneur en azote étant supérieur à 0,8 et le reste étant principalement du fer et des éléments résiduels

Description

  • La présente invention concerne les emballages du type à ouverture par rupture d'une ligne de moindre résistance dite boîte à ouverture facile.
  • On connaît de tels emballages qui sont par exemple destinés à contenir une boisson, des conserves ou autres produits.
  • Ils comportent un couvercle dans lequel est agencée une ligne de moindre résistance, par exemple une incision, délimitant un panneau d'ouverture.
  • Un anneau d'actionnement est fixé sur le panneau d'ouverture à l'aide d'un rivet.
  • L'ouverture est provoquée par un effort de traction sur l'anneau d'actionnement de manière à rompre le métal au niveau de l'incision, le panneau d'ouverture pouvant éventuellement comporter une zone de liaison avec le couvercle pour ne pas se détacher complètement de ce dernier.
  • De tels emballages peuvent être réalisés en aluminium mais ils sont alors relativement coûteux.
  • Lorsqu'ils sont réalisés à partir d'acier, pour diminuer leur coût, on utilise couramment une tôle constituée d'acier standard à bas carbone traitée en recuit continu à 680°C environ et étamée.
  • Les caractéristiques mécaniques d'un tel acier à l'état étamé sont les suivantes :
    • limite d'élasticité (Re) en sens travers de l'ordre de 415 MPa,
    • charge à la rupture (Rm) en sens travers de l'ordre de 430 MPa.
  • L'acier utilisé pour la réalisation de tels emballages doit permettre d'une part de former le rivet de fixation de l'anneau d'ouverture et, d'autre part, une rupture de la ligne de moindre résistance aisée sans avoir à exercer un effort trop important.
  • Pour cela, la charge à la rupture Rm ne doit pas être trop élevée car sinon l'effort d'ouverture à exercer pour rompre la ligne de moindre résistance devra être important.
  • De même le rapport limite d'élasticité Re sur charge à la rupture Rm doit être voisin de 1 afin que l'acier soit suffisamment fragilisé pour provoquer une ouverture aisée.
  • En revanche ce rapport Re/Rm ne doit pas être trop élevé, c'est à dire trop proche de 1, car dans ce cas, l'acier étant très fragilisé, il devient quasiment impossible de former le rivet, cette opération nécessitant un emboutissage profond de l'acier du couvercle de l'emballage.
  • Or l'acier standard couramment utilisé dont la limite d'élasticité Re est égale à environ 415 MPa et la charge à la rupture Rm de l'ordre de 430 MPa aboutit à un rapport Re/Rm de l'ordre de 0,96.
  • Un couvercle à ouverture facile réalisé avec un tel acier présente un effort d'ouverture élevé, en raison de la valeur de Rm et d'une épaisseur résiduelle au niveau de l'incision relativement importante.
  • Par ailleurs, le palier de limite d'élasticité est important, ce qui provoque la formation de vermiculures apparentes lors de l'emboutissage de l'emballage, préjudiciable à l'aspect esthétique de ce dernier.
  • Pour remédier à ces inconvénients, l'invention a pour but de fournir un emballage du type à ouverture par rupture d'une ligne de moindre résistance, pour lequel l'effort global nécessaire à l'ouverture soit diminué, tout en ayant un aspect amélioré après emboutissage de l'emballage, et une bonne aptitude à la formation du rivet.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un emballage métallique du type à ouverture par rupture d'une ligne de moindre résistance agencée dans une partie de paroi en tôle d'acier, caractérisé en ce que l'acier constituant la tôle a une teneur en carbone comprise entre 0,02 et 0,08% en poids et une teneur en bore comprise entre 0,002 et 0,004% en poids, l'acier contenant également de l'azote, le rapport de la teneur en bore sur la teneur en azote étant supérieur à 0,8, le reste étant principalement du fer et des éléments résiduels.
  • Selon d'autres caractéristiques :
    • la composition pondérale de l'acier constituant la tôle est de préférence la suivante, en millième de pour cent :
    • carbone   : 50
    • manganèse   : 200
    • phosphore   : 10
    • azote   : 3,5
    • aluminium   : 30
    • silicium   : 5
    • bore   : 3
    • le reste étant du fer et des éléments résiduels.
  • L'invention a également pour objet une tôle d'acier destinée à la réalisation d'un emballage et caractérisée en ce que le rapport de sa limite d'élasticité sur sa charge à la rupture est compris entre 0,87 et 0,96, de préférence entre 0,91 et 0,92.
  • L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une tôle adaptée à la réalisation de l'emballage selon l'invention, dans lequel la tôle est obtenue par laminage continu , et caractérisé en ce qu'après ce laminage en continu, la tôle est soumise à un recuit sur base effectué pendant 8 à 10 heures à une température comprise entre 550 et 650°C environ, la montée en température depuis la température ambiante étant effectuée en 20 heures environ, puis la tôle est soumise à un relaminage à froid avec un taux d'allongement compris entre 5 % et 10 %.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple.
  • La réduction de l'effort nécessaire à l'ouverture passe par l'utilisation d'un acier ayant une limite d'élasticité relativement basse, ce qui de plus facilite l'enroulement du panneau d'ouverture après rupture de l'incision, et par un rapport Re/Rm élevé.
  • Au contraire la bonne aptitude à la formation du rivet passe par l'utilisation d'un acier ayant un rapport Re/Rm faible.
  • L'aspect de l'emballage ainsi que sa résistance à la corrosion sont améliorés par l'utilisation d'une tôle ayant une structure à grains fins équiaxes et ne presentant pas de palier de limite d'élasticité.
  • L'obtention des caractéristiques mécaniques demandées et la micro structure équiaxe sont le résultat de :
    • l'utilisation d'une tôle constituée d'un acier ayant une composition déterminée,
    • l'adaptation d'un procédé de fabrication de tôle comportant un recuit sur base et un relaminage à froid.
  • De manière plus précise l'emballage selon l'invention est réalisé à partir d'une tôle en acier dont la teneur en carbone est comprise entre 0,02 et 0,08% en poids et la teneur en bore est comprise 0,002 et 0,004 % en poids, l'acier contenant également de l'azote dans une quantité inférieure à 0,005 %, le rapport de la teneur en bore sur la teneur en azote étant supérieur 0,8.
  • Une teneur en carbone inférieure à 0,02% est difficilement réalisable avec les procédés d'élaboration classiques et peut conduire à une résistance mécanique insuffisante du couvercle.
  • Si la teneur en carbone était supérieure à 0,08 % en poids, la charge à la rupture Rm de la tôle destinée à réaliser l'emballage serait trop importante.
  • On a constaté que pour obtenir une tôle permettant de réaliser un emballage selon l'invention, dont la structure est equiaxe, le rapport de la teneur en bore sur la teneur en azote doit être supérieur à 0,8, le bore étant limité à 0,004 % car, pour une teneur supérieure, on a une augmentation des caractéristiques mécaniques de la tôle et on voit apparaître une oxydation préférentielle en rive du produit, ce qui est rédhibitoire du point de vue esthétique.
  • La composition pondérale de l'acier constituant la tôle destinée à l'emballage selon l'invention, est de préférence la suivante, en millième de pour cent:
    • carbone   : 50
    • manganèse   : 200
    • phosphore   : 10
    • azote   : 3,5
    • aluminium   : 30
    • silicium   : 5
    • bore   : 3
    • le reste étant du fer et des éléments résiduels.
  • Le procédé utilisé pour réaliser la tôle adaptée pour l'emballage selon l'invention, consiste en ce qu'après laminage en continu de l'acier décrit ci-dessus, la tôle est soumise à un recuit sur base effectué pendant 8 à 10 heures à une température comprise entre 550 et 650°C environ, la montée en température depuis la température ambiante étant effectuée en 20 heures environ. La tôle est ensuite soumise à un relaminage à froid avec un taux d'allongement compris entre 5 et 10 %.
  • L'association de la composition de l'acier et du procédé de fabrication adapté permet d'obtenir les caractéristiques mécaniques suivantes :
    • . Re = 310 MPa environ,
    • . Rm = 340 MPa environ.
  • Le rapport de la limite d'élasticité sur la charge à la rupture est compris entre 0,91 et 0,92.
  • On obtient ainsi un emballage dont l'ouverture est assez aisée et ayant une bonne aptitude à la formation du rivet.
  • D'autre part, un tel acier permet de supporter une indentation importante avant endommagement rédhibitoire, c'est à dire que l'incision peut être plus profonde, permettant de ce fait un effort d'ouverture moindre.
  • En effet, dans le cas de l'acier bas carbone standard, l'épaisseur restante en fond d'incision ne doit pas être inférieure à 70 microns sous peine d'endommagement rédhibitoire, alors que cette épaisseur restante en fond d'incision peut descendre jusqu'à 50 microns dans le cas de l'acier selon l'invention.
  • Cet emballage réalisé à partir d'une tôle à structure équiaxe à grains fins évite, lors de la formation du rivet, l'apparition de rugosités de déformation dues à des affaissements, qui sont préjudiciables à l'aspect de l'emballage et à la tenue d'un vernis éventuel.
  • La présence de bore permet également de freiner la coalescence de la cémentite ce qui se traduit par une plus grande régularité de l'effort à fournir lors de l'ouverture de l'emballage.

Claims (5)

1 - Emballage métallique du type à ouverture par rupture d'une ligne de moindre résistance agencée dans une partie de paroi en tôle d'acier, caractérisé en ce que l'acier constituant la tôle a une teneur de carbone comprise entre 0,02 et 0,08% en poids et une teneur en bore comprise entre 0,002 et 0,004 % en poids, l'acier contenant également de l'azote, le rapport de la teneur en bore sur la teneur en azote étant supérieur à 0,8, le reste étant principalement du fer et des éléments résiduels.
2 - Emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition pondérale de l'acier constituant la tôle est de préférence la suivante, en millième de pour cent :
- carbone   : 50
- manganèse   : 200
- phosphore   : 10
- azote   : 3,5
- aluminium   : 30
- silicium   : 5
- bore   : 3
- le reste étant du fer et des éléments résiduels.
3 - Tôle d'acier pour emballage selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le rapport de sa limite d'élasticité sur sa charge à la rupture est compris entre 0,87 et 0,96.
4 - Tôle d'acier selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rapport de sa limite d'élasticité sur sa charge à la rupture est compris entre 0,91 et 0,92.
5 - Procédé de fabrication d'une tôle suivant les revendications 3 et 4, comprenant un laminage en continu, caractérisé en ce qu'après ce laminage en continu, la tôle est soumise à un recuit sur base effectué pendant 8 à 10 heures à une température comprise entre 550 et 650°C environ, la montée en température depuis la température ambiante étant effectuée en 20 heures environ, puis la tôle est soumise à un relaminage à froid avec un taux d'allongement compris entre 5 et 10 %.
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ATE167704T1 (de) 1998-07-15
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