EP0767241A1 - Method for manufacturing metal cans for drinks - Google Patents

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EP0767241A1
EP0767241A1 EP96401988A EP96401988A EP0767241A1 EP 0767241 A1 EP0767241 A1 EP 0767241A1 EP 96401988 A EP96401988 A EP 96401988A EP 96401988 A EP96401988 A EP 96401988A EP 0767241 A1 EP0767241 A1 EP 0767241A1
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steel
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titanium
niobium
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Olivier Branswyck
Gilles Dahmen
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Sollac SA
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    • C21D8/0447—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing characterised by the heat treatment
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    • C21D8/0426—Hot rolling

Definitions

  • This vermiculure phenomenon is due to a heterogeneous deformation of the metal during expansion, linked to the formation and propagation of bands, called Piobert-Lüders bands.
  • the second step consists in stretching the peripheral edge of the cup to form a blank comprising a bottom and a peripheral skirt.

Abstract

Steel comprises 0-0.008, pref. 0-0.004 wt.% C, 0.10-0.50, pref. 0.10-0.30% Mn, 0-0.006, pref. 0-0.004% N, 0.01-0.07, pref. 0.01-0.05% Al, 0-0.15% P, 0-0.020% S, 0-0.020% Si, up to 0.08% of one or more of Cu, Ni and Cr, 0.005-0.020% Ti and 0.005-0.020% Nb, the sum of Ti and Nb exceeding 0.020%, the remainder being Fe and incidental impurities. Also claimed is making a cup-like drinks can blank from the steel, which is hot-rolled, then cold-rolled to make a sheet. The sheet is annealed and then pressed to form the can base with a peripheral flange. The flange is then drawn to form the can sidewall, at least part of the sidewall is annealed at above the recrystallisation temp. of the steel and finally the sidewall is further shaped to its final form. A can comprising a blank so made and fitted with a lid is also claimed.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une boite métallique, du type boite boisson, comprenant un fond et une jupe périphérique, sur laquelle est fixé, après remplissage, un couvercle, par exemple à ouverture facile.The present invention relates to a method of manufacturing a metal can, of the beverage can type, comprising a bottom and a peripheral skirt, on which is fixed, after filling, a cover, for example with easy opening.

Ce type de boite comporte généralement un fond, une jupe périphérique et un col muni d'un rebord pour réaliser le sertissage d'un couvercle, qui peut être à ouverture facile, et est fabriqué notamment par emboutissage-repassage à partir d'un flan métallique découpé dans une tôle ou une bande.This type of box generally comprises a bottom, a peripheral skirt and a collar provided with a flange for crimping a cover, which can be easy to open, and is produced in particular by stamping-ironing from a blank. metal cut from a sheet or strip.

A cet effet, le flan métallique subit d'abord un emboutissage par rétreint sur une presse qui comporte par exemple de manière classique, d'une part, un poinçon fixe et un support formant serre-flan périphérique coulissant autour dudit poinçon sur lequel repose le flan métallique et, d'autre part, une matrice destinée à être appliquée sur le flan métallique suivant une force transmise verticalement par un coulisseau supérieur.To this end, the metal blank is first subjected to stamping by shrinking on a press which comprises, for example in a conventional manner, on the one hand, a fixed punch and a support forming a peripheral blank holder sliding around said punch on which the metallic blank and, on the other hand, a matrix intended to be applied to the metallic blank according to a force transmitted vertically by an upper slide.

La coupelle ainsi obtenue comportant un fond et un bord périphérique formé lors de l'opération d'emboutissage est ensuite soit calibrée par un léger emboutissage sans utilisation d'un serre-flan, soit réemboutie plus sévèrement avec serre-flan ; puis elle est soumise à une opération de repassage qui consiste à étirer au moyen d'une étireuse le bord périphérique pour en réduire l'épaisseur et former progressivement la jupe périphérique de la boite.The cup thus obtained comprising a bottom and a peripheral edge formed during the stamping operation is then either calibrated by a slight stamping without the use of a blank holder, or more severely stamped with a blank holder; then it is subjected to an ironing operation which consists in stretching by means of a drawing machine the peripheral edge to reduce the thickness and gradually form the peripheral skirt of the box.

Ensuite le fond est formé pour lui conférer une géométrie déterminée et le col de la jupe périphérique est formé après détourage selon deux techniques habituellement utilisées, soit une technique de rétreint avec matrice, soit une technique de rétreint à la molette.Then the bottom is formed to give it a determined geometry and the neck of the peripheral skirt is formed after trimming according to two techniques usually used, either a shrinking technique with matrix, or a shrinking technique with the wheel.

Après ces différentes opérations, la boite est remplie et un couvercle, par exemple à ouverture facile, est fixé, généralement par sertissage, sur le rebord de ladite boite.After these various operations, the box is filled and a cover, for example with easy opening, is fixed, generally by crimping, on the edge of said box.

Il est connu pour réaliser ce type de boite 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 0,020 à 0,060 %
  • Manganèse de l'ordre de 0,10 à 0,30 %
  • Azote de l'ordre de 0,004 à 0,007 %
  • Aluminium de l'ordre de 0,03 à 0,07 %
  • Phosphore inférieur à 0,015 %
  • Soufre inférieur à 0,020 %
  • Silicium inférieur à 0,01 %,
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.It is known to make this type of box using a sheet or a strip of so-called extra-mild steel, the composition of which in percentage by weight is as follows:
  • Carbon in the range of 0.020 to 0.060%
  • Manganese in the range of 0.10 to 0.30%
  • Nitrogen in the range of 0.004 to 0.007%
  • Aluminum of the order of 0.03 to 0.07%
  • Phosphorus less than 0.015%
  • Sulfur less than 0.020%
  • Silicon less than 0.01%,
maximum 0.08% of one or more of the elements chosen from copper, nickel and chromium, the rest being iron and residual impurities.

Il est également connu pour réaliser ce type de boite d'utiliser une tôle ou une bande en acier ultra-bas carbone et dont la composition en pourcentage poids est la suivante :

  • Carbone inférieur à 0,008 %
  • Manganèse compris entre 0,10 et 0,50 %
  • Azote inférieur à 0,006 %
  • Aluminium compris entre 0,01 et 0,07 %
  • Phosphore compris entre 0 et 0,015 %
  • Soufre inférieur à 0,020 %
  • Silicium inférieur à 0,02 %,
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.It is also known to make this type of box to use a sheet or a strip of ultra-low carbon steel, the composition of which by weight percentage is as follows:
  • Carbon less than 0.008%
  • Manganese between 0.10 and 0.50%
  • Nitrogen less than 0.006%
  • Aluminum between 0.01 and 0.07%
  • Phosphorus between 0 and 0.015%
  • Sulfur less than 0.020%
  • Silicon less than 0.02%,
maximum 0.08% of one or more of the elements chosen from copper, nickel and chromium, the rest being iron and residual impurities.

La tôle ou la bande est élaborée par un procédé dans lequel une bande à chaud, obtenue par laminage à chaud d'une brame ou directement coulée sous forme de bande à chaud, par exemple par coulée directe entre cylindres, est laminée à froid pour obtenir un feuillard qui est soumis à un recuit de recristallisation.The sheet or strip is produced by a process in which a hot strip, obtained by hot rolling a slab or directly cast in the form of a hot strip, for example by direct casting between rolls, is cold rolled to obtain a strip which is subjected to recrystallization annealing.

Les conditions de laminage à chaud, à froid, et de recuit sont choisies afin de conférer à l'acier les propriétés mécaniques et rhéologiques requises pour la fabrication des boites par emboutissage-repassage.The conditions of hot rolling, cold rolling and annealing are chosen in order to give the steel the mechanical and rheological properties required for the manufacture of the boxes by stamping-ironing.

Dans le cas de la fabrication des boites de forme c'est à dire dont la jupe périphérique n'est pas cylindrique mais présente une certaine géométrie, par exemple un bombé lui conférant la forme générale d'une amphore, ou encore différents bossages pour contribuer à une certaine esthétique de la boite, il est nécessaire de conformer la jupe périphérique après l'opération de repassage.In the case of the manufacture of shaped boxes, that is to say the peripheral skirt of which is not cylindrical but has a certain geometry, for example a rounded shape giving it the general shape of an amphora, or even different bosses to contribute to a certain aesthetics of the box, it is necessary to conform the peripheral skirt after the ironing operation.

Cette opération de conformation de la jupe périphérique peut se faire par expansion, soit à l'aide d'un outil à segments, soit par une technique de formage à l'air ou au moyen d'un fluide incompressible.This operation of shaping the peripheral skirt can be done by expansion, either using a segment tool, or by an air forming technique or by means of an incompressible fluid.

Mais après étirage des bords pour former la jupe périphérique, le métal est fortement écroui de sorte que la limite d'élasticité dans les parois de la jupe périphérique est de l'ordre de 700 à 800 MPa, ce qui lui confère une aptitude à l'expansion très faible, incompatible avec les opérations d'expansion qu'il faudrait lui faire subir.But after stretching the edges to form the peripheral skirt, the metal is strongly hardened so that the elastic limit in the walls of the peripheral skirt is of the order of 700 to 800 MPa, which gives it an ability to l very weak expansion, incompatible with the expansion operations that it would have to undergo.

Une solution pour pouvoir réaliser ce type de boite dite boite de forme consiste à effectuer un recuit de recristallisation de l'ébauche obtenue après l'opération de repassage.One solution in order to be able to produce this type of box, known as a form box, consists in performing recrystallization annealing of the blank obtained after the ironing operation.

Cette opération de recuit permet au métal constitutif de la jupe périphérique de retrouver sensiblement ses caractéristiques initiales et donc son aptitude à la mise en forme.This annealing operation allows the metal constituting the peripheral skirt to substantially regain its initial characteristics and therefore its aptitude for shaping.

Mais, lors de l'expansion de la jupe périphérique après recuit de l'ébauche, on voit apparaître de la vermiculure, altérant l'aspect de surface de la boite.However, during the expansion of the peripheral skirt after annealing of the blank, we see the appearance of vermiculure, altering the surface appearance of the box.

Ce phénomène de vermiculure est dû à une déformation hétérogène du métal pendant l'expansion, liée à la formation et à la propagation de bandes, dites bandes de Piobert- Lüders.This vermiculure phenomenon is due to a heterogeneous deformation of the metal during expansion, linked to the formation and propagation of bands, called Piobert-Lüders bands.

Ces bandes trouvent leur origine dans le caractère vieillissant des aciers extra-doux.These bands have their origin in the aging character of extra mild steels.

Elles se manifestent aussi lors d'une caractérisation mécanique conventionnelle, en traction uniaxiale, par l'apparition d'un palier de limite d'élasticité. La longueur de ce palier de limite d'élasticité permet de juger la sensibilité du métal à développer de la vermiculure, notamment lors d'une expansion.They are also manifested during conventional mechanical characterization, in uniaxial traction, by the appearance of an elastic limit plateau. The length of this elastic limit bearing makes it possible to judge the sensitivity of the metal to develop vermiculure, in particular during an expansion.

Cette vermiculure n'est pas présente après fabrication d'une boite dont la jupe périphérique est cylindrique car, d'une part le taux de déformation subi par la jupe périphérique, en particulier lors de l'étirage, est très important et se situe dans un domaine de déformation au delà de celui du palier de limite d'élasticité, et d'autre part les bandes de Piobert-Lüders sont moins activées durant ces opérations de formage.This vermiculure is not present after manufacture of a box whose peripheral skirt is cylindrical because, on the one hand the rate of deformation undergone by the peripheral skirt, in particular during stretching, is very important and is located in a field of deformation beyond that of the elastic limit bearing, and on the other hand the Piobert-Lüders bands are less activated during these forming operations.

Une solution permettant de s'affranchir du phénomène de vermiculure ou des bandes de Piobert-Lüders consisterait à utiliser un acier sans palier de limite d'élasticité, par exemple un acier du type sans interstitiels au titane ou au niobium dans lesquels l'élément titane, ou niobium selon le cas, piège la totalité du carbone et de l'azote en solution solide dans l'acier, responsable du vieillissement.One solution to overcome the phenomenon of worming or Piobert-Lüders bands would be to use a steel without elastic limit bearing, for example a steel of the type without interstitial titanium or niobium in which the titanium element , or niobium as the case may be, traps all of the carbon and nitrogen in solid solution in the steel, responsible for aging.

Ce type d'aciers appelés aciers IF contiennent une teneur minimale en titane ou en niobium égale à 0,040 %.This type of steels called IF steels contain a minimum content of titanium or niobium equal to 0.040%.

Or les normes concernant les aciers alimentaires interdisent des teneurs en titane ou en niobium supérieures à 0,020 %.However, the standards for edible steels prohibit titanium or niobium contents greater than 0.020%.

La présente invention a pour objet de proposer un procédé de fabrication d'une boite métallique de forme pour utilisation alimentaire, exempte de vermiculure.The object of the present invention is to propose a process for manufacturing a shaped metal box for food use, free from vermiculure.

La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'une boite métallique, du type boite boisson, comprenant un fond et une jupe périphérique, sur laquelle est fixé, après remplissage, un couvercle, caractérisé en ce que :

  • dans une première étape, on réalise une coupelle comportant un fond et un bord périphérique par emboutissage d'un acier dont la composition en pourcentage poids est la suivante :
    • carbone compris entre 0 et 0,008 %
    • manganèse compris entre 0,10 et 0,50 %
    • azote compris entre 0 et 0,006 %
    • aluminium compris entre 0,01 et 0,07 %
    • phosphore compris entre 0 et 0,15 %
    • soufre compris entre 0 et 0,020 %
    • silicium compris entre 0 et 0,020 %
    • au maximum 0,08% d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome
    • titane compris entre 0,005 et 0,020 %
    • niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %,
      le reste étant du fer et des impuretés résiduelles, ledit acier étant élaboré par laminage à chaud puis laminage à froid pour obtenir un feuillard qui est ensuite soumis à un recuit de recristallisation,
  • dans une seconde étape, on étire le bord périphérique de la coupelle pour former une ébauche comportant un fond et une jupe périphérique,
  • dans une troisième étape, on effectue un recuit de recristallisation d'au moins une partie de la jupe périphérique de l'ébauche à une température supérieure à la température de recristallisation de l'acier,
  • dans une quatrième étape, on déforme la jupe périphérique de l'ébauche pour lui donner sa forme définitive.
The present invention relates more particularly to a method of manufacturing a metal can, of the beverage can type, comprising a bottom and a peripheral skirt, on which is fixed, after filling, a cover, characterized in that:
  • in a first step, a cup is produced comprising a bottom and a peripheral edge by stamping a steel whose composition in weight percentage is as follows:
    • carbon between 0 and 0.008%
    • manganese between 0.10 and 0.50%
    • nitrogen between 0 and 0.006%
    • aluminum between 0.01 and 0.07%
    • phosphorus between 0 and 0.15%
    • sulfur between 0 and 0.020%
    • silicon between 0 and 0.020%
    • maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium
    • titanium between 0.005 and 0.020%
    • niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%,
      the remainder being iron and residual impurities, said steel being produced by hot rolling then cold rolling to obtain a strip which is then subjected to recrystallization annealing,
  • in a second step, the peripheral edge of the cup is stretched to form a blank comprising a bottom and a peripheral skirt,
  • in a third step, recrystallization annealing of at least part of the peripheral skirt of the blank is carried out at a temperature above the recrystallization temperature of steel,
  • in a fourth step, the peripheral skirt of the blank is deformed to give it its final shape.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention :

  • dans la troisième étape, on effectue un recuit de recristallisation de la jupe périphérique de l'ébauche,
  • dans la quatrième étape, on déforme la jupe périphérique de l'ébauche par expansion,
  • dans la quatrième étape, on déforme la jupe périphérique de l'ébauche en formant sur ladite jupe périphérique des bossages de raidissement,
  • entre la troisième et la quatrième étape, on réalise la décoration de la boite sur l'ébauche et on soumet ladite ébauche à un traitement de cuisson de la décoration,
  • entre la troisième et la quatrième étape, on réalise la décoration et le vernissage de la boite sur l'ébauche et on soumet ladite ébauche à un traitement de cuisson de la décoration et du vernis,
  • le recuit de recristallisation de l'ébauche s'effectue à une température comprise entre la température de recristallisation de l'acier et cette température de recristallisation plus 10 %,
  • l'acier utilisé présente une composition en pourcentage poids suivante :
    • carbone compris entre 0 et 0,004 %
    • manganèse compris entre 0,10 et 0,30 %
    • azote compris entre 0 et 0,004 %
    • aluminium compris entre 0,01 et 0,05 %
    • phosphore compris entre 0 et 0,15 %
    • soufre compris entre 0 et 0,020 %
    • silicium compris entre 0 et 0,020 %
    • au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome
    • titane compris entre 0,005 et 0,020 %
    • niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %,
le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.According to other characteristics of the invention:
  • in the third step, recrystallization annealing of the peripheral skirt of the blank is carried out,
  • in the fourth step, the peripheral skirt of the blank is deformed by expansion,
  • in the fourth step, the peripheral skirt of the blank is deformed by forming stiffening bosses on said peripheral skirt,
  • between the third and the fourth step, the decoration of the box is carried out on the blank and the said blank is subjected to a baking treatment for the decoration,
  • between the third and the fourth step, the box is decorated and varnished on the blank and the blank is subjected to a baking treatment for the decoration and the varnish,
  • the recrystallization annealing of the blank is carried out at a temperature between the recrystallization temperature of the steel and this recrystallization temperature plus 10%,
  • the steel used has a composition by weight percentage as follows:
    • carbon between 0 and 0.004%
    • manganese between 0.10 and 0.30%
    • nitrogen between 0 and 0.004%
    • aluminum between 0.01 and 0.05%
    • phosphorus between 0 and 0.15%
    • sulfur between 0 and 0.020%
    • silicon between 0 and 0.020%
    • maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium
    • titanium between 0.005 and 0.020%
    • niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%,
the remainder being iron and residual impurities.

La présente invention concerne également une boite métallique, du type boite boisson, comprenant un fond et une jupe périphérique, sur laquelle est fixé, après remplissage, un couvercle, fabriquée par le procédé selon l'une des caractéristiques précédentes, ainsi qu'un acier pour la fabrication de boites métalliques de forme, dont la composition en pourcentage poids est la suivante :

  • carbone compris entre 0 et 0,008 %
  • manganèse compris entre 0,10 et 0,50 %
  • azote compris entre 0 et 0,006 %
  • aluminium compris entre 0,01 et 0,07 %
  • phosphore compris entre 0 et 0,15 %
  • soufre compris entre 0 et 0,020 %
  • silicium compris entre 0 et 0,020 %
  • au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome
  • titane compris entre 0,005 et 0,020 %
  • niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %,
le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.The present invention also relates to a metal can, of the beverage can type, comprising a bottom and a peripheral skirt, on which is fixed, after filling, a cover, manufactured by the process according to one of the preceding characteristics, as well as a steel for the manufacture of shaped metal cans, the composition of which by weight percentage is as follows:
  • carbon between 0 and 0.008%
  • manganese between 0.10 and 0.50%
  • nitrogen between 0 and 0.006%
  • aluminum between 0.01 and 0.07%
  • phosphorus between 0 and 0.15%
  • sulfur between 0 and 0.020%
  • silicon between 0 and 0.020%
  • maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium
  • titanium between 0.005 and 0.020%
  • niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%,
the remainder being iron and residual impurities.

Les caractéristiques et avantages apparaîtront mieux à la suite de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple.The characteristics and advantages will appear more clearly from the description which follows, given solely by way of example.

Le procédé de l'invention permettant de réaliser des boites métalliques de forme pour usage alimentaire, du type boite boisson par exemple, consiste essentiellement d'une part à utiliser un acier particulier et d'autre part à réaliser un recuit de recristallisation d'au moins une partie de la jupe périphérique d'une ébauche avant de mettre en forme définitivement cette ébauche.The method of the invention for making shaped metal cans for food use, of the beverage can type for example, essentially consists on the one hand of using a particular steel and on the other hand of carrying out an recrystallization annealing of at least minus part of the peripheral skirt of a blank before definitively shaping this blank.

Plus précisément, la première étape du procédé consiste à réaliser une coupelle comportant un fond et un bord périphérique par emboutissage d'un flan en acier.More specifically, the first step of the method consists in making a cup comprising a bottom and a peripheral edge by stamping a steel blank.

Cette étape s'effectue de manière classique, généralement en deux opérations successives : d'abord l'emboutissage du flan pour former une coupelle et ensuite un calibrage de ladite coupelle.This step is carried out in a conventional manner, generally in two successive operations: first the stamping of the blank to form a cup and then a calibration of said cup.

L'acier utilisé selon l'invention présente une composition en pourcentage poids suivante :

  • carbone compris entre 0 et 0,008 %
  • manganèse compris entre 0,10 et 0,50 %
  • azote compris entre 0 et 0,006 %
  • aluminium compris entre 0,01 et 0,07 %
  • phosphore compris entre 0 et 0,15 %
  • soufre compris entre 0 et 0,020 %
  • silicium compris entre 0 et 0,020 %
  • au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome
  • titane compris entre 0,005 et 0,020 %
  • niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %,
    le reste étant du fer et des impuretés résiduelles, ledit acier étant élaboré par laminage à chaud puis laminage à froid pour obtenir un feuillard qui est ensuite soumis à un recuit de recristallisation.
The steel used according to the invention has a composition by weight percentage as follows:
  • carbon between 0 and 0.008%
  • manganese between 0.10 and 0.50%
  • nitrogen between 0 and 0.006%
  • aluminum between 0.01 and 0.07%
  • phosphorus between 0 and 0.15%
  • sulfur between 0 and 0.020%
  • silicon between 0 and 0.020%
  • maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium
  • titanium between 0.005 and 0.020%
  • niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%,
    the rest being iron and residual impurities, said steel being produced by hot rolling then cold rolling to obtain a strip which is then subjected to recrystallization annealing.

La présence simultanée de titane et de niobium est importante, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020%, car ces éléments permettent de piéger un maximum d'azote et de carbone présents en solution solide dans l'acier sous forme de précipités complexes de carbo-nitrures de titane-niobium.The simultaneous presence of titanium and niobium is important, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%, because these elements make it possible to trap a maximum of nitrogen and carbon present in solid solution in the steel in the form complex precipitates of titanium-niobium carbo-nitrides.

Ces composés permettent d'éviter les problèmes de vermiculures lors de l'expansion de la boite, et il est primordial de convenablement veiller à leur dosage d'autant plus que le procédé selon l'invention comporte deux opérations de recuit de recristallisation.These compounds make it possible to avoid the problems of vermiculures during the expansion of the box, and it is essential to take care of their dosage all the more since the method according to the invention comprises two operations of recrystallization annealing.

De manière préférentielle, l'acier utilisé selon l'invention présente une composition en pourcentage poids suivante :

  • carbone compris entre 0 et 0,004 %
  • manganèse compris entre 0,10 et 0,30 %
  • azote compris entre 0 et 0,004 %
  • aluminium compris entre 0,01 et 0,05 %
  • phosphore compris entre 0 et 0,15 %
  • soufre compris entre 0 et 0,020 %
  • silicium compris entre 0 et 0,020 %
  • au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome
  • titane compris entre 0,005 et 0,020 %
  • niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %,
le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.Preferably, the steel used according to the invention has a composition in percentage by weight as follows:
  • carbon between 0 and 0.004%
  • manganese between 0.10 and 0.30%
  • nitrogen between 0 and 0.004%
  • aluminum between 0.01 and 0.05%
  • phosphorus between 0 and 0.15%
  • sulfur between 0 and 0.020%
  • silicon between 0 and 0.020%
  • maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium
  • titanium between 0.005 and 0.020%
  • niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%,
the remainder being iron and residual impurities.

Cet acier est élaboré par un procédé dans lequel une bande à chaud, obtenue par laminage à chaud d'une brame ou directement coulée sous forme de bande à chaud, par exemple par coulée directe entre cylindres, est laminée à froid pour obtenir un feuillard qui est soumis à un recuit de recristallisation.This steel is produced by a process in which a hot strip, obtained by hot rolling a slab or directly cast in the form of a hot strip, for example by direct casting between rolls, is cold rolled to obtain a strip which is subjected to recrystallization annealing.

Les conditions de laminage à chaud, à froid, et de recuit sont choisies afin de conférer à l'acier les propriétés mécaniques et rhéologiques requises pour la fabrication des boites par emboutissage-repassage.The conditions of hot rolling, cold rolling and annealing are chosen in order to give the steel the mechanical and rheological properties required for the manufacture of the boxes by stamping-ironing.

La seconde étape consiste à étirer le bord périphérique de la coupelle pour former une ébauche comportant un fond et une jupe périphérique.The second step consists in stretching the peripheral edge of the cup to form a blank comprising a bottom and a peripheral skirt.

Cette opération s'effectue également de manière classique sur une étireuse.This operation is also carried out conventionally on a drawing machine.

La troisième étape consiste à effectuer un recuit de recristallisation d'au moins une partie de la jupe périphérique de l'ébauche à une température supérieure à la température de recristallisation de l'acier, de préférence comprise entre la température de recristallisation de l'acier et cette température de recristallisation plus 10 %.The third step consists in carrying out a recrystallization annealing of at least part of the peripheral skirt of the blank at a temperature higher than the recrystallization temperature of the steel, preferably between the recrystallization temperature of the steel and this recrystallization temperature plus 10%.

De manière préférentielle, on effectue un recuit de recristallisation uniquement sur la partie de la jupe périphérique qu'il conviendra de déformer dans la quatrième étape.Preferably, recrystallization annealing is carried out only on the part of the peripheral skirt which should be deformed in the fourth step.

On peut également, sans nuire à l'invention, effectuer un recuit de recristallisation de la totalité de la jupe périphérique de l'ébauche, par exemple par induction, ou encore de la totalité de l'ébauche. Mais le fait de limiter le recuit de l'ébauche à la partie de la jupe périphérique qui sera déformée dans la quatrième étape, ou à la totalité de la jupe périphérique, sans affecter le fond, permet de ne pas diminuer les caractéristiques mécaniques des zones qui ne nécessitent pas de déformation complémentaire à celle subies lors de la réalisation de l'ébauche. C'est particulièrement le cas du fond de la boite, généralement formé dans l'étape de formation de l'ébauche.It is also possible, without harming the invention, to carry out recrystallization annealing of the entire peripheral skirt of the blank, for example by induction, or even of the entire blank. However, limiting the annealing of the blank to the part of the peripheral skirt which will be deformed in the fourth step, or to the whole of the peripheral skirt, without affecting the bottom, makes it possible not to reduce the mechanical characteristics of the zones. which do not require additional deformation to that undergone during the production of the blank. This is particularly the case of the bottom of the box, generally formed in the step of forming the blank.

Enfin dans une quatrième étape, on déforme la jupe périphérique de l'ébauche pour lui donner sa forme définitive, par exemple par expansion en formant sur ladite jupe périphérique des bossages de raidissement.Finally, in a fourth step, the peripheral skirt of the blank is deformed to give it its final shape, for example by expansion, by forming stiffening bosses on said peripheral skirt.

Plusieurs essais ont été réalisés à partir de quatre métallurgies sélectionnées :

  • une métallurgie A correspondant à un acier ultra-bas carbone calmé aluminium,
  • une métallurgie B correspondant à un acier IF titane, sachant que les normes alimentaires n'autorisent pas l'utilisation de ce type d'acier,
  • une métallurgie C correspondant à un acier IF titane sous stoechiométrique dont la teneur en titane a été ramenée au maximum autorisé par les normes alimentaires,
  • une métallurgie D correspondant à l'acier utilisé pour l'invention.
Several tests have been carried out using four selected metallurgies:
  • a metallurgy A corresponding to an ultra-low carbon steel, calmed aluminum,
  • metallurgy B corresponding to a titanium IF steel, knowing that food standards do not allow the use of this type of steel,
  • a metallurgy C corresponding to a titanium IF steel under stoichiometric, the titanium content of which has been reduced to the maximum authorized by food standards,
  • a metallurgy D corresponding to the steel used for the invention.

La composition de ces quatre aciers est détaillée dans le tableau ci-après, en millièmes de pour-cent. Acier Température fin de laminage (°C) Température. bobinage (°C) C N Mn P S Si Al Ti Nb Cu Ni Cr A 870 700 2,4 1,8 201 12 8 4 32 / / 7 17 20 B 880 680 2,3 2,5 167 16 6 4 34 44 / 8 21 23 C 870 700 2,2 2,5 182 13 7 2 32 24 / 8 19 20 D 895 750 2,5 2,3 138 10 6 2 27 14 17 5 14 13 The composition of these four steels is detailed in the table below, in thousandths of a percent. Steel End of rolling temperature (° C) Temperature. winding (° C) VS NOT Mn P S Yes Al Ti Nb Cu Or Cr AT 870 700 2.4 1.8 201 12 8 4 32 / / 7 17 20 B 880 680 2.3 2.5 167 16 6 4 34 44 / 8 21 23 VS 870 700 2.2 2.5 182 13 7 2 32 24 / 8 19 20 D 895 750 2.5 2.3 138 10 6 2 27 14 17 5 14 13

Des ébauches ont été réalisées avec ces quatre types d'acier et celles-ci ont subi un recuit flash à 800°C.Sketches were made with these four types of steel and these were flash annealed at 800 ° C.

Le métal a ensuite été caractérisé et les ébauches ont subi un second recuit à 200°C pendant 20 secondes, correspondant au type de cuisson de la décoration et/ou du vernis des boites.The metal was then characterized and the blanks underwent a second annealing at 200 ° C for 20 seconds, corresponding to the type of cooking of the decoration and / or the varnish of the boxes.

Le métal a alors été caractérisé et les résultats de ces caractérisations sont détaillés dans le tableau ci-après.

Figure imgb0001
The metal was then characterized and the results of these characterizations are detailed in the table below.
Figure imgb0001

Comme on le voit dans ces tableaux, l'acier A présente un palier de limite d'élasticité Lp % égal à 9,4 ce qui correspond à une longueur du palier de limite d'élasticité relativement important et implique la formation de vermiculure lorsque l'on met en forme la jupe périphérique de l'ébauche après recuit de recristallisation.As can be seen in these tables, steel A has an elastic limit plateau Lp% equal to 9.4 which corresponds to a relatively large elastic limit plateau length and involves the formation of vermiculure when the peripheral skirt of the blank is shaped after recrystallization annealing.

En revanche, l'acier B est un acier sans palier de limite d'élasticité et donc insensible au phénomène des bandes de Piobert-Lüders. Mais, comme on peut le constater, la teneur en titane est égale à 0,044 %, largement supérieure au maximum autorisé pour les aciers alimentaires.On the other hand, steel B is a steel without elastic limit bearing and therefore insensitive to the phenomenon of Piobert-Lüders bands. However, as can be seen, the titanium content is equal to 0.044%, much higher than the maximum authorized for edible steels.

L'acier C, dans lequel on a réduit la teneur en titane à 0,024 % présente un palier de limite d'élasticité Lp % étant égal à 6,3, encore important. Cet acier ne permettra pas de s'affranchir du phénomène de vermiculure car la longueur du palier de limite d'élasticité est encore trop important.Steel C, in which the titanium content has been reduced to 0.024%, has a yield strength Lp% equal to 6.3, which is still significant. This steel will not overcome the phenomenon of worming because the length of the elastic limit bearing is still too large.

En revanche, l'exemple d'acier utilisé dans l'invention, l'acier D, présente un palier de limite d'élasticitél Lp % égal à 1,7, ce qui est tout à fait acceptable. La vermiculure qui se développe n'est, dans ce cas, pas rédhibitoire. De plus cet acier D présente une teneur en titane égale à 0,014 % et une teneur en niobium égale à 0,017 %, ces deux teneurs étant inférieures au maximum autorisé dans les aciers alimentaires.On the other hand, the example of steel used in the invention, steel D, has a yield strength Lp% equal to 1.7, which is entirely acceptable. The worming that develops is, in this case, not unacceptable. In addition, this steel D has a titanium content equal to 0.014% and a niobium content equal to 0.017%, these two contents being less than the maximum authorized in edible steels.

Dans cet acier, on voit que l'on a piégé quasiment la totalité de l'azote et du carbone en solution solide dans l'acier, mais en en conservant une infime quantité accepable traduisant la présence de ce petit palier de limite d'élasticité.In this steel, we see that almost all the nitrogen and carbon have been trapped in solid solution in the steel, but keeping a tiny acceptable amount reflecting the presence of this small level of elastic limit .

L'utilisation de cet acier dans le procédé de fabrication des boites métalliques de forme comportant une étape de recuit de recristallisation d'au moins une partie de la jupe périphérique d'une ébauche à jupe périphérique cylindrique avant mise en forme finale de ladite jupe permet de réaliser des boites métalliques de forme exemptes de vermiculure, ou d'un niveau très limité.The use of this steel in the process for manufacturing shaped metal cans comprising a recrystallization annealing step of at least part of the peripheral skirt of a blank with a cylindrical peripheral skirt before final shaping of said skirt allows to make metal boxes in a shape free of worming, or of a very limited level.

Si l'on s'intéresse aux caractéristiques des aciers après le second recuit, on constate que dans le cas de l'acier A, la longueur du palier de limite d'élasticité a augmenté.If one is interested in the characteristics of the steels after the second annealing, one notes that in the case of steel A, the length of the bearing of elastic limit increased.

En revanche, dans le cas de l'acier D, la longueur du palier de limite d'élasticité est sensiblement identique, voir même a tendance à diminuer.On the other hand, in the case of steel D, the length of the elastic limit bearing is substantially identical, or even tends to decrease.

Ainsi une des caractéristiques de l'invention consiste à pratiquer une étape supplémentaire entre la troisième et la quatrième étape.Thus one of the characteristics of the invention consists in practicing an additional step between the third and the fourth step.

Cette étape consiste à réaliser la décoration et/ou le vernissage de la boite sur l'ébauche et à soumettre ladite ébauche à un traitement de cuisson de la décoration et/ou du vernis.This step consists in carrying out the decoration and / or the varnishing of the box on the blank and in subjecting said blank to a baking treatment of the decoration and / or of the varnish.

L'intérêt de réaliser la décoration et/ou le vernissage de la boite sur l'ébauche plutôt que sur la boite terminée réside dans le fait qu'il est plus simple d'effectuer ces opérations sur une jupe périphérique cylindrique que sur une jupe périphérique mise en forme, par exemple expansée et/ou présentant des bossages de raidissement.The advantage of carrying out the decoration and / or the varnishing of the box on the blank rather than on the finished box lies in the fact that it is simpler to carry out these operations on a cylindrical peripheral skirt than on a peripheral skirt shaping, for example expanded and / or having stiffening bosses.

Cette caractéristique est rendue possible parce que le palier de limite d'élasticité Lp % de l'acier utilisé n'augmente pas au cours du traitement de cuisson de la décoration et/ou du vernis, et ne modifie pas la sensibilité à la formation de vermiculure.This characteristic is made possible because the yield strength stage Lp% of the steel used does not increase during the baking treatment of the decoration and / or the varnish, and does not modify the sensitivity to the formation of vermiculure.

Une autre caractéristique de l'invention consiste à effectuer le recuit de recristallisation de l'au moins une partie de la jupe périphérique de l'ébauche, correspondant à la troisième étape du procédé de l'invention, à une température juste supérieure à la température de recristallisation de l'acier, à une température comprise entre la température de recristallisation de l'acier et au maximum celle-ci plus 10 %, de préférence entre la température de recristallisation de l'acier et au maximum celle-ci plus 5 %.Another characteristic of the invention consists in carrying out the recrystallization annealing of the at least part of the peripheral skirt of the blank, corresponding to the third step of the process of the invention, at a temperature just above the temperature. of recrystallization of the steel, at a temperature between the recrystallization temperature of the steel and at most this plus 10%, preferably between the recrystallization temperature of the steel and at most the latter plus 5% .

En effet, il s'avère qu'effectuer un recuit de recristallisation à une température trop importante entraîne une reprise de palier de limite d'élasticité, rédhibitoire pour réaliser la quatrième étape du procédé.Indeed, it turns out that carrying out recrystallization annealing at too high a temperature results in a resumption of the elastic limit plateau, which is prohibitive for carrying out the fourth step of the process.

Enfin on constate que l'acier D présente des caractéristiques mécaniques meilleures que l'acier C, en particulier en terme de taux d'allongement A %, surtout après le second recuit.Finally, it is found that steel D has better mechanical characteristics than steel C, in particular in terms of elongation rate A%, especially after the second annealing.

Ainsi, l'utilisation de ce type d'acier est intéressant pour la fabrication de boites métalliques de forme même si celles-ci ne sont pas destinées à un usage alimentaire.Thus, the use of this type of steel is advantageous for the manufacture of shaped metal cans even if these are not intended for food use.

Claims (10)

Procédé de fabrication d'une boite métallique, du type boite boisson, comprenant un fond et une jupe périphérique, sur laquelle est fixé, après remplissage, un couvercle, caractérisé en ce que : - dans une première étape, on réalise une coupelle comportant un fond et un bord périphérique par emboutissage d'un acier dont la composition en pourcentage poids est la suivante : - carbone compris entre 0 et 0,008 % - manganèse compris entre 0,10 et 0,50 % - azote compris entre 0 et 0,006 % - aluminium compris entre 0,01 et 0,07 % - phosphore compris entre 0 et 0,15 % - soufre compris entre 0 et 0,020 % - silicium compris entre 0 et 0,020 % - au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome - titane compris entre 0,005 et 0,020 % - niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %,
le reste étant du fer et des impuretés résiduelles, ledit acier étant élaboré par laminage à chaud puis laminage à froid pour obtenir un feuillard qui est ensuite soumis à un recuit de recristallisation, - dans une seconde étape, on étire le bord périphérique de la coupelle pour former une ébauche comportant un fond et une jupe périphérique, - dans une troisième étape, on effectue un recuit de recristallisation d'au moins une partie de la jupe périphérique de l'ébauche à une température supérieure à la température de recristallisation de l'acier, - dans une quatrième étape, on déforme la jupe périphérique de l'ébauche pour lui donner sa forme définitive. Method of manufacturing a metal can, of the beverage can type, comprising a bottom and a peripheral skirt, on which is fixed, after filling, a cover, characterized in that: - in a first step, a cup is produced comprising a bottom and a peripheral edge by stamping of a steel whose composition in weight percentage is as follows: - carbon between 0 and 0.008% - manganese between 0.10 and 0.50% - nitrogen between 0 and 0.006% - aluminum between 0.01 and 0.07% - phosphorus between 0 and 0.15% - sulfur between 0 and 0.020% - silicon between 0 and 0.020% - maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium - titanium between 0.005 and 0.020% - niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%,
the remainder being iron and residual impurities, said steel being produced by hot rolling then cold rolling to obtain a strip which is then subjected to recrystallization annealing, - in a second step, the peripheral edge of the cup is stretched to form a blank comprising a bottom and a peripheral skirt, in a third step, recrystallization annealing of at least part of the peripheral skirt of the blank is carried out at a temperature above the recrystallization temperature of steel, - In a fourth step, the peripheral skirt of the blank is deformed to give it its final shape. Procédé de fabrication d'une boite selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la troisième étape, on effectue un recuit de recristallisation de la jupe périphérique de l'ébauche.A method of manufacturing a box according to claim 1, characterized in that in the third step, a recrystallization annealing of the peripheral skirt of the blank is carried out. Procédé de fabrication d'une boite selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la quatrième étape, on déforme la jupe périphérique de l'ébauche par expansion.A method of manufacturing a box according to claim 1, characterized in that in the fourth step, the peripheral skirt of the blank is deformed by expansion. Procédé de fabrication d'une boite selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la quatrième étape, on déforme la jupe périphérique de l'ébauche en formant sur ladite jupe périphérique des bossages de raidissement.A method of manufacturing a box according to claim 1, characterized in that in the fourth step, the peripheral skirt of the blank is deformed by forming stiffening bosses on said peripheral skirt. Procédé de fabrication d'une boite selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, entre la troisième et la quatrième étape, on réalise la décoration de la boite sur l'ébauche et on soumet ladite ébauche à un traitement de cuisson de la décoration.Method of manufacturing a box according to one of claims 1 to 4, characterized in that, between the third and the fourth step, the decoration of the box is carried out on the blank and the said blank is subjected to a treatment of decoration baking. Procédé de fabrication d'une boite selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que entre la troisième et la quatrième étape, on réalise la décoration et le vernissage de la boite sur l'ébauche et on soumet ladite ébauche à un traitement de cuisson de la décoration et du vernis.Method of manufacturing a box according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the third and the fourth step, the decoration and the varnishing of the box are carried out on the blank and the said blank is subjected to a decoration and varnish baking treatment. Procédé de fabrication d'une boite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recuit de recristallisation de l'ébauche s'effectue à une température comprise entre la température de recristallisation de l'acier et cette température de recristallisation plus 10 %.A method of manufacturing a box according to claim 1, characterized in that the recrystallization annealing of the blank is carried out at a temperature between the recrystallization temperature of the steel and this recrystallization temperature plus 10%. Procédé de fabrication d'une boite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier utilisé présente une composition en pourcentage poids suivante : - carbone compris entre 0 et 0,004 % - manganèse compris entre 0,10 et 0,30 % - azote compris entre 0 et 0,004 % - aluminium compris entre 0,01 et 0,05 % - phosphore compris entre 0 et 0,15 % - soufre compris entre 0 et 0,020 % - silicium compris entre 0 et 0,020 % - au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome - titane compris entre 0,005 et 0,020 % - niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.Process for manufacturing a box according to claim 1, characterized in that the steel used has a composition in percentage by weight as follows: - carbon between 0 and 0.004% - manganese between 0.10 and 0.30% - nitrogen between 0 and 0.004% - aluminum between 0.01 and 0.05% - phosphorus between 0 and 0.15% - sulfur between 0 and 0.020% - silicon between 0 and 0.020% - maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium - titanium between 0.005 and 0.020% - niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%, the remainder being iron and residual impurities. Boite métallique, du type boite boisson, comprenant d'une part un fond et une jupe périphérique, et d'autre part un couvercle fixé sur la jupe périphérique, caractérisé en ce qu'elle est fabriquée par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.Metal can, of the beverage can type, comprising on the one hand a bottom and a peripheral skirt, and on the other hand a cover fixed on the peripheral skirt, characterized in that it is manufactured by the method according to any one of previous claims. Acier pour la fabrication de boites métalliques de forme, caractérisé en ce que la composition en pourcentage poids est la suivante : - carbone compris entre 0 et 0,008 % - manganèse compris entre 0,10 et 0,50 % - azote compris entre 0 et 0,006 % - aluminium compris entre 0,01 et 0,07 % - phosphore compris entre 0 et 0,15 % - soufre compris entre 0 et 0,020 % - silicium compris entre 0 et 0,020 % - au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le cuivre, le nickel et le chrome - titane compris entre 0,005 et 0,020 % - niobium compris entre 0,005 et 0,020 %, la somme des teneurs en titane et en niobium étant supérieure à 0,020 %, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.Steel for the manufacture of shaped metal cans, characterized in that the composition in weight percent is as follows: - carbon between 0 and 0.008% - manganese between 0.10 and 0.50% - nitrogen between 0 and 0.006% - aluminum between 0.01 and 0.07% - phosphorus between 0 and 0.15% - sulfur between 0 and 0.020% - silicon between 0 and 0.020% - maximum 0.08% of one or more elements chosen from copper, nickel and chromium - titanium between 0.005 and 0.020% - niobium between 0.005 and 0.020%, the sum of the titanium and niobium contents being greater than 0.020%, the remainder being iron and residual impurities.
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