EP1064413B1 - Alliage d'aluminium pour boitier d'aerosol - Google Patents

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EP1064413B1
EP1064413B1 EP99900964A EP99900964A EP1064413B1 EP 1064413 B1 EP1064413 B1 EP 1064413B1 EP 99900964 A EP99900964 A EP 99900964A EP 99900964 A EP99900964 A EP 99900964A EP 1064413 B1 EP1064413 B1 EP 1064413B1
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alloys
weight
slugs
alloy
aerosol cans
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EP1064413A1 (fr
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Jean-Luc Hoffmann
Alain Jupin
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Albea Tubes France SAS
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Cebal SAS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to the field of aluminum alloys, and more particularly those intended for the manufacture of aerosol cans.
  • the Applicant has searched for aluminum alloys which present an improvement mechanical properties, with a view to reducing the wall thickness of the aerosol cans. Furthermore, it sought alloys, preferably, suitable for the manufacture of pawns. by continuous casting, and no longer by rolling alone, and preferably adapted to the manufacture of aerosol boxes stretched and stretched, not just spun.
  • Aluminum alloy intended for the manufacture of aerosol containers obtained by impact spinning of pions of said alloy or by impact spinning of these pions followed by drawing, comprises copper and manganese, whose composition in Cu and Mn is located inside the polygon ABCD defined, in a system coordinate axes with the content of Mn (% by weight) on the abscissa and that of Cu (% by weight) on the ordinate, by the coordinates of points A, B, C and D: abscissa (Mn%) ordinate (Cu%) AT 0,075 0.65 B 0.50 0.65 VS 0.35 0.4 D 0.25 0.4 the remainder being constituted by Al and the inevitable impurities.
  • This alloy composition has been found to be particularly suitable for the manufacture of pins from a continuous casting strip.
  • Mn contents they are mainly intended to reduce the softening of the metal during annealing (lacquers and varnishes of aerosol cans.
  • the tests carried out by the Applicant have shown that an Mn content lying below of the limit imposed by the straight line AD would lead to a too large-grained pawn, ultimately leading to the formation of folds during the conification of the final aerosol.
  • an Mn content lying below the imposed limit by the straight line AD would also lead to an aerosol with insufficient mechanical characteristics, taking into account in particular the need to reduce the thickness of the walls of aerosol cans to significantly reduce the costs of metal.
  • the additional addition of Mn brings nothing because the alloy hardly softens during the annealing of lacquers or varnishes of aerosol housings, and generally moreover, an addition of Mn above 0.5% by weight only degrades the structure of the metal.
  • the tests showed that it was advantageous, in order to obtain a high resistance to corrosion, for the Cu content to be less than 0.65% (ordinate of the line AB) , but that it is greater than 0.4% (ordinate of the straight line CD) to obtain a final aerosol with high mechanical characteristics in order to be able to reduce the thickness of the walls of aerosol housings.
  • FIG. 1 represents the diagram of the compositions in the plane Ox, y, where the abscissa Ox represents the weight percentage in Mn of the alloy of Al, and where the ordinate Oy represents the weight percentage in Cu of the alloy Al.
  • the polygon ABCD delimits the domain of the Mn and Cu compositions of the aluminum alloys corresponding to the uses according to the invention.
  • the polygon EFGH delimits the preferred domain of the Mn and Cu compositions of the aluminum alloys corresponding to the uses according to the invention.
  • FIG. 2 is a qualitative illustration of the variation of the mechanical characteristics Rm (on the ordinate), as a function of the height H (on the abscissa) of the aerosol can obtained for the same starting pawn, on the left part A of the diagram, as a function of the heat treatment time for baking varnishes and inks (on the abscissa), on the right-hand side B.
  • Curve I corresponds to the impact spinning process
  • curve II corresponds to a first step F n of impact spinning, followed by a second stretch step E n .
  • Figure 3 is a sectional view of a continuous casting device "4R" (1), supplied of liquid metal (2), for the manufacture of strip (3) intended for the manufacture, by stamping, pins (4) before substantially the same thickness as said strip (3).
  • FIGS. 4a to 4c are a schematic illustration of the preferred method corresponding to the use according to the invention, comprising the transformation of a starting pawn (4) (FIG. 4a) into a draft spun (5) (FIG. 4b), and the transformation of this blank (5) into an aerosol can (6) by drawing with reduction in thickness of the wall (7) of the blank (5).
  • the aluminum alloy corresponding to the use according to the invention has a composition of Cu and Mn which is located inside the polygon EFGH defined by the coordinates of the points EFG and H (% by weight) abscissa (% Mn) ordinate (% Cu) E 0.25 0.6 F 0.45 0.6 G 0.4 0.5 H 0.3 0.5 as shown in figure 1.
  • the alloy compositions are particularly advantageous when, on the one hand, the pins (4) are obtained from continuous casting strip (3) as illustrated in FIG. 3, and when, on the other hand, the pins are transformed into aerosol cans by a first step of impact spinning, followed by a second step of drawing, as shown schematically in Figures 4a to 4c.
  • Figure 2 illustrates the advantages of this process on the mechanical characteristics (Rm).
  • the alloys corresponding to the use according to the invention are less sensitive than the standard alloys or the alloys outside the invention, to the effects of the heat treatment (part B of FIG. 2) and to the reduction of the mechanical characteristics. which results from this treatment.
  • the invention makes it possible to obtain aerosol cans having, as desired, either better mechanical characteristics and therefore resistance to higher internal pressure, or a reduced wall thickness which corresponds to a saving in metal.
  • the alloy may, in addition to the elements Cu and Mn, comprise other elements: 0.005 to 0.05% by weight of Ti, from 0.2 to 0.5% by weight of Fe, and less than 0.2% by weight of Si.
  • the use of titanium is aimed at obtaining relatively fine-grained casting tape (3).
  • the elements Fe and Si are most often impurities from aluminum.
  • the Fe content results from the fact that this element, at a content greater than 0.2% by weight, plays a role in reducing the size of the grains, while beyond a content of 0.5% in weight, its effect is negative, because it annihilates the effect of manganese by trapping this element.
  • Silicon is a simple impurity, the content of which must be kept below 0.2% by weight, otherwise the solubility of manganese will be reduced, which leads in particular to larger grains.
  • An object of the invention relates to the use according to the invention of alloys for obtaining aerosol cans produced by shock spinning of pawns (4) of said alloy, said pawns being obtained from continuously cast strip.
  • this second object relates to the use according to the invention of the alloys for obtaining aerosol cans produced by shock spinning of pins (4) of said alloy and subsequent drawing of the blank (5) obtained, said pins being obtained from continuous casting tape.
  • the selection of alloys is particularly suitable in the case of pawns obtained from continuously cast strip, and more particularly advantageous when these pawns are transformed into aerosol cans by impact spinning followed by a step d 'drawing.
  • Another object of the invention is constituted by the aerosol cans obtained by shock spinning of pins (4) of said alloy, said pins being obtained from continuously cast strip.
  • this other object consists of aerosol cans obtained by impact shocking of pawns of said alloy followed by at least one drawing step, said pawns being obtained from continuously cast strip.

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Description

DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine des alliages d'aluminium, et plus particulièrement ceux destinés à la fabrication de boítiers d'aérosol.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaít déjà, notamment par la demande japonaise 1-149939/89, des alliages d'aluminium comprenant de 0,05 à 0,8 % en poids de Cu et de 0,05 à 0,8 % en poids de Mn. Ces alliages sont adaptés à la fabrication de boítiers d'aérosol filés par choc (impact extrusion) à partir de pions, et qui présentent une tenue améliorée à la corrosion par piqûres.
Selon cet état de la technique, les pions sont obtenus à partir de bande par laminage à chaud, puis laminage à froid.
De manière connue en soi, les boítiers filés par choc sont ensuite typiquement dégraissés, vernis intérieurement et/ou imprimés extérieurement, traités dans un four de manière à cuire les encres et sécher les vernis, et finalement conifiés.
PROBLEMES POSES
La demanderesse a recherché des alliages d'aluminium qui présentent une amélioration des propriétés mécaniques, en vue de réduire l'épaisseur de paroi des boítiers d'aérosols. Par ailleurs, elle a recherché des alliages, de préférence, adaptés à la fabrication de pions par coulée continue, et non plus par seul laminage, et, de préférence, adaptés à la fabrication de boítiers d'aerosols files et étires, et non pas seulement filés.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention est décrite aux revendications d'utilisation 1 et 2 et aux revendications de produits 5 et 6. Les modes préférés sont définis aux revendications 3 et 4. L'alliage d'aluminium, destiné à la fabrication de boítiers d'aérosols obtenus par filage par choc de pions dudit alliage ou par filage par choc de ces pions suivi d'un étirage, comprend du cuivre et du manganèse, dont la composition en Cu et Mn est située à l'intérieur du polygone ABCD défini, dans un système d'axes de coordonnées avec la teneur en Mn (% en poids) en abscisse et celle de Cu (% en poids) en ordonnée, par les coordonnées des points A, B, C et D:
abscisse (Mn%) ordonnée (Cu %)
A 0,075 0,65
B 0,50 0,65
C 0,35 0,4
D 0,25 0,4
le reste étant constitué par Al et les impuretés inévitables.
Cette composition d'alliage a éte trouvée particulièrement adaptée à la fabrication de pions à partir de bande coulée en continu.
En ce qui concerne les teneurs en Mn, elles visent surtout à diminuer l'adoucissement du métal lors du recuit (les laques et vernis des boítiers aérosols. Les essais conduits par la demanderesse ont montré qu'une teneur en Mn se situant en-deça de la limite imposée par la droite AD conduirait à un pion à grain trop gros, entraínant in fine la formation de plis lors de la conification de l'aérosol final. Par ailleurs, une teneur en Mn se situant en-deça de la limite imposée par la droite AD conduirait en plus à un aérosol de caractéristiques mécaniques insuffisantes compte tenu notamment de la nécessité de diminuer l'épaisseur des parois de boítiers d'aérosols pour diminuer notablement les coûts de métal.
En particulier quand la teneur en Mn est comprise entre 0,2 et 0,4% en poids, il a été observé un fort effet anti-adoucissant du Mn qui entraíne une augmentation très marquée des caractéristiques mécaniques. Cet effet est particulièrement remarquable dans le cas d'alliages contenant aussi du Cu, en effet ces alliages d'aluminium avec Cu s'adoucissent très vite on peut ainsi considérer que l'ajout de 0,3% de Mn à un alliage d'aluminium 1050 (désignation de l'Aluminum Association) fait gagner 15 MPa, alors que le même ajout à un alliage 1050 contenant 0,5% de Cu fait gagner 30 MPa. Ainsi, il a été observé une forte synergie entre les éléments Cu et Mn.
Pour de fortes teneurs en Mn, typiquement supérieures à 0,5%, l'ajout supplémentaire de Mn n'apporte rien car l'alliage ne s'adoucit quasiment plus lors des recuits des laques ou vernis des boítiers d'aérosols, et généralement d'ailleurs, un ajout de Mn au-dessus de 0,5 % en poids ne fait que dégrader la structure du métal.
En ce qui concerne la teneurs en cuivre, les essais ont montré qu'il y avait intérêt, pour obtenir une tenue élevée à la corrosion, à ce que la teneur en Cu soit inférieure à 0,65 % (ordonnée de la droite AB), mais qu'elle soit supérieure à 0,4% (ordonnée de la droite CD) pour obtenir un aérosol final de caractéristiques mécaniques élevées pour pouvoir réduire l'épaisseur des parois de boítiers d'aérosols.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 représente le diagramme des compositions dans le plan Ox,y, où l'abscisse Ox représente le pourcentage pondéral en Mn de l'alliage d'Al, et où l'ordonnée Oy représente le pourcentage pondéral en Cu de l'alliage d'Al.
Le polygone ABCD délimite le domaine des compositions en Mn et Cu des alliages d'aluminium correspondant aux utilisations selon l'invention.
Le polygone EFGH délimite le domaine préféré des compositions en Mn et Cu des alliages d'aluminium correspondant aux utilisations selon l'invention.
La figure 2 est une illustration qualitative de la variation des caractéristiques mécaniques Rm (en ordonnée), en fonction de la hauteur H (en abscisse) du boítier d'aérosol obtenue pour un même pion de départ, sur la partie gauche A du diagramme, en fonction du temps de traitement thermique de cuisson des vernis et encres (en abscisse), sur la partie droite B.
La courbe I correspond au procédé de filage par choc, alors que la courbe II correspond à une première étape Fn de filage par choc, suivie d'une seconde étape d'étirage En.
La figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif de coulée continue " 4R" (1), alimenté en métal liquide (2), pour la fabrication de bande (3) destinée à la fabrication, par estampage, de pions (4) avant sensiblement la même épaisseur que ladite bande (3).
Les figures 4a à 4c sont une illustration schématique du procédé préféré correspondant à l'utilisation selon l'invention, comprenant la transformation d'un pion de départ (4) (figure 4a) en ébauche filée (5) (figure 4b), et la transformation de cette ébauche (5) en boítier (6) d'aérosol par étirage avec réduction d'épaisseur de la paroi (7) de l'ébauche (5).
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
De préférence, l'alliage d'aluminium correspondant à l'utilisation selon l'invention présente une composition en Cu et Mn qui est située a l'intérieur du polygone EFGH défini par les coordonnées des points E.F.G et H (% pondéral)
abscisse (%Mn) ordonnée (%Cu)
E 0,25 0,6
F 0,45 0,6
G 0,4 0,5
H 0,3 0,5
comme représenté sur la figure 1.
Les compositions d'alliage sont particulièrement avantageuses quand, d'une part, les pions (4) sont obtenus à partir de bande coulée en continu (3) comme illustré à la figure 3, et quand, d'autre part, les pions sont transformés en boítiers d'aérosols par une première étape de filage par choc, suivie d'une seconde étape d'étirage, comme schématisé aux figures 4a a 4c.
La figure 2 illustre les avantages de ce procédé sur les caractéristiques mécaniques (Rm). Il est à noter aussi que les alliages correspondant à l'utilisation selon l'invention sont moins sensibles que les alliages standards ou les alliages hors invention, aux effets du traitement thermique (partie B de la figure 2) et à la diminution des caractéristiques mécaniques qui résulte de ce traitement.
Ainsi, l'invention permet d'obtenir des boítiers d'aérosols présentant, au choix, soit de meilleures caractéristiques mécaniques et donc une tenue à la pression interne supérieure, soit une épaisseur de paroi moindre ce qui correspond à une économie de métal.
L'alliage peut, outre les éléments Cu et Mn, comprendre d'autres éléments : 0,005 à 0,05 % en poids de Ti, de 0,2 à 0,5 % en poids de Fe, et moins de 0,2 % en poids de Si.
L'emploi de titane vise à obtenir de la bande (3) de coulée à grains relativement fins.
Quant aux éléments Fe et Si, ce sont le plus souvent des impuretés de l'aluminium. La teneur en Fe résulte du fait que cet élément, à une teneur supérieure à 0,2% en poids, joue un rôle pour faire baisser la taille des grains, alors qu'au-delà d'une teneur de 0,5% en poids, son effet est négatif, car il annihile l'effet du manganèse en piégeant cet élément.
Le silicium est une simple impureté dont la teneur doit être tenue infériéure à 0,2% en poids sous peine de faire baisser la solubilité du manganèse, ce qui conduit notamment à des grains plus gros
Un objet de l'invention concerne l'utilisation selon l'invention des alliages pour l'obtention de boítiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4) dudit alliage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
De préférence, ce second objet concerne l'utilisation selon l'invention des alliages pour l'obtention de boítiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4) dudit alliage et étirage subséquent de l'ébauche (5) obtenue, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
Comme déjà indiqué, la sélection d'alliages est particulièrement adaptée dans le cas de pions obtenus à partir de bande coulée en continu, et plus particulièrement avantageuse quand ces pions sont transformés en boítiers d'aérosol par filage par choc suivi d'une étape d'étirage.
Un autre objet de l'invention est constitué par les boítiers d'aérosols obtenus par filage par choc de pions (4) dudit alliage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
De préférence, cet autre objet est constitué par des boítiers d'aérosols obtenus par filage par choc de pions dudit alliage suivi d'au moins une étape d'étirage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
EXEMPLES DE REALISATION
On a fabriqué des pions en différents alliages d'aluminium, ainsi que les boítiers filés étirés correspondant. Les boítiers obtenus ont les dimensions suivantes :
  • diamètre : 45 mm
  • hauteur : 290 mm
  • épaisseur de paroi 0.28 mm
    Figure 00060001
Seuls les essais 9 à 12 sont conformes à l'invention.
La comparaison des essais 8 et 10 montre bien un plafonnement des caractéristiques mécaniques, une augmentation de la teneur en Mn, au-delà des teneurs correspondant aux compositions en Cu et Mn situées à l'intérieur du polygone ABCD, n'améliore pas les caractéristiques mécaniques.
Réf. Résistance à la corrosion Mise en forme (filage + étirage)
Taille des grains µm Aptitude à la conification
1 comme Al 1050 300 Plis
2 Idem 50 Pas de plis
3 Idem 30 Pas de plis
4 Idem 40 Pas de plis
5 idem 40 Pas de plis
6 idem 220 Début de plis
7 Piqûres 30 Pas de plis
8 comme Al 1050 300 Plis
9 comme Al 1050 70 Pas de plis
10 comme Al 1050 120 Pas de plis
11 comme Al 1050 135 Pas de plis
12 comme Al 1050 120 Pas de plis
Ces essais comparatifs montrent bien l'intérêt de la sélection pour l'utilisation selon l'invention puisque le domaine d'alliage permet seul d'obtenir à la fois des caractéristiques mécaniques élevées pour le boítier aérosol après recuit des laques et vernis, une absence de plis à la conification, et une bonne tenue à la corrosion, analogue à celle d'un boítier en alliage d'aluminium peu chargé en éléments autres que Al, l'alliage 1050 (désignation normalisée selon l'Aluminum Association), alliage de référence pour ce type d'application.

Claims (6)

  1. Utilisation d'alliages d'aluminium pour la fabrication de boítiers d'aérosols par filage par choc de pions dudit alliage suivi d'un étirage, alliages comprenant du cuivre et du manganèse, et dont la composition consiste en: une teneur en Cu et Mn située à l'intérieur du polygone ABCD défini, dans un système d'axes de coordonnées où la teneur en Mn (% en poids) figure en abscisse et où celle en Cu (% en poids) figure en ordonnée, par les coordonnées des points A, B, C et D: abscisse ordonnée A 0,075 0,65 B 0,50 0,65 C 0,35 0,4 D 0,25 0,4
    optionnellement: de 0,005 à 0,05 % en poids de Ti, de 0,2 à 0,5 en poids de Fe et moins de 10,2 % en poids de Si,
    le reste étant de l'aluminium et des impuretés inévitables.
  2. Utilisation d'alliages d'aluminium pour la fabrication de boítiers d'aérosols par filage par choc de pions dudit alliage ou par filage par choc suivi d'un étirage, alliages comprenant du cuivre et du manganèse, et dont la composition consiste en: une teneur en Cu et Mn située à l'intérieur du polygone EFGH défini, dans un système d'axes de coordonnées où la teneur en Mn (% en poids) figure en abscisse et où celle en Cu (% en poids) figure en ordonnée, par les coordonnées des points E, F, G et H : abscisse ordonnée E 0,25 0,6 F 0,45 0,6 G 0,4 0,5 H 0,3 0,5
    optionnellement: de 0,005 à 0,05 % en poids de Ti, de 0,2 à 0,5 en poids de Fe et moins de 10,2 % en poids de Si,
    le reste étant de l'aluminium et des impuretés inévitables.
  3. Utilisation d'alliages selon une quelconque des revendications 1 à 2 pour l'obtention de boítiers d'aérosols par filage par choc de pions desdits alliages, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
  4. Utilisation d'alliages selon une quelconque des revendications 1 à 2 pour l'obtention de boítiers d'aérosols par filage par choc de pions desdits alliages et étirage subséquent de l'ébauche obtenue, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
  5. Boítiers d'aérosols en alliages d'aluminium utilisés selon une quelconque des revendications 1 à 4, obtenus par filage par choc de pions constitués desdits alliages, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
  6. Boítiers d'aérosols en alliages d'aluminium utilisés selon une quelconque des revendications 1 à 4, obtenus par filage par choc de pions constitués desdits alliages, ledit filage étant suivi d'au moins une étape d'étirage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
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