FR2767078A1 - Procede d'elaboration d'une tole mince en acier a ultra bas carbone pour la realisation de produits emboutis pour emballage et tole mince obtenue - Google Patents
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Abstract
On élabore un acier calmé et dégazé sous vide renfermant en poids, moins de 0, 008 % de carbone, entre 0, 10 et 0, 35 % de manganèse, moins de 0, 006 % d'azote, moins de 0, 025 % de phosphore, moins de 0, 020 % de soufre, moins de 0, 020 % de silicium, au plus 0, 08 % d'un au moins des éléments cuivre, nickel et chrome et au plus 0, 010 % d'aluminium. On coule l'acier sous forme d'une brame, on lamine la brame à chaud pour obtenir une tôle laminée à chaud, on lamine à froid la tôle laminée à chaud en deux opérations de laminage séparées par un recuit continu. De préférence, l'acier est calmé par brassage avec un laitier comportant des quantités ajustées d'aluminium et d'alumine.
Description
L'invention concerne un procédé d'élaboration d'une tôle mince en
acier à très bas carbone pour la réalisation de produits emboutis pour em-
ballage tels que des boîtes et une tôle mince obtenue par le procédé.
Pour la fabrication, par emboutissage, de produits pour emballage en acier tels que des boîtes pour produits alimentaires ou pour boissons, on utilise des flans découpés dans des tôles minces dont les caractéristiques
doivent être adaptées au procédé de formage par emboutissage.
Les procédés d'emboutissage utilisés pour réaliser les boîtes pour conserves alimentaires ou pour boissons sont généralement des procédés d'emboutissage-réemboutissage (DRD) ou d'emboutissage-repassage
(DWI).
Dans l'un et l'autre cas, il est connu d'utiliser des tôles minces a très
bas carbone ou à ultra bas carbone (ULC) dont la teneur pondérale en car-
bone est de quelques millièmes de pour cent et généralement inférieure à 8
millièmes de pour cent.
On connaît par exemple par le FR 95-02208 un procédé d'élaboration d'une tôle mince destinée à la fabrication par emboutissage-repassage,
d'une boîte du type boîte pour boisson, à partir d'un acier ayant la composi-
tion pondérale suivante: - carbone < 0,008 %, - manganèse compris entre 0,10 et 0,30 %, - azote < 0,006 %, - aluminium compris entre 0.01 et 0,06 %, - phosphore < 0,015 %, - soufre < 0,020 %, - silicium < 0,020 %, - au maximum 0,08 % d'un ou plusieurs des éléments cuivre, nickel et chrome,
le reste de la composition étant constitué par du fer et des impuretés inévi-
tables.
De manière générale, dans le cas de la fabrication des boîtes par les
procédés d'emboutissage-réemboutissage (DRD) ou d'emboutissage-
repassage (DWI), des propriétés mécaniques et d'emboutissabilité spécifi-
ques sont demandées en ce qui concerne les tôles minces ou les flans dé-
coupés dans ces tôles qui sont soumis à l'emboutissage.
En particulier, les tôles minces doivent présenter une faible tendance à la formation de cornes lors de l'emboutissage et de très bonnes propriétés
d'emboutissabilité par rétreint.
Une bonne emboutissabilité est caractérisée par un coefficient d'ani-
sotropie normale ou coefficient de Lankford élevé et un coefficient d'aniso-
tropie plane AC proche de zéro.
En outre, on recherche également une microstructure de l'acier la plus homogène possible suivant la largeur de la tôle et le long de ses rives, de manière à obtenir un comportement homogène des flans pendant leur emboutissage. De plus, on recherche dans la tôle destinée à l'emboutissage une microstructure la plus proche possible d'une microstructure à grains
équiaxes homogènes.
Egalement, du fait que l'épaisseur de l'emballage métallique à l'état fini peut être très faible (par exemple inférieure à 0,1 mm), il est nécessaire
de disposer d'une tôle exempte de défauts tels que des inclusions, c'està-
dire un matériau présentant la meilleure propreté inclusionnaire possible.
Les tôles minces en acier pour la fabrication d'emballages emboutis sont généralement réalisées à partir d'un acier calmé à l'aluminium, dégazé sous vide et coulé généralement en continu sous la forme d'une brame qui est ensuite laminée à chaud de façon à obtenir une bande laminée à chaud qui est ensuite laminée à froid en deux étapes séparées par un recuit de
recristallisation.
Le second laminage qui est généralement réalisé sur un laminoir skin- pass permet d'obtenir une tôle ayant l'épaisseur finale du produit sur
lequel on réalise l'emboutissage.
Dans le cas de la fabrication des aciers à ultra bas carbone, I'acier élaboré dans le four métallurgique est soumis à un dégazage sous vide, généralement avec injection d'oxygène et calmé à l'aluminium, avant d'être coulé dans une installation de coulée continue pour l'élaboration d'une brame. La brame est laminée à chaud à une température supérieure au point Ar3 de l'acier pour obtenir une tôle laminée à chaud dont l'épaisseur est généralement inférieure à 3 mm. La tôle laminée à chaud est ensuite laminée à froid avec un taux de réduction généralement supérieur à 80 % pour obtenir une tôle laminée à froid intermédiaire ou ébauche qui est ensuite recuite à une température inférieure au point Acl de l'acier avant le laminage final au skin-pass dont
le taux de réduction dépend de la destination de la tôle.
Les tôles d'acier à ultra bas carbone dégazé sous vide et calmé à
l'aluminium présentent des caractéristiques convenables en ce qui con-
cerne leur emboutissabilité, I'homogénéité de la microstructure obtenue, à
l'issue du cycle de fabrication, et la propreté inclusionnaire.
Cependant, la réalisation de nouveaux emballages de formes com-
plexes à parois de plus en plus minces nécessite l'obtention de caractéristi-
ques toujours plus élevées.
Le but de l'invention est de proposer un procédé d'élaboration d'une
tôle mince en acier à très bas carbone pour la réalisation de produits em-
boutis d'emballage dans lequel: - on élabore un acier calmé et dégazé sous vide renfermant en poids, moins de 0,008 % de carbone, entre 0,10 et 0,35 % de manganèse, moins de 0,006 % d'azote, moins de 0,025 % de phosphore, moins de 0,020 % de
soufre, moins de 0,020 % de silicium, au plus 0,08 % d'un ou plusieurs élé-
ments parmi le cuivre, le nickel et le chrome, ainsi que de l'aluminium,
le reste de la composition étant constitué par du fer et des impuretés inévi-
tables,
- on coule l'acier sous forme d'une brame, - on lamine la brame à chaud à une température supérieure à Ar3 pour obtenir une tôle laminée à chaud,
- on lamine à froid la tôle laminée à chaud, sous forme d'une tôle la-
minée à froid intermédiaire,
- on recuit la tôle laminée à froid intermédiaire en continu à une tem-
pérature inférieure à Acl, et
- on relamine la tôle laminée à froid intermédiaire jusqu'à une épais-
seur finale de la tôle pour emboutissage, le procédé suivant l'invention permettant d'améliorer de manière notable
l'emboutissabilité, la propreté inclusionnaire et l'homogénéité de micro-
structures de la tôle pour emboutissage.
Dans ce but, I'acier est élaboré de manière à renfermer moins de
0,010 % en poids d'aluminium.
L'invention est également relative à un procédé d'élaboration dans lequel on calme l'acier par mise en contact d'un acier effervescent obtenu
par élaboration dans un four métallurgique avec un laitier contenant en par-
ticulier de l'aluminium et de l'alumine A1203.
L'invention est également relative à un procédé d'élaboration dans lequel l'acier est coulé sous forme d'une brame dans une installation de
coulée continue sous gaz inerte.
Enfin, I'invention est également relative à une tôle mince présentant une microstructure homogène à grains équiaxes ayant une faible teneur en inclusions et présentant de très bonnes caractéritiques d'emboutissabilité
en un acier à ultra bas carbone renfermant moins de 0,010 % d'aluminium.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire plusieurs exemples d'élaboration de tôles minces suivant l'invention et les caractéristiques microstructurales et d'emboutissabilité de ces tôles, en se
référant aux figures jointes en annexe.
La figure 1 est un diagramme donnant le pourcentage de recristalli-
sation en fonction de la température, d'aciers présentant des teneurs en
aluminium différentes.
Les figures 2A, 2B, 2C, 2D et 2E sont des microstructures, après re-
cristallisation, de tôles laminées à froid en acier présentant des teneurs en
aluminium différentes et croissantes de la figure 2A à la figure 2E.
La figure 3 est un diagramme donnant la limite élastique en fonction de la teneur en aluminium de tôles en acier pour emboutissage élaborées
suivant l'invention et, de manière comparative, suivant l'art antérieur.
La figure 4 est un diagramme donnant la résistance mécanique en fonction de la teneur en aluminium de tôles en acier d'emboutissage élabo- rées par le procédé suivant l'invention et, de manière comparative, de tôles
en acier élaborées suivant le procédé connu de l'art antérieur.
Les figures 5A, 5B et 5C sont des diagrammes représentant le coeffi-
cient d'anisotropie r d'une tôle d'emboutissage selon l'invention, respecti-
vement dans la direction de la longueur de la tôle, dans la direction travers
et à 450.
La figure 6 est un diagramme donnant le coefficient d'anisotropie r moyen en fonction de la teneur en aluminium de tôles d'emboutissage en acier élaborées suivant l'invention et, de manière comparative, élaborées
suivant l'art antérieur.
Dans le cadre d'une étude comparative entre le procédé d'élabora-
tion de tôles pour emboutissage suivant l'invention caractérisé en particulier par de très basses teneurs en aluminium dans les tôles minces obtenues et de tôles pour emboutissage élaborées suivant le procédé connu de l'art antérieur, ces tôles renfermant des teneurs en aluminium supérieures à 0,010 % en poids, on a réalisé différentes coulées d'acier qui ne diffèrent de
manière sensible que par leurs teneurs en aluminium. Le tableau 1 ci-
dessous donne les compositions des aciers utilisés pour la fabrication de
tôles d'emboutissage par laminage à froid de tôles laminées à chaud.
TABLEAU 1
Repère Temp; Temp. Ep. AI. Ti rés.
labo. fin la- Bob. Coil C N Mn P S Cu Ni Cr Mét. (ppm) min. (mm)
M825 880 C 530 C 2,72 2,7 3,4 201 11 5 8 18 14 2 3
R2116A 875 C 570 C 2,96 3,5 3,5 202 13 11 8 15 15 8 1
R2115A 883 C 563 C 2,95 3,2 3,5 201 12 11 8 16 16 10 1
R1048C1 894 C 560 C 3,01 2,6 2,2 201 10 6 6 18 15 24 1
R1285 900 C 590 C 3,09 3,2 2,9 198 10 5 11 17 24 37 7
S 385 881 C 579 C 2,00 2,9 3,0 197 10 11 Il 19 17 56 4 R1757A f 8710C 5590C 3,04 3,4 5,0 237 3 5 14 18 30 64 4 Sur le tableau 1, les teneurs pondérales des différents éléments sont données en millièmes de pour cent, à l'exception du titane qui est indiqué
en ppm, c'est-à-dire en dixième de millièmes de pour cent.
Les analyses chimiques ont été effectuées sur les tôles laminées à
chaud constituant le produit obtenu dans une étape intermédiaire du procé-
dé d'élaboration.
Dans la première colonne, on a indiqué les références des tôles; ces références seront utilisées pour désigner les tôles jusqu'à leur état définitif,
c'est-à-dire à l'état de tôles minces pour emboutissage.
Les trois premières tôles sous les références M825, R2116A et R2115A sont élaborées suivant le procédé de l'invention et comportent des
teneurs en aluminium au plus égales à 10 millièmes pour cent.
Les quatre tôles suivantes indiquées dans le tableau 1 sont données
à titre comparatif et concernent des tôles élaborées selon la technique anté-
rieure et comportant 24 millièmes pour cent d'aluminium ou plus.
La seconde colonne du tableau 1 indique la température de fin de
laminage et la troisième colonne, la température de bobinage de la tôle la-
minée à chaud.
La quatrième colonne du tableau est relative aux épaisseurs des tô-
les laminées à chaud.
Les colonnes suivantes du tableau indiquent les teneurs pondérales
des différents éléments de l'acier des tôles.
Les aciers utilisés pour réaliser les tôles laminées à chaud sont éla-
borés au four métallurgique puis coulés en poche. L'acier est dégazé sous vide et calmé avant d'être coulé dans une installation de coulée continue de brames. Le dégazage sous vide de l'acier est de préférence réalisé dans une installation RHOB, c'est-à-dire par insufflation d'oxygène pur dans l'acier mis en circulation dans une enceinte sous vide, ou dans une installation de
vide en cuve.
Le calmage des aciers pour emballage métallique est généralement
réalisé en ajoutant de l'aluminium à l'acier.
Un tel procédé a été utilisé dans le cas des aciers comparatifs.
Un tel procédé de calmage à l'aluminium n'est plus applicable dans le
cas des aciers devant renfermer moins de 0,010 % d'aluminium.
Dans le cas des trois aciers suivant l'invention renfermant moins de 0, 010 % d'aluminium, on a réalisé le calmage par réaction entre le laitier et
l'acier, lors du brassage.
Il est toutefois nécessaire d'ajouter au laitier un mélange d'aluminium et d'alumine A1203 pour éviter une réoxydation de l'acier. En effet, le laitier
renferme une proportion importante de FeO et l'aluminium assure le pié-
geage de l'oxygène libéré par FeO au moment du brassage.
En ajustant les quantités d'aluminium et d'alumine dans le laitier, on peut ajuster la teneur finale en aluminium de l'acier à une valeur inférieure à
0,010 %.
Le dégazage sous vide, qui est une technique d'élaboration habi-
tuelle des aciers à ultra bas carbone, permet d'obtenir une teneur en car-
bone inférieure à 0,008 %.
Dans le cas des aciers élaborés dont la composition est donnée sur le tableau 1, les teneurs en carbone de ces aciers sont toutes comprises
entre 26 et 35 ppm.
De manière à permettre des comparaisons significatives des caracté-
ristiques mécaniques des aciers, on effectuera certaines corrections pour ramener les caractéristiques mécaniques à une teneur en carbone standard
de 25 ppm.
De manière générale, la teneur en carbone des aciers à ultra bas
carbone est inférieure à 0,008 % et de préférence inférieure à 0,006 %.
Les aciers du tableau 1 appartiennent donc à la catégorie des aciers
à ultra bas carbone.
Ces aciers ont une teneur pondérale en azote allant de 22 à 50 ppm.
De manière générale, pour les aciers destinés à la fabrication de tôles min-
ces pour emballage, la teneur en azote est toujours inférieure à 0,006 % ou ppm.
Dans de tels aciers également, la teneur en manganèse est généra-
lement comprise entre 0,10 et 0,35 %. Dans le cas des aciers du tableau 1, les teneurs en manganèse sont comprises entre 0,197 et 0,237 %. Dans les
aciers pour tôles minces pour emballage métallique, les teneurs en phos-
phore et en soufre doivent être limitées à 0,025 %, de préférence 0,015%,
et à 0,020 %, respectivement. Dans le cas des aciers des exemples du ta-
bleau 1, ces teneurs sont respectivement comprises entre 0,003 et 0,013 %
et entre 0,005 et 0,011 %.
De même, dans les aciers pour emballage métallique sous forme de tôle mince, les éléments tels que le cuivre, le nickel et le chrome ne doivent
pas se trouver dans leur ensemble dans une proportion supérieure à 0,08%.
Dans le cas des aciers du tableau 1, cette teneur totale en cuivre,
nickel et chrome est au plus égale à 0,062 %.
En outre, on a pu montrer que de faibles teneurs en titane pouvaient
augmenter de manière importante la température de recristallisation com-
plète des tôles.
Pour obtenir des conditions de recristallisation convenables des tô-
les, on limite impérativement la teneur en titane à 10 ppm et de préférence à
6 ppm.
Dans le cas des aciers mentionnés au tableau 1, seul l'acier R1285
présente une teneur en titane résiduelle supérieure à 6 ppm.
Les aciers du tableau 1 sont donc des aciers dont la composition est caractéristique des aciers à ultra bas carbone utilisés pour la fabrication d'emballages métalliques par emboutissage. Toutefois, dans de tels aciers, la teneur en aluminium métallique à l'issue de l'élaboration des tôles est toujours supérieure à 0,010 % en poids ou 10 millièmes, cette teneur étant généralement comprise entre 10 et 60
millièmes de pour cent.
Le mode d'élaboration particulier des aciers de l'invention et la re-
cherche d'une teneur en aluminium au plus égale à 0,010 % permettent d'obtenir, comme il sera montré ci-après, des tôles ayant une microstructure améliorée, une plus grande homogénéité de microstructure, une plus
grande propreté inclusionnaire et de meilleures propriétés d'emboutissabi-
lité.
On a pu montrer en particulier que l'amélioration de la microstructure
des tôles, la meilleure homogénéité de microstructure et les bonnes pro-
priétés d'emboutissabilité étaient dues à la faible teneur en aluminium rési-
duel. L'acier calmé est dégazé sous vide et coulé dans une installation de
coulée continue de brames sous atmosphère inerte.
L'inertage de la coulée permet d'éviter une réoxygénation de l'acier lors de la coulée continue et donc des phénomènes d'effervescence et de
percée à la coulée.
La brame coulée dans l'installation de coulée continue est laminée à
chaud à une température supérieure à la température Ar3 de l'acier.
Dans le cas des tôles mentionnées au tableau 1, on a indiqué dans la deuxième colonne la température de fin de laminage des tôles laminées à chaud. Les tôles laminées à chaud sont ensuite bobinées à une température
inférieure à la température de recristallisation de l'acier.
Sur le tableau 2 ci-dessous, on a indiqué les caractéristiques micro-
structurales des tôles laminées à chaud dont les compositions et conditions
de laminage sont données au tableau 1.
TABLEAU 2
Repère IG El RpO,2 T Rm T A % rT (MPa) (MPa)
M825 8,5 1,0 216 316 40,0 1,01
R2116A 8,7 1,0 292 349 29,4 0,81
R2115A 8,2 1,0 281 333 33,5 0,99
R1048 Cl 8,2 1,0 276 333 35,0 0,95
R1285 7,0 1,0 238 317 36,3 0,96
S 385 8,0 1,0 226 318 36,2 0,90
R1757A 10 1,0 255 342 34,7 0,84
Dans la première colonne du tableau, on a indiqué les références des tôles laminées à chaud; dans la deuxième colonne, on a porté l'indice
de grains de la tôle laminée à chaud et dans la troisième colonne, I'allon-
gement des grains.
Les caractéristiques microstructurales correspondent à la partie cen-
trale au coeur des tôles à chaud.
Il apparaît que la microstructure au coeur des différentes tôles lami-
nées à chaud ne semble pas être dépendante de la teneur en aluminium.
Un grain plus fin (IG = 10,0) dans le cas de l'échantillon R1757A
semble dû essentiellement à la présence de quantités d'azote, de manga-
nèse, de cuivre et de chrome plus importantes dans l'alliage. A l'inverse, des grains plus gros (IG = 7,0) pour l'échantillon R1285 semblent liés à la réalisation d'un laminage à plus haute température (900 C) entraînant un
grossissement du grain austénitique.
On a également porté, dans le tableau 2, aux colonnes 4, 5, 6 et 7 respectivement, la limite élastique des tôles à 0,2 % dans le sens travers, la résistance mécanique dans le sens travers, I'allongement à la rupture et le
coefficient d'anisotropie normale rT dans le sens travers.
On observe une augmentation des caractéristiques mécaniques et
une diminution de l'allongement avec l'augmentation de la teneur en alumi-
nium de l'acier ainsi qu'une diminution (sauf dans le cas de la tôle R2116A)
du coefficient d'anisotropie normale rT.
Les tôles laminées à chaud ont été soumises, après refroidissement, à un laminage à froid avec un taux de réduction de 85 à 95 %. On obtient alors des tôles intermédiaires dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,2 à
0,3mm.
Ces tôles sont ensuite soumises à un recuit dans une installation de
recuit continu à une température inférieure à la température Acl de l'acier.
On relamine alors l'ébauche de tôle laminée à froid jusqu'à l'épais-
seur finale de la tôle pour emboutissage.
Le recuit continu est effectué à une température supérieure à la tem-
pérature de recristallisation de l'acier qui est généralement de l'ordre de la température de recristallisation + 20 C; la vitesse de chauffage de la tôle est de l'ordre de 27 par seconde. On maintient l'acier à la température de recuit supérieure à la température de recristallisation pendant 30 secondes environ. Le refroidissement de la tôle, après recuit continu, est effectué, dans un premier temps, à une vitesse de l'ordre de 8 par seconde et, dans
un second temps, à une vitesse de l'ordre de 10 par seconde.
Selon la destination des tôles pour emboutissage, les étapes de la-
minage à froid et de recuit des tôles à chaud élaborées suivant l'invention
sont réalisées de manière différente.
Dans le cas des tôles destinées à la formation de boîtes par embou-
tissage-réemboutissage (DRD), la tôle laminée à chaud d'une épaisseur de l'ordre de 2,3 mm est laminée à froid avec un taux de laminage à froid de 85
à 89%.
La tôle intermédiaire laminée à froid est ensuite recuite en continu à
une température de 650 C environ pendant une durée de l'ordre de 20 se-
condes. Le second laminage a froid ou laminage de finissage est réalisé au
skin-pass avec un taux de réduction compris entre 23 et 31 %.
Dans le cas des tôles destinées à la fabrication de boîtes-boisson par emboutissage-repassage (DWI), la tôle laminée à chaud d'une épaisseur de l'ordre de 3 mm est laminée à froid avec un taux de réduction de 90 à 93 %. On effectue un recuit à une température de l'ordre de 670 C pendant
une durée d'environ 30 secondes.
Le laminage final au skin-pass est réalisé avec un taux de réduction
de2,5à 17%.
Le taux de réduction important au cours du laminage final dans le cas des tôles DRD permet de développer de fortes caractéristiques mécaniques
dans les tôles laminées à froid.
Sur le tableau 3 ci-dessous, on a porté dans la première colonne, les références des tôles qui correspondent aux références des tableaux 1 et 2,
les différentes tôles se différenciant, quant à leur composition, principale-
ment par leur teneur en aluminium.
TABLEAU 3
(voir page suivante)
Les trois premières tôles présentent des compositions selon l'inven-
tion alors que les quatre tôles suivantes sont des tôles comparatives.
* Dans la deuxième colonne du tableau 3, on a porté le taux de réduc-
tion des tôles laminées à chaud, lors d'un premier laminage à froid. Ce pre-
mier laminage à froid est suivi d'un second laminage à froid au skin- pass
avec un allongement identique pour toutes les tôles, de 2,5 %.
Dans la troisième colonne, on a indiqué la température du recuit con-
tinu (Rc).
On mesure ensuite un ensemble de caractéristiques mécaniques des
tôles après laminage final au skin-pass, comme il sera indiqué par la suite.
Le taux de réduction au cours du premier laminage à froid qui est de
l'ordre de 90 % ou un peu supérieur et le taux de réduction au second lami-
TABLEAU 3
Repere Taux de RC Sens Re Rm A% rd nd r moyen n AC IG-EI LAF prélt. moyen (%)
L 244 347 37,6 1,85 0,207
L 240 346 35,5 1,78 0,206 M825
880 C/5300C 89,7 670 C T 257 347 33,2 2,33 0,194 1,82 0,200 0,10 10,5-1,0
2,72 mm
T 246 343 40,7 2,68 0,205
250 342 34,1 1,55 0,197
257 350 32,8 1.62 0,198
L 285 370 26,0 1,62 0,157
L 280 368 26,8 1,62 0,160
R2216A
875 C/570'C 90,0 670 C T 289 376 30,2 2,08 0,159 1,62 0,157 0,08 10,5-1,0
2,96 mm
T 290 378 27,2 2,07 0,155
270 362 29,4 1.50 0,155
_______ 45 271 366 30,4 1,48 0,158
L 258 361 26,1 1,57 0,196
L 259 359 26,6 1,59 0,197
R2115A
883 C/563 C 90,3 670 C T 257 359 28,7 2,17 0,198 1,63 0,195 0,12 10,5-1,0
2.95 mm
T 262 359 29,6 2.17 0,198
266 360 27,0 1,39 0,192
265 360 32,8 1,51 0,195
L 255 352 34,3 1,53 0,201
L 255 353 34,1 1,51 0,202
R1048 C3
894 C/560 C 91,4 6700C T 262 351 35,6 2,05 0,192 1,54 0,199 0,07 10,5-1,0
3,01 mmn
T 260 352 36,4 2,04 0,198
256 353 32,0 1,35 0,201
I _________ 45 256 352 36,7 1,40 0,200
L 267 366 29,2 1,51 0,190
L 266 366 28,0 1,44 0,192
R1285 11,4-1,4
900 C/5900C 91,9 670 C T 271 363 28,8 1,79 0,186 1,48 0,188 -0,03
3,09 mm structure T 268 363 27,0 1,77 0,184 hétérogène
267 357 26,2 1,39 0,184
265 353 27,2 1,37 0,191
L 290 368 33,2 1,57 0,165
L 288 369 34,3 1,59 0,168 S385 11,4-1,4
881 C/579 C 91,3 700 C T 295 369 31,6 2,12 0,157 1,68 0,161 -0,03
2,00 mTn structure T 295 368 28,8 2,04 0,150 hétérogène
287 363 30,2 1,50 0,163
283 361 32,4 1,67 0,159
L 267 366 25,5 1,40 0,190
L 270 366 26,2 1,42 0,189
R1757A structure trèes 871 C/5590C 91,1 700 C T 275 363 26,5 1,85 0,176 1,46 0,184 -0,08 hétérogene 3,04] forte élongation
T 278 366 24,7 1,81 0,177
272 355 26,9 1,35 0,186
_ _ 11 45 273 355 27,3 1,44 0,185
nage à froid qui est de l'ordre de 2,5 % sont caractéristiques de l'élaboration
de tôles DWI.
On a réalisé des prélèvements d'éprouvettes dans les tôles obtenues
à l'issue du laminage final au skin-pass, le sens de prélèvement des éprou-
vettes étant indiqué dans la quatrième colonne du tableau 3 (L: dans le
sens long de la tôle, T: dans le sens travers, 45: à 45 ).
Dans les colonnes suivantes du tableau 3, on a indiqué les valeurs
mesurées de la limite élastique Re, de la résistance mécanique Rm, de l'al-
longement A%, du coefficient de Lankford rd et du paramètre nd pour cha-
cune des éprouvettes prélevées dans les tôles.
Dans les colonnes suivantes, on a indiqué le coefficient de Lankford
moyen r moyen et le paramètre n moyen, pour l'ensemble de la tôle.
Dans la colonne suivante, on a indiqué le coefficient d'anisotropie
plane AC mesuré qui, comme on peut le constater, est voisin de zéro.
Dans la dernière colonne, on a indiqué les caractéristiques des grains sous la forme de l'indice de grains IG et de l'allongement des grains El. Les résultats de mesure portés au tableau 3 seront commentés par la suite en regard des figures 3 à 6 sur lesquelles les résultats ont été reportés
de manière graphique.
Un premier but de l'étude effectuée sur les tôles dont les références sont indiquées au tableau 3 était de déterminer l'influence de la teneur en
aluminium des tôles sur la température de recristallisation et sur la micro-
structure de recristallisation obtenue dans les tôles après le laminage à
froid final.
On a effectué, entre les deux laminages à froid des tôles, différentes simulations de recuit continu sur des échantillons des tôles pour déterminer le pourcentage de recristallisation en fonction de la température de maintien
au recuit continu, pour les différentes tôles dont les compositions sont indi-
quées au tableau 1.
Les résultats sont reportés sur la figure 1 sur laquelle on a tracé les courbes de recristallisation pour chacune des compositions de tôles, les
trois premières tôles ayant des compositions correspondant au procédé sui-
vant l'invention et les quatre suivantes étant des tôles comparatives.
Le temps de maintien à la température de recuit est dans tous les casde 30 secondes.
Les trois tôles suivant l'invention présentent pratiquement une même
courbe de recristallisation portée en traits pleins sur la figure 1.
Un recuit de recristallisation complet est obtenu à 640 C.
La tôle R1285 à 37 millièmes d'aluminium dont la courbe de recristal-
lisation est représentée en traits mixtes montre une température de recris-
tallisation complète de l'ordre de 660 C.
La tôle S 385 à 56 millièmes d'aluminium présente une température
de recristallisation complète de l'ordre de 680 C et la tôle R1757 à 64 mil-
lièmes d'aluminium une température de recristallisation complète de 710 C.
On observe donc un décalage de 40 de la température de recristalli-
sation des tôles, lorsque la teneur en aluminium passe des teneurs corres-
pondant au procédé d'élaboration de tôles suivant l'invention à une tôle à 64 millièmes d'aluminium. Dans le cas des tôles à 37 et à 56 millièmes d'aluminium, respectivement, le décalage est respectivement de 20 et de
400 C environ.
En ce qui concerne la tôle R1048 à 24 millièmes d'aluminium, le dé-
calage de la température de recristallisation est inférieur à 20 C.
Les figures 2A, 2B, 2C, 2D et 2E sont des micrographies à un gros-
sissement de 290 montrant les grains de tôles suivant l'invention à l'issue
du recuit.
Sur la figure 2A, on voit la microstructure d'une tôle laminée à froid dont la teneur en aluminium est de 2 millièmes, cette tôle correspondant à
la tôle M825 des tableaux 1, 2 et 3. Les grains de la tôle sont de forme ré-
gulière et équiaxe et l'indice de grains est de 10,5 avec un allongement des
grains de 1.
La figure 2B est une micrographie montrant le grain d'une tôle ren-
fermant 8 millièmes d'aluminium qui correspond à la tôle R2116A des ta-
bleaux. Les grains de la tôle sont équiaxes, de structure et de taille homo-
gènes. L'indice de grains et l'allongement des grains sont identiques au cas
de la figure 2A.
La figure 2C est une micrographie d'une tôle à 24 millièmes d'alumi-
nium qui correspond à la tôle R1048 Cl mentionnée sur les tableaux.
Les grains de la tôle ne sont plus de taille homogène et de structure
purement équiaxe.
L'indice de grain IG est de 10,8 et l'allongement du grain de 1,0.
Les figures 2D et 2 E sont des micrographies de tôles renfermant respectivement 37 et 64 millièmes d'aluminium, ces tôles correspondant aux
tôles R1285 et R1757A des tableaux.
Les grains n'ont plus une structure équiaxe mais une structure irré-
gulière et allongée connue sous le nom de "pancake".
Les indices de grains sont respectivement de 11 et 11,5 et les allon-
gements de grains de 1,4 et de 2.
Il apparaît donc que pour des teneurs en aluminium de 2 et de 8, c'est-àdire pour des tôles élaborées suivant le procédé de l'invention, les grains sont homogènes et de forme équiaxe, ce qui laisse présager un comportement homogène à l'emboutissage et une réduction des risques de
défauts tels que des cornes d'emboutissage.
En revanche, pour les tôles élaborées suivant le procédé de l'art an-
térieur avec une teneur en aluminium supérieure à 10 millièmes pour cent, les grains ne sont plus homogènes et équiaxes, ce qui laisse supposer un
comportement moins bon à l'emboutissage.
De plus, une faible teneur en aluminium, inférieure à 10, per-
met d'obtenir une bonne homogénéité de la microstructure dans les sens
longitudinal et transversal.
Sur les figures 3 et 4, on a reporté les caractéristiques mécaniques indiquées sur le tableau 3, sous la forme de diagrammes donnant la limite
élastique Re et la résistance mécanique Rm en MPa en fonction de la te-
neur en aluminium.
La plupart des points relatifs aux mesures de limite élastique et de résistance mécanique dans le sens long et dans le sens travers s'alignent suivant des droites qui ont été tracées en pointillés sur les figures 3 et 4. De manière générale, la limite élastique Re et la résistance mécanique Rm
augmentent avec la teneur en aluminium.
Dans le cas des aciers élaborés suivant le procédé de l'invention, la limite élastique et la résistance mécanique ramenées à une teneur en car-
bone de 25 ppm sont un peu supérieures à 250 et 345 MPa respectivement.
Sur les figures 5A, 5B et 5C, on a représenté des variations des coefficients de Lankford dans le sens long, dans le sens travers, et à 450,
Un coefficient de Lankford de valeur élevée traduit une forte aniso-
tropie normale favorable à l'emboutissage.
Comme il apparaît sur les courbes des figures 5A, 5B et 5C, quel que soit le sens de prélèvement des éprouvettes, le coefficient de Lankford r est élevé pour les teneurs en aluminium proches de zéro et décroît ensuite pour se stabiliser à une valeur minimale pour les teneurs en aluminium les plus
élevées.
Sur la figure 6, on a représenté le coefficient de Lankford moyen pour
l'ensemble de la tôle, r moyen, en fonction de la teneur en aluminium.
En traçant la courbe passant par les points de mesure, on peut voir que la valeur du coefficient r moyen extrapolée pour 0 % d'aluminium est de l'ordre de 1,9 et que pour une teneur d'aluminium de 10 millièmes, la valeur
du coefficient de Lankford est légèrement supérieure à 1,60 (1,63).
On admet qu'une valeur du coefficient de Lankford moyen supérieure
à 1,6 permet d'améliorer l'emboutissabilité au rétreint.
Au-dessus de 10 millièmes d'aluminium dans les tôles d'acier, le coefficient de Lankford moyen passe très rapidement en dessous d'1,6
pour se stabiliser aux alentour d'1,45 pour les plus fortes teneurs en alumi-
nium des échantillons de tôle sur lesquels on a effectué les essais.
Les tôles pour emboutissage obtenues par le procédé d'élaboration suivant l'invention, qui présentent en particulier une teneur en aluminium au plus égale à 10 millièmes de pour cent, présentent, à l'issue du laminage à
froid final, une microstructure homogène à grains équiaxes et de très bon-
nes caractéristiques d'emboutissabilité. En particulier, la microstructure de la tôle présente une bonne homogénéité dans le sens travers et les rives de
la tôle présentent un grain équiaxe homogène dont la taille est un peu supe-
rieure à la taille des grains dans la partie de la bande voisine de l'axe. De
plus, des études ont montré que les tôles obtenues par le procédé de l'in-
vention présentent une très bonne propreté inclusionnaire, lorsqu'on effec-
tue la désoxydation par le laitier et qu'on réalise l'inertage de la coulée con-
tinue. En particulier, la réduction du laitier influe sur l'écart type moyen des tailles d'inclusions et sur le nombre d'inclusions dans l'acier. En outre, le très bas aluminium permet de diminuer la densité moyenne des inclusions
dans l'acier.
Une très bonne propreté inclusionnaire présente un grand intérêt, en particulier dans le cas de tôles très minces utilisées pour la fabrication par
emboutissage d'emballages métalliques tels que des boîtes pour boissons.
Le procédé d'élaboration suivant l'invention permet en particulier de diminuer le pourcentage de rebut dû à des microstructures hétérogènes ou à la présence d'inclusions inacceptables dans les tôles pour emboutissage
et en particulier dans les tôles pour emboutissage-repassage de type DWI.
En outre, le procédé suivant l'invention, qui utilise de très faibles quantités d'aluminium pour le calmage de l'acier, permet de réaliser une économie sur l'achat d'aluminium, dans le cadre de la production des tôles
pour emboutissage.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit.
C'est ainsi qu'on peut réaliser le calmage de l'acier autrement que par la réduction du laitier et que la présence de l'aluminium dans l'acier des tôles pour emboutissage avec une teneur inférieure à 10 millièmes de pour cent permet en elle-même d'obtenir des avantages substantiels en ce qui concerne la microstructure, I'homogénéité et l'emboutissabilité de la tôle d'acier. L'invention s'applique aussi bien aux tôles pour emboutissage DRD qu'aux tôles pour emboutissage DWI. Les taux de laminage au cours du premier et du second laminages à froid peuvent être adaptés à l'usage de la
tôle pour la réalisation de produits emboutis d'emballage spécifiques.
Claims (7)
1.- Procédé d'élaboration d'une tôle mince en acier à très bas car-
bone pour la réalisation de produits emboutis pour emballage dans lequel: - on élabore un acier calmé et dégazé sous vide renfermant, en poids, moins de 0,008 % de carbone, entre 0,10 et 0,35 % de manganèse, moins de 0,006 % d'azote, moins de 0,025 % de phosphore, moins de 0,020 % de soufre, moins de 0,020 % de silicium, au plus 0,08 % d'un ou plusieurs des éléments cuivre, nickel et chrome ainsi que de l'aluminium,
le reste de la composition étant constitué par du fer et des impuretés inévi-
tables,
- on coule l'acier sous forme d'une brame, - on lamine la brame à chaud à une température supérieure à Ar3 pour obtenir une bande de tôle laminée à chaud,
- on lamine à froid la tôle laminée à chaud, sous forme d'une tôle la-
minée à froid intermédiaire,
- on recuit la tôle laminée à froid intermédiaire en continu à une tem-
pérature inférieure à Acl,
- on relamine la tôle laminée à froid intermédiaire jusqu'à une épais-
seur finale de la tôle pour emboutissage, caractérisé par le fait que l'acier est élaboré de manière à renfermer au plus
0,010 % en poids d'aluminium.
2.- Procédé suivant la revendication 1 pour la fabrication d'une tôle mince pour emboutissage par le procédé d'emboutissage-réemboutissage DRD, caractérisé par le fait que la tôle laminée à chaud a une épaisseur voisine de 2,3 mm, qu'on lamine la tôle laminée à chaud avec un taux de
réduction compris entre 85 et 89 %, qu'on recuit la tôle intermédiaire lami-
née à froid par recuit continu à une température de 650 environ, pendant vingt secondes environ, et qu'on relamine la tôle intermédiaire laminée à froid sur un laminoir skin-pass avec un taux de réduction compris entre 23
et 31 %.
3.- Procédé suivant la revendication 1 pour l'élaboration d'une tôle pour emboutissage par le procédé d'emboutissage-réemboutissage DWI, caractérisé par le fait que la tôle laminée à chaud à une épaisseur voisine
de 3 mm, qu'on lamine à froid la tôle laminée à chaud avec un taux de ré-
duction de 90 à 93 %, qu'on recuit la tôle laminée à froid intermédiaire en continu à une température voisine de 670 C pendant une durée de l'ordre de trente secondes et qu'on relamine la tôle intermédiaire après recuit dans
un laminoir skin-pass, avec un taux de réduction compris entre 2,5 et 17 %.
4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3,
caractérisé par le fait qu'on calme l'acier au contact d'un laitier présentant
une teneur ajustée en aluminium et en alumine.
5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca-
ractérisé par le fait qu'on coule l'acier sous forme d'une brame dans une
installation de coulée continue en atmosphère inerte.
6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca-
ractérisé par le fait que la tôle laminée à chaud est bobinée après laminage à chaud, à une température inférieure à la température de recristallisation
de l'acier.
7.- Tôle mince en acier à ultra-bas carbone pour la réalisation de produits emboutis d'emballage renfermant en poids, moins de 0,008 % de carbone, entre 0,10 et 0,35 % de manganèse, moins de 0,006 % d'azote, moins de 0,025 % de phosphore, moins de 0,020 % de soufre, moins de 0, 020 % de silicium, au plus 0,08 % d'un ou plusieurs des éléments cuivre, nickel et chrome ainsi que de l'aluminium, le reste de la composition étant
constitué par du fer et des impuretés inévitables, la tôle mince étant obte-
nue par laminage à froid d'une tôle laminée à chaud par un premier lami-
nage et par un second laminage séparés par un recuit en continu, caractéri-
sée par le fait que l'acier de la tôle renferme au plus 0,010 % en poids d'aluminium, qu'elle présente une structure homogène à grains équiaxes, qu'elle présente un coefficient de Lankford (r moyen) supérieur à 1,6 et un
coefficient d'anisotropie plane (AC) voisin de 0.
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