FR3123922A1 - Tôle forte en alliage d’aluminium pour boîtier de batterie parallélépipédique - Google Patents

Tôle forte en alliage d’aluminium pour boîtier de batterie parallélépipédique Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé pour réaliser un produit en tôle d’alliage d’aluminium dans lequel successivement, (a) une plaque d’un alliage d’aluminium est coulée comprenant, en % en poids Mn : 0,9 à 1,2, Fe : 0,5 à 0,8, Si : 0,05 à 0,25, Cu : 0,06 à 0,20, Ti : ≤ 0,1, et en ppm, Mg : < 100, Zn : < 100, B : < 200, Sn : < 100, Bi : < 100, Cr : ≤ 100, autres impuretés < 500 chacune et < 1500 au total, le reste étant de l’aluminium, (b) la plaque est homogénéisée à une température d’au moins 610 °C et de préférence d’au moins 615 °C, (c) la plaque homogénéisée est laminée à chaud en un produit laminé à chaud intermédiaire ayant une épaisseur de 2 à 10 mm, avec une première étape de laminage à chaud sur un laminoir réversible, (d) le produit laminé intermédiaire est laminé à froid en une tôle, facultativement avec un recuit intermédiaire pendant le laminage à froid, (e) la tôle est facultativement traitée thermiquement à une température de 150 °C à 350 °C (f) facultativement, la tôle subit un planage sous tension avec une traction d’au moins 0,3 %. Le produit en tôle d’alliage d’aluminium de l’invention est utile notamment pour réaliser des boîtiers de batterie parallélépipédiques.

Description

Tôle forte en alliage d’aluminium pour boîtier de batterie parallélépipédique
Domaine de l’invention
L’invention concerne une tôle forte en alliage d’aluminium pour un boîtier de batterie parallélépipédique, en particulier pour des véhicules électriques, et un procédé de préparation de celle-ci.
État de la technique
Ces dernières années, alors que les réglementations sur les gaz d’échappement des automobiles se durcissent dans de nombreux pays, la production de véhicules électriques en tant que véhicules respectueux de l’environnement est en plein essor. Une batterie secondaire est utilisée dans les véhicules électriques et le courant dominant actuel est la batterie lithium-ion. Parmi les formes utilisées pour le boîtier de batterie, les formes parallélépipédiques sont particulièrement utiles en raison des facilités de conditionnement. En effet, les formes ayant une section transversale rectangulaire ou carrée sont facilement casées dans un boîtier de batterie.
Traditionnellement, un boîtier pour une batterie secondaire est fabriqué par formage à la presse (emboutissage profond et éventuellement étirage) d’une tôle d’alliage d’aluminium en tant que matière première. La batterie a une structure dans laquelle des électrodes, un séparateur, une solution électrolytique, et similaires sont scellés par le boîtier et un couvercle, et le boîtier et le couvercle constitués d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium sont joints par soudage au laser.
Le boîtier pour une batterie secondaire est largement utilisé pour des dispositifs électroniques portables tels que les téléphones cellulaires et des ordinateurs portables. Avec la miniaturisation des dispositifs électroniques portables, la taille et le poids ont été réduits et la hauteur du boîtier a été réduite. Pour des applications dans des voitures électriques, la taille est plus grande et de nouveaux défis se sont présentés. En particulier, la tôle d’aluminium ou la tôle d’alliage d’aluminium pour des bacs de batterie doit notamment présenter une bonne aptitude au formage à la presse et à la soudure au laser, qui sont des caractéristiques requises pour la production, et également une bonne résistance et une bonne durabilité après la production du bac. La résistance, la durabilité telle que l’absence de dilatation même après une utilisation à long terme du boîtier, la difficulté de déformation par une force externe, la résistance à la perforation, sont des propriétés nécessaires pour un boîtier de batterie.
La demande de brevet CN112195373 A divulgue une bande d’alliage d’aluminium pour un caisson de batterie ayant une composition chimique Fe 0,55 à 0,75 %, Si 0,20 à 0,40 %, Cu 0,08 à 0,10 %, Mn 0,95 à 1,15 %, ΔTi 0,015 à 0,020 %. Delta Ti est la valeur de différence de teneur en Ti dans une goulotte de coulée et un four permanent. Le procédé de fabrication comprend les étapes de fusion et d’affinage ; de coulée continue et de laminage ; de recuit de désolvatation à deux étages ; et de laminage à froid. La vitesse de solidification par refroidissement d’alliage dans le processus de coulée continue et de laminage est efficacement réduite, la quantité de solution solide de Mn dans l’alliage est réduite, la ségrégation et les structures cristallines déséquilibrées sont éliminées, des structures à grains fins sont formées dans l’alliage, et l’uniformité de distribution des éléments d’alliage est améliorée ; et la résistance à la traction d’un produit fini de la bande d’alliage d’aluminium préparée est dans la plage de 140 MPa à 165 MPa, la limite d’élasticité est supérieure ou égale à 130 MPa, la ductilité est supérieure ou égale à 8 %, et la propriété mécanique est excellente.
La demande de brevet CN109666822 A divulgue un alliage d’aluminium 3003-H14 pour bac de batterie. Le procédé de préparation comporte les étapes suivantes de coulée, sciage, trempage, fraisage, chauffage, laminage à chaud, laminage à froid et recuit. Dans l’étape de coulée, un lingot coulé comprend, en masse, 0 à 0,3 % de Si, 0,5 % à 0,6 % de Fe, 0 à 0,1 % de Cu, 1,1 % à 1,4 % de Mn, 0 à 0,05 % de Zn, 0,01 % à 0,03 % de Ti, 0 à 0,02 % d’autres impuretés individuelles, 0 à 0,10 % d’autres impuretés totales et le reste étant Al après coulée. Grâce à l’adoption du procédé de préparation de production, il est garanti que les propriétés mécaniques du bac de batterie en alliage d’aluminium 3003-H14 seront stables et de bonne qualité, que l’anisotropie sera équilibrée lors de l’estampage et que les propriétés d’estampage seront bonnes.
La demande de brevet CN111647775 A divulgue un alliage d’aluminium pour caisson de batterie ayant des composants en pourcentage en poids : 0,17 à 0,30 % de Si, 0,50 à 0,60 % de Fe, 0,02 à 0,08 % de Cu, 0,90 à 1,05 % de Mn, 0,02 à 0,06 % de Mg, 0,05 % ou moins, 0,015 % à 0,04 % de Ti, et le reste étant Al et d’impuretés inévitables avec l’élément unique inférieur ou égal à 0,05 % et la quantité totale inférieure à 0,15 %. L’alliage d’aluminium fourni par l’invention a une bonne capacité de déformation plastique, et peut répondre à l’exigence d’aptitude à l’emboutissage profond et à l’exigence de qualité de surface du caisson de batterie.
La demande de brevet CN110983115 A divulgue un matériau de bande d’alliage d’aluminium 3003 comprenant les composants suivants, en pourcentage, 0,5 % à 0,7 % de Si, 0,6 % à 0,8 % de Fe, 0,05 % à 0,2 % de Cu, 1,0 % à 1,5 % de Mn, 0 % à 0,02 % de Mg, 0 % à 0,02 % de Zn, moins de 0,03 % de Mg + Zn, le reste étant Al et des impuretés inévitables.
La demande de brevet CN110453110 A divulgue un matériau de bande d’alliage d’aluminium comprenant, en masse, 0,07 % en poids à 0,25 % en poids de Si, 0,35 % en poids à 0,70 % en poids de Fe, 0,05 % en poids à 0,20 % en poids de Cu, 1,0 % en poids à 1,5 % en poids de Mn, 0,015 % en poids à 0,2 % en poids de Sn, 0,015 % en poids à 0,2 % en poids de Bi, 0,02 % en poids de Mg ou moins, 0,03 % en poids de Zn ou moins, 0,03 % en poids à 0,05 % en poids de Ti, 0,05 % en poids de Zr ou moins et le reste étant Al et des impuretés inévitables, dans lequel le rapport entre Fe et Si est égal à 2 à 4.
La demande de brevet CN108559878 A divulgue une bande forte en alliage d’aluminium pour caisson de batterie comprenant des composants chimiques comportant, en pour cent en masse, 0,2 % ou moins de Si, 0,5 % à 0,6 % de Fe, 0,05 % à 0,10 % de Cu, 0,06 % à 1,15 % de Mn, 0,03 % ou moins de Mg, 0,03 % ou moins de Zn, 0,02 % à 0,04 % de Ti, 0,15 % ou moins d’éléments d’impuretés inévitables et le reste étant Al. Les grains de la bande forte en alliage d’aluminium peuvent être uniformes, les diamètres des grains peuvent être inférieurs à 50 microns, et la résistance à l’extension, la limite d’élasticité, la ductilité et d’autres performances physiques à température normale de la bande forte en alliage d’aluminium sont garanties.
La demande de brevet CN111074110 A divulgue un procédé de production de plaques et bandes en aluminium et en alliage d’aluminium pour bac de batterie nouvelle énergie. Le procédé comprend les étapes suivantes de préparation de l’aluminium fondu, coulée continue et laminage, recuit d’homogénéisation, laminage à froid, recuit intermédiaire ou recuit final. Le procédé peut être utilisé pour produire des produits de plaque et de bande en alliage 3003 dans les états « O », « H12 » et « H14 » pour le bac de batterie nouvelle énergie, et la résistance et le rapport de limite d’élasticité du matériau des produits obtenus peuvent être efficacement accrus.
La demande de brevet JP11350057 A divulgue une tôle d’alliage Al-Mn : Mn 0,8 à 2 %, Si 0,04 à 0,2 %, Fe 0,4 à 0,6 %, Cu 0,05 à 0,25 %, Cr 0,02 à 0,1 %.
La demande de brevet JP2002294379 A divulgue une tôle d’alliage ayant une composition contenant, en masse, 0,05 à 0,3 % de Cu, 0,05 à 0,8 % de Mg, 0,6 à 1,5 % de Mn et l’un ou l’autre ou les deux de Si et Fe à hauteur de 0,1 à 1,0 %, et le reste étant Al avec des impuretés inévitables, et a une limite conventionnelle d’élasticité de 240 à 320 MPa. En outre, cet alliage d’aluminium est laminé à chaud, puis laminé à froid à un taux de laminage >= 75 % en l’état.
La demande de brevet JP2012082506 A divulgue une tôle d’alliage d’aluminium pour le bac de batterie, composée, en % en masse, de 0,8 à 1,5 % de Mn, 0,05 à 0,2 % de Cu, 0,05 à 0,6 % de Si, 0,05 à 0,7 % de Fe, ≤ 0,05 % de Zn, ≤ 0,05 % de Mg, < 0,04 % de Ti et B régulé à < 10 ppm et le reste étant Al avec des impuretés inévitables. Même lorsque la profondeur de pénétration du faisceau laser est ≥0,25 mm, ce qui est profond, l’apparition du cordon irrégulier peut être évitée.
La demande de brevet US20150368771 A divulgue un alliage d’aluminium pour la production de produits ou de composants semi-finis pour véhicules à moteur, dans lequel les composants d’alliage de l’alliage d’aluminium ont les teneurs suivantes en pourcentage en poids : Fe ≤ 0,80 %, Si ≤ 0,50 %, 0,90 % ≤ Mn ≤ 1,50 %, Mg ≤ 0,25 %, Cu ≤ 0,125 %, Cr ≤ 0,05 %, Ti ≤ 0,05 %, V ≤ 0,05 %, Zr ≤ 0,05 %, le reste étant de l’aluminium, des éléments d’impureté inévitables, individuellement < 0,05 %, au total < 0,15 %, et la teneur combinée en Mg et Cu satisfait la relation suivante en pourcentage en poids : 0,15 % ≤ Mg+Cu ≤ 0,25 %, dans lequel la teneur en Mg de l’alliage d’aluminium est supérieure à la teneur en Cu de l’alliage d’aluminium.
Pour améliorer encore la fabrication du boîtier de batterie, il est nécessaire de minimiser la perte de métal pendant la fabrication du boîtier de batterie de grande taille et d’assurer une distribution uniforme d’épaisseur du métal dans les parois de pièce. Il s’agit d’un point particulièrement pertinent pour les boîtiers de batterie récents pour des véhicules électriques qui ont une grande taille par rapport à ceux de la technique antérieure.
Problème
Le problème résolu par la présente invention consiste à obtenir une tôle améliorée pour boîtier de batterie parallélépipédique de grande taille, ayant une bonne aptitude à l’emboutissage et au soudage au laser, avec une résistance et une stabilité thermique suffisantes, permettant de minimiser la perte de métal pendant la fabrication de boîtiers de batterie de grande taille et assurant une distribution uniforme d’épaisseur de métal dans les parois de pièce.
Objet de l’invention
Un premier objet de l’invention est un procédé pour réaliser un produit en tôle d’alliage d’aluminium comprenant successivement,
(a) une plaque d’un alliage d’aluminium est coulée comprenant, en % en poids
Mn : 0,9 à 1,2,
Fe : 0,5 à 0,8,
Si : 0,05 à 0,25,
Cu : 0,06 à 0,20,
Ti : ≤ 0,1,
et en ppm,
Mg : < 100,
Zn : < 100,
B : < 200,
Sn : < 100,
Bi : < 100,
Cr : ≤ 100,
autres impuretés < 500 chacune et < 1500 au total, le reste étant de l’aluminium,
(b) la plaque est homogénéisée à une température d’au moins 610 °C et de préférence d’au moins 615 °C,
(c) la plaque homogénéisée est laminée à chaud en un produit laminé à chaud intermédiaire ayant une épaisseur de 2 à 10 mm, avec une première étape de laminage à chaud sur un laminoir réversible,
(d) le produit laminé intermédiaire est laminé à froid en une tôle, facultativement avec un recuit intermédiaire pendant le laminage à froid,
(e) la tôle est facultativement traitée thermiquement à une température de 150 °C à 350 °C,
(f) facultativement, la tôle subit un planage sous tension avec une traction d’au moins 0,3 %.
Un deuxième objet de l’invention est un produit en tôle d’alliage d’aluminium réalisé selon le procédé de l’invention.
Un autre objet de l’invention est l’utilisation d’un produit en tôle d’alliage d’aluminium selon l’invention pour réaliser un boîtier de batterie parallélépipédique d’une hauteur d’au moins 70 mm, d’une longueur d’au moins 100 mm et d’une largeur d’au moins 15 mm.
Description de l’invention
Sauf indication contraire, toutes les indications concernant la composition chimique d’alliages sont exprimées en pourcentage en poids par rapport au poids total de l’alliage. L’expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages est faite en conformité avec les réglementations de l’Association de l’Aluminium, connues de la personne du métier.
Les propriétés mécaniques statiques en tension, c’est-à-dire la charge de rupture Rm, la limite conventionnelle d’élasticité à 0,2 % d’allongement Rp0,2(limite d’élasticité en traction), et l’allongement à la rupture A %, sont déterminées par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1. L’allongement à la rupture (A %) a été mesuré à l’aide d’un extensomètre de base de 50 mm et est indiqué en A50. Sauf indication contraire, les définitions de la norme EN 12258 (2012) s’appliquent.
Le pourcentage de cornes est mesuré selon la norme DIN EN 1669. Une tôle est un produit laminé de section rectangulaire, dont l’épaisseur uniforme est de 0,20 mm à 6 mm. Dans le contexte de l’invention, une tôle n’est pas une tôle plaquée. Une épaisseur préférée de la tôle de l’invention est de 0,5 mm à 1,5 mm et de manière davantage préférée de 0,7 mm à 1,3 mm.
Sauf mention contraire, les états métallurgiques définis dans la norme EN 515 (2017) s’appliquent.
Les inventeurs ont découvert une composition de produit en tôle d’alliage d’aluminium et un procédé de fabrication permettant de résoudre le problème. Les inventeurs ont découvert en particulier une composition de produit en tôle d’alliage d’aluminium et un procédé de fabrication permettant d’obtenir une limite d’élasticité en traction typiquement d’au moins 115 MPa, une charge de rupture typiquement d’au moins 135 MPa, un allongement d’au moins 5 %, qui est thermiquement stable à 180 °C pendant au moins 30 minutes, qui a une aptitude au soudage et à l’emboutissage supérieure et qui minimise la perte de métal pendant la fabrication de boîtiers de batterie de grande taille et assure une distribution uniforme d’épaisseur de métal dans les parois des pièces.
En particulier, afin d’optimiser la perte de métal pendant la fabrication et d’assurer une distribution uniforme d’épaisseur de métal dans les parois de pièce du boîtier de batterie de grande taille, les inventeurs ont découvert un produit en tôle d’alliage d’aluminium ayant une faible anisotropie de propriétés mécaniques et un faible pourcentage de cornes. En effet, en raison d’allongements radiaux différents dans des directions différentes de la tôle, des rebords en coupelle ondulés indésirables se forment lors de l’emboutissage profond, appelés « cornes ». Les parties les plus hautes sont appelées pics de cornes, tandis que les régions les plus basses sont appelées creux de cornes. La formation de cornes, qui est liée à la texture et aux propriétés mécaniques, résulte d’une combinaison complexe entre la composition et le traitement. Avec un faible pourcentage de cornes, la perte de métal pendant la fabrication de boîtiers de batterie de grande taille est minimisée. Les inventeurs ont également observé qu’un faible pourcentage de cornes permet d’assurer une distribution uniforme d’épaisseur de métal dans les parois de pièce du boîtier de batterie de grande taille.
Mn est utilisé pour améliorer la résistance. La teneur en Mn est de 0,9 à 1,2 % en poids. De préférence, la teneur minimale en Mn est de 0,94 % en poids, de manière davantage préférée de 0,95 % en poids et préférentiellement de 0,96 % en poids. De préférence, la teneur maximale en Mn est de 1,15 % en poids, de manière davantage préférée de 1,10 % en poids et préférentiellement de 1,08 % en poids. Dans un mode de réalisation préféré, en % en poids, Mn : 0,95 à 1,15 et de préférence Mn : 0,96 à 1,07. Dans un mode de réalisation, qui est favorable au comportement de cornes, en particulier en association avec un écrouissage réduit, en % en poids, Mn : 1,00 à 1,15 et de préférence 1,01 à 1,10.
Fe influence le comportement de cornes. La teneur en Fe est de 0,5 à 0,8 % en poids. De préférence, la teneur minimale en Fe est de 0,55 % en poids, de manière davantage préférée de 0,58 % en poids et préférentiellement de 0,60 % en poids. De préférence, la teneur maximale en fer est de 0,75 % en poids, de manière davantage préférée de 0,72 % en poids et préférentiellement de 0,70 % en poids. Dans un mode de réalisation préféré, en % en poids, Fe : 0,60 à 0,70 et de préférence Fe : 0,62 à 0,68.
Si influence également le comportement de cornes. La teneur en Si est de 0,05 à 0,25 % en poids. De préférence, la teneur minimale en Si est de 0,07 % en poids, de manière davantage préférée de 0,10 % en poids et préférentiellement de 0,11 % en poids. De préférence, la teneur maximale en Si est de 0,22 % en poids, de manière davantage préférée de 0,20 % en poids et préférentiellement de 0,18 % en poids. Dans un mode de réalisation préféré, en % en poids, Si : 0,10 à 0,20 et de préférence Si : 0,12 à 0,18.
Il est également important qu’avec les teneurs préférées en Fe et Si sélectionnées, la capacité de recyclage de l’alliage soit assez satisfaisante.
Cu est ajouté pour améliorer la résistance. La teneur en Cu est de 0,06 à 0,20 % en poids. De préférence, la teneur minimale en Cu est de 0,08 % en poids, de manière davantage préférée de 0,10 % en poids, de manière encore plus préférée de 0,13 % en poids. De préférence, la teneur maximale en Cu est de 0,18 % en poids et de manière davantage préférée de 0,17 % en poids. Dans un mode de réalisation préféré, en % en poids, Cu : 0,11 à 0,18 et de préférence Cu : 0,13 à 0,17, les inventeurs ont découvert que cette plage de Cu préférée est particulièrement utile pour les tôles dans un état métallurgique H14, car elle permet des étapes de processus spécifiques telles que le laminage à froid réduit après recuit intermédiaire qui améliore le comportement de cornes.
La teneur en Ti est limitée à un maximum de 0,1 % en poids. Ti peut être ajouté pour améliorer la régulation de taille de grain, en particulier pendant la coulée. Dans un mode de réalisation, la teneur en Ti est d’au moins 0,01 % en poids. De préférence, la teneur maximale en Ti est de 0,08 % en poids et de manière davantage préférée de 0,05 % en poids.
Du bore est souvent ajouté en association avec du titane. La teneur en bore est limitée à moins de 200 ppm. De préférence, la teneur en B est inférieure à 150 ppm, de manière davantage préférée inférieure à 100 ppm et de manière encore plus préférée inférieure à 50 ppm. L’ajout de bore est favorable à la combinaison de propriétés de l’alliage. De préférence, la teneur minimale en B est de 5 ppm, de manière davantage préférée de 7 ppm, ou de manière encore plus préférée de 10 ppm ou 11 ppm. Dans un mode de réalisation, la teneur en B est de 10 à 50 ppm.
Les teneurs en Zn et Mg sont inférieures à 100 ppm afin d’obtenir une aptitude au soudage au laser suffisante. De préférence, la teneur en Zn est inférieure à 90 ppm, de manière davantage préférée inférieure à 80 ppm et de manière encore plus préférée inférieure à 60 ppm. De préférence, la teneur en Mg est inférieure à 80 ppm, de manière davantage préférée inférieure à 50 ppm et de manière encore plus préférée inférieure à 20 ppm.
Les teneurs en Sn et Bi sont inférieures à 100 ppm notamment parce que Bi est préjudiciable à l’oxydation de surface et Sn est préjudiciable à la résistance à la corrosion. De préférence, la teneur en Sn est inférieure à 90 ppm, de manière davantage préférée inférieure à 80 ppm et de manière encore plus préférée inférieure à 60 ppm. De préférence, la teneur en Bi est inférieure à 80 ppm, de manière davantage préférée inférieure à 50 ppm et de manière encore plus préférée inférieure à 20 ppm.
La teneur en Cr est inférieure à 100 ppm pour éviter les cristaux primaires lors de la coulée. De préférence, la teneur en Cr est inférieure à 80 ppm, de manière davantage préférée inférieure à 50 ppm et de manière encore plus préférée inférieure à 20 ppm.
D’autres éléments sont des impuretés dont la teneur est inférieure à 500 ppm chacun et 1500 ppm au total. De préférence, la teneur en autres éléments est inférieure à 150 ppm chacun et à 500 ppm au total.
Le procédé pour réaliser un produit en tôle d’alliage d’aluminium selon l’invention comprend la coulée d’une plaque avec une composition selon l’invention, l’homogénéisation, le laminage à chaud et à froid de la plaque, facultativement le recuit et le planage sous tension.
La plaque est homogénéisée à une température d’au moins 610 °C, de préférence d’au moins 615 °C et de manière davantage préférée d’au moins 620 °C. La température d’homogénéisation maximale est définie pour éviter une fusion naissante, elle est typiquement de 640 °C ou 630 °C. De préférence, l’homogénéisation est réalisée pendant au moins une heure, avantageusement au moins 5 heures, de manière davantage préférée au moins 10 heures. Une homogénéisation de plus de 50 heures ou même de 30 heures n’apporte pas d’amélioration supplémentaire. Les présents inventeurs ont découvert que les conditions d’homogénéisation de l’invention sont particulièrement favorables à l’équilibre entre les propriétés de la tôle de l’invention, en particulier les conditions d’homogénéisation permettent de réduire le pourcentage de cornes. Avant ou après l’homogénéisation, la plaque est généralement scalpée.
La plaque homogénéisée est ensuite laminée à chaud en un produit laminé intermédiaire ayant une épaisseur de 2 à 10 mm. Le laminage à chaud commence, dans une première étape de laminage à chaud, par un laminage à chaud sur au moins un laminoir réversible, ou un laminoir ébaucheur. Pendant le laminage sur un laminoir réversible, la température de laminage à chaud est d’au moins 400 °C et de préférence d’au moins 410 °C. Les conditions de laminage à chaud sur laminoir réversible sont ajustées pour obtenir un produit laminé à chaud ayant, après laminage sur laminoir réversible, une fraction volumique de grains recristallisés d’au moins 50 %, de préférence d’au moins 80 % et de manière davantage préférée de 100 %. Les conditions de laminage à chaud sur laminoir réversible de l’invention sont également favorables à l’équilibre entre les propriétés de la tôle de l’invention, et contribuent également à réduire le pourcentage de cornes. Dans une seconde étape facultative de laminage à chaud après le laminoir réversible, le produit peut être laminé à nouveau à chaud sur un laminoir tandem.
Le produit laminé intermédiaire est ensuite laminé à froid en une tôle, facultativement avec un recuit intermédiaire pendant le laminage à froid.
La tôle est ensuite facultativement traitée thermiquement à une température de 150 °C à 350 °C et facultativement, la tôle subit un planage sous tension avec une traction d’au moins 0,3 %.
Le traitement thermique facultatif à une température de 150 °C à 350 °C peut être un recuit, un recuit partiel ou un traitement thermique de stabilisation.
Dans un premier mode de réalisation, qui correspond typiquement à un état métallurgique H1X, de préférence un état métallurgique H14, le produit laminé intermédiaire est d’abord laminé à froid à une première épaisseur de 0,8 à 2,0 mm, puis recuit à une température de 300 °C à 450 °C et ensuite laminé à froid à une seconde épaisseur de 0,5 mm à 1,5 mm. La seconde réduction à froid est typiquement de 15 % à 25 %, de préférence de 16 % à 23 %. Il est avantageux d’ajouter Cu dans la plage, en % en poids, de 0,11 à 0,18 et de préférence Cu : 0,13 à 0,17 et/ou Mn dans la plage, en % en poids, Mn : 1,00 à 1,15 et de préférence 1,01 à 1,10 et/ou de réduire la seconde réduction à froid de préférence de 17 % à 21 % et de manière davantage préférée de 18 à 20 %, afin d’améliorer l’aptitude à l’emboutissage avec un allongement amélioré et un faible pourcentage de cornes. La seconde réduction à froid est conçue pour obtenir une charge de rupture qui se situe approximativement à mi-chemin entre celle de l’état métallurgique O et celle de l’état métallurgique le plus dur (H18 ou H19). Facultativement, un traitement thermique de stabilisation peut être réalisé à une température de 150 °C à 200 °C après le second laminage à froid.
Dans un second mode de réalisation, qui correspond à un état métallurgique H2X, de préférence un état métallurgique H24, le produit laminé intermédiaire est laminé à froid directement, c’est-à-dire sans aucun recuit intermédiaire, en une tôle d’une épaisseur de 0,5 mm à 1,5 mm, puis partiellement recuit. La tôle est partiellement recuite à une température de 250 °C à 350 °C, de préférence de 260 °C à 300 °C. Le recuit partiel est conçu pour obtenir une charge de rupture qui se situe approximativement à mi-chemin entre celle de l’état métallurgique O et celle de l’état métallurgique le plus dur (H18 ou H19).
Facultativement, la tôle peut enfin subir un planage sous tension avec une traction d’au moins 0,3 % et de préférence d’au moins 0,5 %. Le planage sous tension peut être nécessaire pour améliorer la planéité du produit.
Les tôles de l’invention ont de préférence, dans la direction longitudinale, une RP0,2d’au moins 115 MPa et de préférence d’au moins 125 MPa, un allongement A % d’au moins 5 % et une charge de rupture Rmde 135 à 185 MPa et de préférence de 140 à 180 MPa. Les tôles de l’invention ont de manière davantage préférée, dans la direction longitudinale, une limite d’élasticité en traction RP0,2d’au moins 135 MPa, un allongement A % d’au moins 7 % et une charge de rupture Rmde 145 à 180 MPa.
De préférence, dans l’état métallurgique H14, les tôles de l’invention ont, dans la direction longitudinale, une limite d’élasticité en traction RP0,2d’au moins 125 MPa et de préférence d’au moins 135 MPa, un allongement A % d’au moins 7 % et une charge de rupture Rmde 140 à 185 MPa et de préférence de 145 à 180 MPa et un pourcentage de cornes inférieur à 7 % et de préférence inférieur à 5 %.
De préférence, dans l’état métallurgique H24, les tôles de l’invention ont, dans la direction longitudinale, une limite d’élasticité en traction RP0,2d’au moins 125 MPa et de préférence d’au moins 135 MPa, un allongement A % d’au moins 11 % et une charge de rupture Rmde 140 à 185 MPa et de préférence de 145 à 180 MPa et un pourcentage de cornes inférieur à 12 %. L’état métallurgique H24 permet un processus d’emboutissage plus complexe.
La tôle selon l’invention est de préférence utilisée pour réaliser un boîtier de batterie parallélépipédique d’une hauteur d’au moins 70 mm, d’une longueur d’au moins 100 mm et d’une largeur d’au moins 15 mm et de préférence d’une hauteur d’au moins 80 mm, d’une longueur d’au moins 120 mm et d’une largeur d’au moins 20 mm et de manière encore plus préférée d’une hauteur d’au moins 90 mm, d’une longueur d’au moins 140 mm et d’une largeur d’au moins 25 mm. Avec une telle taille, les tôles de l’invention qui sont formables et ont un faible pourcentage de cornes sont particulièrement avantageuses.
Les détails de l’invention seront mieux compris à l’aide de l’exemple ci-dessous, dont le cadre n’est toutefois pas restrictif.
Exemple
Exemple 1
Les alliages décrits dans le tableau 1 ont été coulés sous forme de lingots.
Alliage Si
( % en poids ) 		Fe
( % en poids ) 		Cu ( % en poids) Mn ( % en poids ) Mg (ppm) Cr (ppm) Zn (ppm) Ti (ppm) B (ppm) Autres éléments (ppm)
chacun total
A 0,14 0,66 0,15 0,98 5 13 54 207 10 ≤ 150 ≤ 500
B 0,14 0,62 0,08 0,99 6 19 39 237 11 ≤ 150 ≤ 500
C 0,13 0,64 0,06 1,05 5 12 30 276 11 ≤ 150 ≤ 500
D 0,16 0,64 0,15 1,07 6 13 39 251 14 ≤ 150 ≤ 500
Tableau 1. Composition des alliages mis à l’essai
Les lingots ont été scalpés et homogénéisés avec des conditions différentes comme illustré par le tableau 2. Les exemples 2 et 3 sont des exemples de référence. Après réchauffage à 490 °C, les lingots ont été laminés à chaud sur un laminoir réversible à une température restant supérieure à 400 °C, jusqu’à une épaisseur de 6 à 8 mm. La température de sortie de laminage à chaud sur le laminoir réversible et l’épaisseur finale de laminage à chaud sont indiquées dans le tableau 2. La microstructure a été caractérisée après laminage à chaud réversible pour les exemples 2, 4 et 6. Les microstructures sont présentées sur les figures , et pour les exemples 4, 2 et 6, respectivement. Pour l’exemple 2, la fraction volumique de grains recristallisés était de 20 %, pour l’exemple 4, la fraction volumique de grains recristallisés était de 100 % et pour l’exemple 6, la fraction volumique de grains recristallisés était de 50 %.
Les tôles dans un état métallurgique H14 ont été préparées comme suit : laminage à froid avec une réduction d’environ 80 % jusqu’à une épaisseur intermédiaire, recuit intermédiaire de 3 heures à 345 °C et laminage à froid final avec la réduction à froid indiquée dans le tableau 2. Les tôles dans un état métallurgique H24 ont été préparées comme suit : laminage à froid jusqu’à l’épaisseur finale et recuit final jusqu’à l’état métallurgique H24, avec les conditions décrites dans le tableau 2.
Ex e mple Alliage Etat métallurgique Homog é - néisation Temp é - rature de sortie d e laminage à chaud ( °C ) Epaisseur de sortie de laminage à chaud (mm) Réduction finale à froid % (H14) Recuit (H24) Epaisseur finale
[mm]
1 A H24 17 h 620 °C 435 6,9 (280 °C, 1 h) 1,0
2 B H24 3 h
600 C°		 433 6,9 (285 °C, 1 h) 1,0
3 B H24 3 h 600 °C 434 6,9 (285 °C,
1 h)		 1,0
4 B H24 17 h 620 °C 424 6,9 (295 °C, 1h) 1,0
5 B H24 17 h 620 °C 438 7,0 (285 °C, 1,5 h) 1,2
6 C H24 4 h 615 °C 425 6,9 na 1,2
7 C H24 17 h 620 °C 420 6,9 (280 °C, 1 h) 1,1
8 A H14 17 h 620 °C na 6,8 21 1,0
9 D H14 17 h 620 °C 427 6,0 19 1,0
10 D H14 17 h 620 °C 427 6,0 19 1,2
Tableau 2. Processus de transformation
L’anisotropie du matériau à l’état métallurgique final est évaluée par mesure du pourcentage de cornes de coupelles rondes de diamètre 33 mm et de hauteur 20 mm ayant subi un emboutissage profond (3 coupelles par bac), selon la norme DIN EN 1669. Les quatre pics de cornes sont localisés à des angles de 45°, 135°, 225° et 315° par rapport à la direction de laminage. Le pourcentage de cornes est calculé comme he/ h *100, où heest la hauteur moyenne de corne et h est la hauteur moyenne de coupelle.
Les propriétés mécaniques sont mesurées dans la direction longitudinale L.
Les résultats sont indiqués dans le tableau 3.
Ex e mple Pourcentage de cornes
[ %]		 R p0,2 [MPa] R m [MPa] A50
[ %]
1 9,6 152 167 15,2
2 14,1 156 163 16,6
3 13,1 147 160 16,1
4 8,9 145 160 15,4
5 7,0 125 149 18,8
6 11 X X X
7 8,5 148 159 16,2
8 4,3 149 154 7,2
9 4,1 140 148 11,5
10 3,5 139 149 11,3
Tableau 3 : Propriétés mécaniques des tôles
Exemple 2
Dans cet exemple, la seconde étape de laminage à froid nécessaire pour atteindre une limite d’élasticité minimale de 140 MPa dans l’état métallurgique H14 a été calculée avec un modèle métallurgique interne afin d’évaluer l’effet de Cu. L’homogénéisation a été effectuée à 620 °C et le réchauffage à 490 °C. La composition des alliages est indiquée dans le tableau 4.
All iage Si ( % en poids ) Fe ( % en poids ) Cu ( % en poids ) Mn ( % en poids )
E 0,15 0,65 0,05 1,0
F 0,15 0,65 0,10 1,0
G 0,15 0,65 0,15 1,0
Tableau 4. Composition des alliages
La déformation minimale au laminage à froid nécessaire pour obtenir une limite d’élasticité en traction longitudinale de 140 MPa était de 40 % pour l’alliage E, 29 % pour l’alliage F et 23 % pour l’alliage G.
Un laminage à froid plus faible est avantageux pour réduire le pourcentage de cornes. En effet, le laminage à froid va augmenter le niveau de texture de déformation et faire croître les cornes à 45° qui sont déjà présentes après le recuit intermédiaire. L’ajout de 0,15 % en poids de Cu est donc avantageux dans l’état métallurgique H14.

Claims (10)

  1. Procédé pour réaliser un produit en tôle d’alliage d’aluminium dans lequel successivement,
    (a) une plaque d’un alliage d’aluminium est coulée, comprenant, en % en poids
    Mn : 0,9 à 1,2,
    Fe : 0,5 à 0,8,
    Si : 0,05 à 0,25,
    Cu : 0,06 à 0,20,
    Ti : ≤ 0,1,
    et en ppm,
    Mg : < 100,
    Zn : < 100,
    B : < 200,
    Sn : < 100,
    Bi : < 100,
    Cr : ≤ 100,
    autres impuretés < 500 chacune et < 1500 au total, le reste étant de l’aluminium,
    (b) la plaque est homogénéisée à une température d’au moins 610 °C et de préférence d’au moins 615 °C,
    (c) la plaque homogénéisée est laminée à chaud en un produit laminé à chaud intermédiaire ayant une épaisseur de 2 à 10 mm, avec une première étape de laminage à chaud sur un laminoir réversible,
    (d) le produit laminé intermédiaire est laminé à froid en une tôle, avec facultativement un recuit intermédiaire pendant le laminage à froid,
    (e) la tôle est facultativement traitée thermiquement à une température de 150 °C à 350 °C
    (f) facultativement, la tôle subit un planage sous tension avec une traction d’au moins 0,3 %.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, à l’étape d, le produit laminé intermédiaire est d’abord laminé à froid à une première épaisseur de 0,8 à 2,0 mm, puis recuit à une température de 300 °C à 450 °C et ensuite laminé à froid à une seconde épaisseur de 0,5 mm à 1,5 mm.
  3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel Cu : 0,11 à 0,18 % en poids et de préférence Cu : 0,13 à 0,17 % en poids.
  4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3 dans lequel ledit laminage à froid à une seconde épaisseur est de 15 % à 25 % et de préférence de 17 à 21 % et de manière davantage préférée de 18 % à 20 %.
  5. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, à l’étape d, le produit laminé intermédiaire est directement laminé à froid en une tôle d’une épaisseur de 0,5 mm à 1,5 mm et, à l’étape e, la tôle est partiellement recuite à une température de 250 °C à 350 °C.
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel pendant le laminage à chaud sur laminoir réversible la température de laminage à chaud est d’au moins 400 °C et de préférence d’au moins 410 °C.
  7. Produit en tôle d’alliage d’aluminium fabriqué selon le procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 6 ayant, dans la direction longitudinale, une limite d’élasticité en traction RP0,2d’au moins 115 MPa et de préférence d’au moins 125 MPa, un allongement A % d’au moins 5 % et une charge de rupture Rmde 135 à 185 MPa et de préférence de 140 à 180 MPa.
  8. Produit en tôle d’alliage d’aluminium selon la revendication 7 dans lequel la tôle est dans un état métallurgique H14 et a, dans la direction longitudinale, une limite d’élasticité en traction RP0,2d’au moins 125 MPa, un allongement A % d’au moins 7 % et une charge de rupture Rmde 140 à 185 MPa et un pourcentage de cornes inférieur à 7 % et de préférence inférieur à 5 %.
  9. Produit en tôle d’alliage d’aluminium selon la revendication 7 dans lequel la tôle est dans un état métallurgique H24 et a, dans la direction longitudinale, une limite d’élasticité en traction RP0,2d’au moins 125 MPa, un allongement A % d’au moins 11 % et une charge de rupture Rmde 140 à 185 MPa et un pourcentage de cornes inférieur à 12 %.
  10. Utilisation d’un produit en tôle d’alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 7 à 9 pour réaliser un boîtier de batterie parallélépipédique d’une hauteur d’au moins 70 mm, d’une longueur d’au moins 100 mm et d’une largeur d’au moins 15 mm.
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