DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

La présente invention est relative à un procédé de fabrication par coulée continue entre cylindres d'une feuille mince en alliage d'aluminium apte à la confection d'éléments constitutifs de boîtes de boisson ou à usage alimentaire.

Il est connu par exemple de fabriquer des couvercles destinés à être associés de façon étanche à des corps de boîtes et à constituer ainsi des emballages pour des aliments à l'état liquide ou solide.

Ces couvercles sont obtenus par découpage dans une feuille en alliage d'aluminium de disques qui peuvent être munis de dispositifs d'ouverture fixés soit par rivetage soit par collage.

Afin de pouvoir se prêter à ces opérations mécaniques ainsi qu'aux contraintes résultant des manipulations et des pressions excercées à l'intérieur des boîtes par certains aliments tels que les boissons gazeuses, lesdites feuilles doivent présenter à la fois une aptitude à la déformation convenable et une limite d'élasticité suffisante.

En outre, comme ces feuilles doivent résister aux effets corrosifs de l'atmosphère comme à ceux des produits contenus, il est indispenssable de les recouvrir d'agents protecteurs tels que des vernis, par exemple, ce qui nécessite une aptitude à l'adhérence desdites feuilles vis à vis desdits revêtements.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Le document allemand DE 3247698 (Alusuisse) enseigne un procédé de fabrication d'une bande destinée à la confection de couvercles de boîtes en alliage d'aluminium issue d'une machine de coulée continue caractérisé en ce que l'on coule un alliage contenant en poids 0,15 à 0,50% de Si,

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0,3 à 0,8% de Fe, 0,05 à 0,25% de Cu, 0,5 à 1% de Mn, 2,5 à 3,5% de Mg et jusqu'à 0,20% de Ti entre deux cylindres de coulée refroidis constituant un interstice de coulée de 5 à 10 mm et que la bande résultante est laminée à froid à une épaisseur finale de 0,4 à 0,2 mm.

Suivant ce procédé, pour obtenir une limite élastique de 321 MPa et un allongement de 7,7%, il est nécessaire de recourir après laminage de la bande coulée jusqu'à une épaisseur de 1,9 mm à un recuit intermédiaire consistant à réchauffer la bande à 380°C et à la maintenir pendant 2 heures à cette température puis à faire également un recuit final d'adoucissement par chauffage à 205° pendant 8 minutes avant vernissage.

Ainsi, outre l'énergie nécessaire pour passer, suivant l'exemple, d'une épaisseur el = 6,5 mm jusqu'à une épaisseur e2 ≈ 0,3 mm, réduction correspondant à un taux de laminage : (el - e?.)/el x 100 = 95,4%, ce procédé entraîne également deux opérations de réchauffage à deux stades différents du laminage.

Le document JP 04276047 (Sky Aluminium) décrit un procédé d'obtention de tôles dures en alliage d'aluminium en vue de la confection de couvercles de boîtes, procédé comportant une coulée en bande mince à une épaisseur inférieure à 15 mm, avec une vitesse de refroidissement supérieure à 50°C/sec; la tôle obtenue est soumise immédiatement ou après le laminage à froid à un premier recuit intermédiaire, au laminage à froid avec un taux de réduction de 30 à 85%, au deuxième recuit intermédiaire et enfin au laminage à froid final avec un taux de réduction supérieur à 30%, ce dernier pouvant être suivi d'un recuit final.

L'alliage a la composition suivante:

Mg: 1,2 à 3%, Cu: 0,05 à 0,5%, Mn: 0,5 à 2%, Fe: 0,1 à 0,7%, Si: 0,1 à 0,5%, le solde étant Al.

Il a été obtenu, selon ce procédé, une tôle de 6 mm d'épaisseur présentant une limite élastique, à 45° par rapport à la direction de laminage, de 305 à 310 N/mm2.

Le document EP 99739 (Continental) décrit un procédé d'obtention de bande d'alliage d'Al apte à l'emboutissage étirage par exemple en vue de l'obtention de boîtes. Il comprend la coulée continue de bande d'épaisseur inférieure à 2,54 cm, de préférence comprise entre 6 et 12 mm, un chauffage à 510-620°, suivi d'un laminage à froid avec réduction d'épaisseur d'au moins 25%, d'un recuit, d'un deuxième laminage à froid avec réduction d'épaisseur d'au moins 10%, d'un chauffage de recristalliεation et d'un laminage à froid final.

Des bandes de 12,1 mm d'épaisseur et de différentes compositions ont été obtenues et traitées selon le procédé décrit; les produits finaux obtenus ont les caractéristiques suivantes (tab. XIX)

Limite élastique de 280 à 294 MPa Charge de rupture de 291 à 308 MPa Allongement de 2,2 à 2,5%

Le document US 4411707 (Coors) décrit un procédé d'obtention de bandes adaptées à la fabrication de couvercles. Il comprend la coulée continue d'une bande d'épaisseur comprise entre 6 et 7 mm, cette bande subissant pendant la solidification une réduction d'au plus 25%, puis un laminage à froid avec une réduction d'au moins 60%, un recuit à 440 - 483°C, un laminage à froid d'au moins 80% jusqu'à l'épaisseur finale.

La résistance à la rupture obtenue est de 272 MPa, la limite élastique de 245 MPa et l'allongement de 4,1%.

On voit que tous ces procédés utilisant des compositions d'alliage variées décrivent au moins un recuit intermédiaire au cours du laminage à froid, ce qui complique la mise en oeuvre et en augmente le coût.

BUT DE L'INVENTION

Le but de l'invention est, à propriétés au moins égales, de réduire le taux de laminage et de supprimer les étapes de recuit intermédiaire lors du laminage à froid, ce qui simplifie le procédé et le rend plus

économique.

OBJET DE L'INVENTION

L'invention consiste en un procédé de fabrication d'une feuille en alliage d'aluminium destinée au boîtage qui a pour composition en poids: Mg compris entre 1 et 4%, Mn compris entre 0 et 1,6%, solde Al avec ses impuretés inévitables et optionnellement des ajouts de Cu et/ou de Cr, caractérisé en ce que ladite feuille est obtenue par coulée dudit alliage à l'état liquide entre deux cylindres sous forme d'une bande ayant une épaisseur au plus égale à 4 mm, suivie d'au moins un traitement thermique à une température comprise entre 400 et 580°C de façon à ce que la feuille soit au moins partiellement recristallisée, d'un laminage à froid jusqu'à une épaisseur finale inférieure à 0,3 mm et optionnellement d'une opération de revêtement.

Ainsi, l'invention a pour objet un procédé caractérisé d'abord par la coulée d'une bande entre deux cylindres à une épaisseur inférieure ou égale à 4 mm de sorte que, pour atteindre l'épaisseur d'un couvercle de boîte à fabriquer, le taux de laminage est inférieur à 95%; ceci évite le recours à des recuits intermédiaires entre les passes de laminage, ce qui est le cas dès que l'épaisseur est supérieure à 4 mm, comme cela a été vu plus haut.

On entend par coulée entre cylindres une coulée continue de bandes dans laquelle le métal liquide est introduit, à l'aide d'une busette réfractaire, entre deux cylindres refroidis, dans l'intervalle desquels il se solidifie.

Un exemple de ce type de coulée est la coulée "3C" développée par PECHINEY, dont le principe est décrit dans le brevet français n° 1 198006.

Cette invention est rendue possible par l'utilisation des plages de concentrations spécifiques, citées ci-dessus, des différents éléments de l'alliage constituant la feuille; elle permet d'obtenir des propriétés

améliorées, en particulier des caractéristiques mécaniques augmentées.

De plus si on dépasse 4 mm d'épaisseur, on obtient une anisotropie plastique trop élevée, ce qui entraîne lors de la fabrication du couvercle des irrégularités dimensionnelles; en particulier le bord développé du couvercle, qui servira au sertissage, peut ne pas répondre au cahier des charges et entraîner des rebuts.

Par ailleurs, couler à une épaisseur inférieure à 4 mm est favorable vis

à vis de la qualité de la bande notamment en ce qui concerne les ségrégations qui sont de beaucoup réduites sinon absentes d'où une formabilité améliorée et l'obtention d'une productivité au voisinage de son optimum.

Il n'y a cependant pas intérêt à couler à une épaisseur inférieure à 1 mm car 1'écrouissage de la bande dû au laminage s'avère alors insuffisant et la résistance mécanique de la bande devient trop faible pour une application aux couvercles.

Une autre caractéristique de l'invention est l'obtention d'une structure recristallisée, partiellement (par exemple supérieure à environ 50%) ou totalement, après traitement thermique entre 400 et 580°C de la bande issue de la coulée. Cette recristallisation du métal est nécessaire à l'obtention d'une excellente formabilité de l'alliage.

Cette opération peut être réalisée en discontinu sur la bande bobinée ou au défilé soit sur la bande sortant en continu de la machine de coulée, soit sur une bande préalablement bobinée après la coulée.

La durée du traitement thermique et la température sont fonction de la vitesse de montée en température.

Lorsqu'on procède à un traitement en discontinu, la vitesse de chauffage est généralement comprise entre 20 et 200°C/h.

Par contre, au défilé, la vitesse de chauffage est d'au moins 3000°C/h.

Le traitement au défilé offre par ailleurs des avantages particuliers pour les alliages contenant moins de 0,75% environ de Mn. En effet, il conduit à une recristallisation à grains fins et isotropes de dimensions

inférieures à 40 micromètres alors que le recuit en discontinu donne des grains de dimensions comprises entre 200 et 50 micromètres; ceci a pour effet d'améliorer la formabilité de la feuille.

Le traitement au défilé est obtenu de préférence par chauffage dans un four à induction ou dans un four à circulation d'air chaud ^' mais, tout autre moyen de traitement au défilé d'une bande peut être envisagé.

Mais, les meilleurs résultats sont- obtenus en faisant suivre ce traitement au défilé par un traitement en discontinu sur bobine dans les

conditions indiquées plus haut.

Par contre pour les alliages contenant plus de 0,75% de Mn environ, il suffit généralement d'effectuer un traitement en discontinu sur bobine de préférence à un traitement au défilé (en sortie de coulée ou sur bobine).

Après traitement thermique, la bande est laminée à froid jusqu'à l'épaisseur finale et la feuille obtenue peut être recouverte par un matériau plastique destiné à la protéger de l'environnement. Ce peut être, par exemple, un vernissage sur les deux faces avec un vernis qui est ensuite séché par chauffage à une température comprise entre 200 et 280°C.

Pour obtenir des couvercles ayant des caractéristiques mécaniques et de formabilité convenables, encore faut-il que le procédé soit appliqué à une gamme d'alliages bien déterminée.

Ces alliages doivent contenir entre 1,0 et 4% de magnésium en poids car au-delà du maximum revendiqué, il peut se former des ségrégations qui nuisent à la formabilité ; par contre, une teneur inférieure à 1% conduit à une résistance mécanique insuffisante.

Ce magnésium est de préférence combiné à du manganèse en proportion pondérale allant jusqu'à 1,6%. Une teneur supérieure à la valeur maximum empêche une recristallisation convenable lors du recuit et provoque l'apparition de gros grains nuisibles aux propriétés mécaniques.

Toutefois, il est particulièrement avantageux d'avoir une présence simultanée de magnésium et de manganèse répondant à la condition: (3 Mn % + 2 Mg %) supérieur ou égal à 6% et inférieur ou égal à 9%, afin d'obtenir le meilleur compromis entre résistance mécanique et formabilité.

De préférence, la teneur en magnésium est inférieure à 3,2% mais, les meilleurs résultats sont obtenus pour une teneur en Mg inférieure à 2,8%; en effet on réduit ainsi les risques de ségrégation, lors de la coulée, associés aux fortes teneurs en Mg.

La présence de Mn permet de limiter la teneur en Mg et donc de diminuer le risque de ségrégation; elle est avantageusement supérieure à 0,4% environ.

Par ailleurs, l'ajout d'une faible quantité de cuivre inférieure ou égale à 0,4% et de préférence inférieure à 0,2 % et/ou l'ajout de chrome jusqu'à 0,2% environ permettent d'améliorer la résistance mécanique de l'alliage.

La teneur en ces éléments est limitée du fait qu'en trop forte quantité ils limitent la ductilité du métal et donc sa formabilité.

Quant au silicium et au fer, il s'agit surtout d'impuretés dont la présence est fonction de la qualité de l'aluminium mis en oeuvre.

De préférence, le silicium est inférieur à 0,3% ou mieux à 0,2% et le fer à 0,5% ou mieux à 0,3 %.

En effet, le silicium conduit après coulée ou après traitement thermique par maturation à la formation de précipités intermétalliques de Mg2Si qui limitent la formabilité de l'alliage.

Quant au fer, il donne lieu à la formation de précipités eutectiques à la coulée et donc de ségrégations nuisibles également à la ductilité.

EXEMPLES D'APPLICATION

L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples d'application suivants, non limitatifs.

On a mis en oeuvre trois types d'alliages A, B et C ayant pour composition en poids :

Ces alliages ont été soumis au cours de leur élaboration à un traitement d'affinage par ajout d'un alliage d'aluminium contenant du titane et du bore du type AT5B introduit dans le métal liquide soit directement dans le four d'élaboration soit par fusion progressive d'un fil en amont du four.

Lesdits alliages ont été coulés entre deux cylindres sous forme de bandes d'épaisseur de 2,8 mm à la vitesse de 3 m/min.

Ces bandes ont été soumises à des traitements thermiques de trois types :

I) Recuit au défilé de la bande sortant de la machine de coulée dans un four où de l'air chaud est soufflé de manière que la bande soit portée à 440°C pour les alliages A et B et 500° pour l'alliage C et soit maintenue à cette température pendant 30 secondes. La bande est ensuite refroidie à 300°C puis bobinée.

II) Recuit discontinu de la bande bobinée dans un four où le métal subit un réchauffage à 440°C pour les alliages A et B et 500°C pour l'alliage C et un maintien à cette température pendant 10 heures.

III) Le recuit I est suivi du recuit II.

La bande recuite est alors soumise à 6 passes de laminage sans recuit

intermédiaire pour l'amener sous la forme d'une feuille d'épaisseur finale de 270 micromètres.

Ladite feuille est ensuite dégraissée, soumise à un traitement chimique de conversion pour être ensuite vernie sur les deux faces.

On a ensuite procédé aux mesures suivantes sur la feuille obtenue:

- limite d'élasticité : R 0,2% mesurée après recuit des vernis et dans le sens long.

- indice de formabilité Ericksen suivant la norme française NF A03 - 652.

- délaminage du vernis (mesure effectuée après incision du métal et pasteurisation de la feuille à 75°C durant 30 min. dans l'eau

déminéralisée) .

Les résultats obtenus, qui se réfèrent à des alliages A, B ou C traités thermiquement suivant I, II ou III, figurent dans le tableau suivant :

Référence

AI

AU

AIII

BI

Bill

Cil

Sachant que les caractéristiques nécessaires pour obtenir des couvercles convenables sont une limite d'élasticité supérieure à 320 MPa, un indice d'Ericksen supérieur à 4 et un délaminage du vernis inférieur à 0,6 mm, on constate que les objectifs sont atteints par le procédé selon l'invention, notamment dans le cas où on procède à un traitement thermique du type II ou III.

On voit que les meilleurs résultats sont obtenus avec BIII et Cil, correspondant à des traitements thermiques respectifs d'une part au défilé sur bande sortant de coulée suivi d'un' traitement discontinu, d'autre part en discontinu.