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EP0699769B1 - Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et acier obtenu par ce procédé - Google Patents

Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et acier obtenu par ce procédé Download PDF

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Publication number
EP0699769B1
EP0699769B1 EP95401091A EP95401091A EP0699769B1 EP 0699769 B1 EP0699769 B1 EP 0699769B1 EP 95401091 A EP95401091 A EP 95401091A EP 95401091 A EP95401091 A EP 95401091A EP 0699769 B1 EP0699769 B1 EP 0699769B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steel
nitrogen
ppm
deep
drawn
Prior art date
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Revoked
Application number
EP95401091A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0699769A1 (fr
Inventor
Véronique Sardoy
Patrick Zimmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=9466529&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0699769(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Sollac SA, Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC filed Critical Sollac SA
Publication of EP0699769A1 publication Critical patent/EP0699769A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0699769B1 publication Critical patent/EP0699769B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Revoked legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum

Definitions

  • the subject of the present invention is a method for preparing a steel for packaging suitable for deep drawing and not very sensitive to formation of horns during stamping, and a steel obtained from this process.
  • the present invention is particularly applicable to the production very thin products obtained by deep drawing of the box type stamped-stamped or stamped-ironed boxes.
  • a sheet blank When manufacturing a metal package, a sheet blank, generally made of a metal which has undergone an operation of rolling, so that this metal has an anisotropy with regard to its resistance to thinning.
  • this collar has a sinuous profile comprising "horns" and “hollow horns”.
  • This anisotropy of the metal with regard to its resistance to thinning is also responsible for the formation of folds or undulations in certain areas during stamping.
  • This formation of folds or ripples is due to a difference resistance to sliding of the metal according to the areas under the blank holder which surrounds the die and the stamping punch.
  • This anisotropy of the metal is translated by two coefficients, well known in the art of stamping, in particular of deep-drawn stamping, the Lankford coefficient r and the coefficient planar anisotropy ⁇ r.
  • the Lankford coefficient r is representative of the resistance to thinning of the metal used in the direction in which it is determined.
  • the direction in which the Lankford coefficient is most high corresponds to the direction in which the metal flows easily and therefore does not form folds during stamping and therefore at the position of the horns.
  • the direction in which the coefficient of Lankford is the lowest corresponds to the direction in which the metal has a high resistance to sliding and therefore forms folds during stamping and therefore to the direction of the hollow of the horn.
  • This planar anisotropy coefficient ⁇ r is representative of the ability of the sheet metal blank to present horns and horn recesses to stamping.
  • Such steels have a carbon content of the order of 200 to 800 ppm (parts per million) and present, after having undergone an operation work hardening by rolling, called skin pass operation, with a rate of 25% reduction in skin pass, mechanical characteristics relatively high (Rm of the order of 620 MPa).
  • planar anisotropy coefficient ⁇ r after the skin pass operation with a reduction rate of around 25% is around 0.15 to 0.20.
  • the re-rolling on the skin pass has the effect of degrading certain properties such as for example the elongation percent after rupture and the planar anisotropy coefficient ⁇ r.
  • planar anisotropy coefficient ⁇ r of an ultra steel low carbon degassed under vacuum with low nitrogen content goes from 0.16 for a skin pass reduction rate of around 25% to 0.28 for a rate 35% reduction in skin pass.
  • the subject of the present invention is a method for preparing a steel for packaging allowing the same skin pass reduction rate, obtain mechanical characteristics substantially equal to those of a mild steel not degassed under vacuum and deep drawing properties substantially identical to that of an ultra-low carbon steel degassed under vacuum with low nitrogen content.
  • the present invention relates more particularly to a method of producing a steel for packaging suitable for deep drawing and not very sensitive to the formation of horns during drawing, in which a low carbon steel is produced by vacuum degassing in a decarburization chamber, characterized in that the composition of the steel degassed under vacuum, before insufflation of the nitrogen is as follows in ppm: Carbon ⁇ 80 Manganese from 1000 to 3000 Aluminum ⁇ 400 Nitrogen ⁇ 40 Phosphorus ⁇ 150 Sulfur ⁇ 150 Silicon ⁇ 200 Molybdenum ⁇ 80 Copper + Nickel + Chrome ⁇ 800 the remainder being iron and residuals, and in that, after degassing under vacuum, nitrogen is blown into the steel bath to add to said steel from 80 to 140 ppm of nitrogen.
  • the present invention also relates to a steel for packaging suitable for deep drawing and not very sensitive to the formation of horns during stamping developed by the above process which, after its preparation, is hot rolled and / or cold rolled, undergoes continuous or base annealing, and undergoes rolling hardening light, so as to have a planar anisotropy coefficient ⁇ r ⁇ 0.20.
  • the present invention also relates to the use of a steel such as described above for the production of very thin products obtained by deep drawing of stamped-re-stamped boxes or boxes stamped-ironed.
  • the present invention relates to a steel for packaging suitable for deep drawing and little sensitive to the formation of horns during deep drawing, particularly useful for the production of very thin obtained by deep drawing, in particular by deep drawing in shrinkage, of the stamped-re-stamped boxes or stamped-ironed boxes.
  • This steel is a low carbon steel produced from known manner, to the steelworks converter, then degassed under vacuum in a decarburization enclosure.
  • the important characteristic of this steel is that, after vacuum degassing, nitrogen is blown into the steel bath to add said steel from 80 to 140 ppm (parts per million) of nitrogen.
  • the added nitrogen content must be greater than 80 ppm, because a lower content would not be effective enough and we would not significantly increase the characteristics steel mechanics.
  • the added nitrogen content must also be less than 140 ppm, because if you add more than 140 ppm nitrogen, the steel becomes too effervescent and very difficult or almost impossible to pour.
  • the steel undergoes vacuum degassing until reaching a carbon content of 80 ppm or less, preferably at 40 ppm, and the steel is an extra mild steel, calmed with aluminum, free of titanium and niobium.
  • the steel after its production according to the process described above is then cast, hot rolled and / or cold rolled, it is annealed continuous or annealing on base, and it undergoes a hardening by light rolling on a finishing train. also called skin pass operation.
  • the Applicant has found that the addition of nitrogen after vacuum degassing does not degrade the drawing properties of steel, and in particular does not influence the planar anisotropy coefficient ⁇ r.
  • a first series of blanks was made of mild steel type standard at 800 ppm carbon, cold rolled, annealed and subjected to skin pass operation with a 25% reduction rate.
  • a second series of blanks was produced from mild steel with very low carbon calmed with aluminum, without titanium or niobium, the composition of which is as follows in ppm: Carbon 50 Manganese 2000 Aluminum 300 Nitrogen 30 Phosphorus 120 Sulfur 130 Silicon 150 Molybdenum 60 Copper + Nickel + Chrome 600 the rest being iron and residuals.
  • This steel was also cold rolled, annealed and subjected to skin pass operation with a 25% reduction rate, in conditions identical to the first series of blanks.
  • This steel was then subjected to the same rolling treatment, annealed. and skin pass than the other two.

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Description

La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, et un acier obtenu à partir de ce procédé.
La présente invention s'applique particulièrement à la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond du type boites embouties-réembouties ou boites embouties-repassées.
Les aciers pour emballage, en particulier les aciers pour emboutissage profond en rétreint doivent, pour permettre une bonne mise en oeuvre, présenter les caractéristiques suivantes :
  • le coefficient d'anisotropie normale moyen r encore appelé coefficient de Lankford moyen, doit être élevé afin d'assurer un écoulement correct du métal pendant l'emboutissage et éviter les plissements ;
  • le coefficient d'anisotropie planaire Δr doit être proche de 0 afin de limiter la formation des cornes pendant l'emboutissage ;
  • les caractéristiques mécaniques, en particulier la limite d'élasticité Re et la résistance à la traction Rm, doivent être élevées, afin d'assurer une bonne tenue mécanique des boítes avec des parois de très faible épaisseur.
Lors de la fabrication d'un emballage métallique, on emboutit un flan de tôle, généralement constitué en un métal qui a subi une opération de laminage, si bien que ce métal présente une anisotropie en ce qui concerne sa résistance à l'amincissement.
De ce fait, par exemple lorsque l'on réalise des récipients de section cylindrique par emboutissage de flans circulaires, il se crée, lors de l'emboutissage, des amincissements et des épaississements différents selon les directions sur le corps des objets emboutis et la collerette obtenue est irrégulière.
En effet, cette collerette présente un profil sinueux comportant des "cornes" et des "creux de corne".
Dans le cas d'un embouti sans collerette, cette irrégularité se situe au niveau de l'extrémité de la jupe périphérique et cette irrégularité crée un certain nombre d'obstacles lors d'opérations ultérieures.
Cette anisotropie du métal en ce qui concerne sa résistance à l'amincissement est également responsable de la formation de plis ou d'ondulations dans certaines zones pendant l'emboutissage.
Cette formation de plis ou d'ondulations est due à une différence de résistance au glissement du métal selon les zones sous le serre-flan qui entoure la matrice et le poinçon d'emboutissage.
Cette anisotropie du métal est traduite par deux coefficients, bien connus dans la technique de l'emboutissage, en particulier de l'emboutissage en rétreint, le coefficient de Lankford r et le coefficient d'anisotropie planaire Δr.
Le coefficient de Lankford r est représentatif de la résistance à l'amincissement du métal utilisé dans la direction dans laquelle il est déterminé.
La direction dans laquelle le coefficient de Lankford est le plus élevé correspond à la direction dans laquelle le métal s'écoule facilement et donc ne forme pas de plis pendant l'emboutissage et par conséquent à la position des cornes.
En revanche, la direction dans laquelle le coefficient de Lankford est le plus faible correspond à la direction dans laquelle le métal présente une grande résistance au glissement et donc forme des plis pendant l'emboutissage et par conséquent à la direction des creux de corne.
L'anisotropie globale d'un acier est déterminée par le coefficient d'anisotropie normale moyen r, encore appelé coefficient de Lankford moyen : r = r(0) + r(90) + 2r(45°) 4 où r(0), r(90) et r(45°) sont les valeurs des coefficients d'anisotropie normale r dans les directions longitudinale, transversale et oblique à 45° du flan de tôle.
Le coefficient d'anisotropie planaire Δr est défini de la manière suivante : Δr = r(0) + r(90) - 2r(45°) 2 dans laquelle r(0), r(90) et r(45°) sont les valeurs des coefficients d'anisotropie normale r dans les directions longitudinale, transversale et oblique à 45° du flan de tôle. Ce coefficient est exprimé en valeur absolue.
Ce coefficient d'anisotropie planaire Δr est représentatif de l'aptitude du flan de tôle à présenter des cornes et des creux de corne à l'emboutissage.
Ainsi, pour garantir les meilleures conditions d'emboutissage, c'est à dire un bon écoulement du métal dans toutes les directions et un niveau de cornes faible, il faut un coefficient de Lankford moyen r le plus élevé possible et un coefficient d'anisotropie planaire Δr proche de 0.
De plus, dans le domaine de l'emballage, on cherche à limiter l'épaisseur afin de limiter le poids et les procédés actuels d'emboutissage permettent de réaliser des boítes de très faible épaisseur à partir de flans d'épaisseur de l'ordre de 0,16 mm, ce qui impose des caractéristiques mécaniques élevées, en particulier la limite d'élasticité Re et la résistance à la traction Rm, afin d'assurer la bonne tenue mécanique d'une telle boíte.
Il est connu pour réaliser des emballages en acier, en particulier par emboutissage en rétreint, d'utiliser des aciers doux non dégazés sous vide.
De tels aciers ont une teneur en carbone de l'ordre de 200 à 800 ppm (partie par million) et présentent, après avoir subi une opération d'écrouissage par laminage, dite opération de skin pass, avec un taux de réduction skin pass de l'ordre de 25 %, des caractéristiques mécaniques relativement élevées (Rm de l'ordre de 620 MPa).
Mais ce type d'acier présente, toujours après opération de skin pass avec un taux de réduction de l'ordre de 25 %, un coefficient d'anisotropie planaire Δr élevé (Δr = 0,6 pour un acier doux dont la teneur en carbone est égale à 800 ppm et une épaisseur à chaud de l'ordre de 2 mm).
Il est également connu d'utiliser des aciers ultra bas carbone dégazés sous vide, à basse teneur en azote.
Ce type d'acier, du fait de la très faible teneur en carbone, permet de diminuer le coefficient d'anisotropie planaire. Pour un acier doux bas carbone dégazé sous vide dont la teneur en carbone est de l'ordre de 50 ppm, le coefficient d'anisotropie planaire Δr après l'opération de skin pass avec un taux de réduction de l'ordre de 25 % est de l'ordre de 0,15 à 0,20.
Mais ce type d'acier présente des caractéristiques mécaniques dégradées par rapport à celle des acier doux non dégazés sous vide (Rm de l'ordre de 530 MPa après opération de skin pass avec un taux de réduction de l'ordre de 25 %).
Pour réobtenir les caractéristiques mécaniques obtenues avec un acier doux non dégazé sous vide, il est alors nécessaire d'effectuer l'opération de skin pass avec un taux de réduction plus élevé, de l'ordre de 35 %.
Or, le relaminage au skin pass a pour effet de dégrader certaines propriétés telles que par exemple l'allongement pourcent après rupture et le coefficient d'anisotropie planaire Δr.
En effet, le coefficient d'anisotropie planaire Δr d'un acier ultra bas carbone dégazé sous vide à basse teneur en azote (teneur en carbone inférieure à 40 ppm et teneur en azote inférieure à 40 ppm) passe de 0,16 pour un taux de réduction au skin pass de l'ordre de 25 % à 0,28 pour un taux de réduction au skin pass de l'ordre de 35 %.
La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'un acier pour emballage permettant à taux de réduction au skin pass identique, d'obtenir des caractéristiques mécaniques sensiblement égales à celles d'un acier doux non dégazé sous vide et des propriétés d'emboutissage sensiblement identiques à celles d'un acier ultra-bas carbone dégazé sous vide à faible teneur en azote.
La présente invention concerne plus particulièrement un procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, dans lequel on élabore un acier à basse teneur en carbone par dégazage sous vide dans une enceinte de décarburation, caractérisé en ce que la composition de l'acier dégazé sous vide, avant insufflation de l'azote est la suivante en ppm :
Carbone ≤ 80
Manganèse de 1000 à 3000
Aluminium ≤ 400
Azote ≤ 40
Phosphore ≤ 150
Soufre ≤ 150
Silicium ≤ 200
Molybdène ≤ 80
Cuivre + Nickel + Chrome ≤ 800
le reste étant du fer et des résiduels, et en ce que, après dégazage sous vide, on souffle de l'azote dans le bain d'acier pour ajouter audit acier de 80 à 140 ppm d'azote.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
  • l'acier est dégazé sous vide pour atteindre une teneur en carbone inférieure ou égale à 80 ppm, de préférence inférieure à 40 ppm ;
  • l'acier est un acier extra doux calmé à l'aluminium sans titane ni niobium.
La présente invention concerne également un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage élaboré par le procédé ci dessus qui, après son élaboration, est laminé à chaud et/ou laminé à froid, subit un recuit en continu ou sur base, et subit un écrouissage par laminage léger, de manière à présenter un coefficient d'anisotropie planaire Δr < 0,20.
La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un acier tel que décrit ci-dessus pour la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond du type boites embouties-réembouties ou boites embouties-repassées.
Les caractéristiques et avantages apparaítront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence à la figure annexée représentant dans un repère (Rm, Δr) la position d'un acier doux non dégazé, d'un acier ultra bas carbone dégazé sous vide à basse teneur en azote et de l'acier de l'invention.
La présente invention concerne un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, particulièrement utile pour la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond, en particulier par emboutissage en rétreint, du type boites embouties-réembouties ou boites embouties-repassées.
Cet acier est un acier à basse teneur en carbone élaboré de manière connue, au convertisseur d'aciérie, puis dégazé sous vide dans une enceinte de décarburation.
La caractéristique importante de cet acier réside dans le fait que, après dégazage sous vide, on souffle de l'azote dans le bain d'acier pour ajouter audit acier de 80 à 140 ppm (partie par million) d'azote.
L'intérêt de l'ajout de l'azote à l'aciérie, après dégazage sous vide, est de durcir l'acier par effet de solution solide.
La teneur en azote rajoutée doit être supérieure à 80 ppm, car une teneur inférieure ne serait pas suffisamment efficace et on n'augmenterait pas de manière suffisamment significative les caractéristiques mécaniques de l'acier.
La teneur en azote rajoutée doit également être inférieure à 140 ppm, car si on ajoute plus de 140 ppm d'azote, l'acier devient trop effervescent et très difficile voire quasiment impossible à couler.
De manière préférentielle, l'acier subit un dégazage sous vide jusqu'à atteindre une teneur en carbone inférieure ou égale à 80 ppm, de préférence à 40 ppm, et l'acier est un acier extra doux calmé à l'aluminium, sans titane ni niobium.
L'acier après son élaboration selon le procédé décrit ci-dessus est ensuite coulé, laminé à chaud et/ou laminé à froid, il subit un recuit continu ou un recuit sur base, et il subit un écrouissage par laminage léger dans un train finisseur. encore appelé opération de skin pass.
La Demanderesse a constaté que l'ajout d'azote après dégazage sous vide ne dégrade pas les propriétés d'emboutissage de l'acier, et en particulier n'influe pas sur le coefficient d'anisotropie planaire Δr.
Plusieurs essais ont été réalisés permettant de montrer l'intérêt de l'ajout d'azote après dégazage sous vide de l'acier.
Une première série de flans a été réalisée en acier doux de type standard à 800 ppm de carbone, laminé à froid, recuit et ayant subi une opération de skin pass avec un taux de réduction de 25 %.
Une seconde série de flans a été réalisée en acier doux à très bas carbone calmé à l'aluminium, sans titane ni niobium dont la composition est la suivante en ppm :
Carbone 50
Manganèse 2000
Aluminium 300
Azote 30
Phosphore 120
Soufre 130
Silicium 150
Molybdène 60
Cuivre + Nickel + Chrome 600
le reste étant du fer et des résiduels.
Cet acier a également été laminé à froid, recuit et a subi une opération de skin pass avec un taux de réduction de 25 %, dans des conditions identiques à la première série de flans.
Enfin une troisième série de flans a été réalisée avec l'acier de l'invention, c'est à dire en élaborant au convertisseur un acier identique à celui de la seconde série de flans et en soufflant, après dégazage sous vide, 90 ppm d'azote.
Cet acier a ensuite subi le même traitement de laminage, recuit et skin pass que les deux autres.
On a alors mesuré pour chaque série de flans la résistance à la traction Rm ainsi que le coefficient d'anisotropie planaire Δr.
Comme on peut le constater sur la figure, la première série de flans en acier doux standard présente une bonne résistance mécanique (Rm égal à 620 MPa), mais des qualités d'emboutissage médiocres (Δr = 0,6).
La seconde série de flans en acier bas carbone dégazé sous vide à basse teneur en azote présente une moins bonne résistance mécanique (Rm = 530 MPa) mais des qualités d'emboutissage meilleures (Δr = 0,15). Ce type d'acier ne présente pas une résistance mécanique suffisante pour l'utilisation en emboutissage à très fort rétreint de très faible épaisseur.
Enfin, la troisième série de flans en acier selon l'invention présente des caractéristiques mécaniques équivalentes à celles de la première série de flans (Rm = 620 MPa) et des qualités d'emboutissage encore meilleures que celles de la seconde série de flans (Δr = 0,13).
Ainsi, on peut constater que non seulement l'ajout d'azote après dégazage de l'acier ne dégrade pas les caractéristiques d'emboutissage de l'acier, mais les améliore légèrement.
Il est donc possible, en adaptant le taux de réduction au skin pass, d'obtenir un flan ayant des caractéristiques plus élevées (Rm de l'ordre de 700 MPa) et avec de bonnes qualités d'emboutissage (Δr < 0,20), ce qui va permettre de faciliter la diminution des épaisseurs des produits pour emboutissage profond.

Claims (4)

  1. Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, dans lequel on élabore un acier à basse teneur en carbone par dégazage sous vide dans une enceinte de décarburation, caractérisé en ce que la composition de l'acier dégazé sous vide, avant insufflation de l'azote est la suivante en ppm : Carbone ≤ 80, de préférence ≤ 40 Manganèse de 1000 à 3000 Aluminium ≤ 400 Azote ≤ 40 Phosphore ≤ 150 Soufre ≤ 150 Silicium ≤ 200 Molybdène ≤ 80 Cuivre + Nickel + Chrome ≤ 800
    le reste étant du fer et des résiduels,
    et en ce que, après dégazage sous vide, on souffle de l'azote dans le bain d'acier pour ajouter audit acier de 80 à 140 ppm d'azote.
  2. Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier est un acier extra doux calmé à l'aluminium sans titane ni niobium.
  3. Acier pour emballage apte à un emboutissage profond et peu sensible à la formation de cornes pendant l'emboutissage, élaboré par le procédé selon les revendications précédentes, et qui, après son élaboration, est laminé à chaud et/ou laminé à froid, subit un recuit en continu ou sur base, et subit un écrouissage par laminage léger de manière à présenter un coefficient d'anisotropie planaire Δr<0,20.
  4. Utilisation d'un acier selon la revendication 3 pour la réalisation de produits très minces obtenus par emboutissage profond du type boites embouties-réembouties ou boites embouties-repassées.
EP95401091A 1994-08-29 1995-05-11 Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et acier obtenu par ce procédé Revoked EP0699769B1 (fr)

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FR9410361 1994-08-29

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EP95401091A Revoked EP0699769B1 (fr) 1994-08-29 1995-05-11 Procédé d'élaboration d'un acier pour emballage apte à un emboutissage profond et acier obtenu par ce procédé

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