Domaine de l'invention
[0001] L'invention concerne un procédé de fabrication de bandes très minces d'épaisseur
inférieure ou égale à 12 µm, en alliage du type aluminium - fer. De telles bandes
sont utilisées notamment pour la fabrication de complexes multicouches comportant
une couche de papier ou de carton, une couche d'alliage d'aluminium et une couche
de polymère, utilisables pour la confection d'emballages alimentaires aseptiques,
flexibles ou rigides de type briques.
Etat de la technique
[0002] Les propriétés d'usage recherchées pour les bandes très minces en alliage d'aluminium
sont une bonne résistance mécanique, un allongement suffisant, un très faible nombre
de trous par unité de surface et une bonne résistance au déchirement et au pliage.
L'absence de trous est liée essentiellement à la taille de grain, qui doit, en toute
hypothèse, être inférieure à l'épaisseur finale.
[0003] Par ailleurs, sur le plan de la fabrication industrielle du produit, il est important
que l'alliage choisi puisse se couler et se laminer facilement, qu'il ne soit pas
trop coûteux à élaborer, notamment qu'il n'exige pas une teneur en silicium trop basse,
et qu'enfin la gamme de transformation du produit ne soit pas trop compliquée, en
particulier qu'elle évite un trop grand nombre de traitements thermiques.
[0004] Les alliages utilisés habituellement pour cette application sont des alliages du
type 1100 ou 1200 contenant moins de 1% en poids pour la somme des teneurs en silicium
et en fer. Il est connu également d'utiliser, pour améliorer la résistance mécanique,
des alliages à plus haut fer et addition de manganèse, tels que les alliages 8006
et 8015, enregistrés à l'Aluminum Association respectivement en 1978 et 1988. La composition
enregistrée du 8006 est (% en poids) :
Si < 0,4 Fe : 1,2 - 2 Cu < 0,30 Mn : 0,3 - 1 Mg < 0,10 Zn < 0,10
[0005] La composition enregistrée du 8015 est :
Si < 0,30 Fe : 0,8 - 1,4 Cu < 0,10 Mn : 0,10 - 0,40 Mg < 0,10 Zn < 0,10
[0006] Un inconvénient important des alliages à haut fer est la difficulté de recycler les
chutes de fabrication pour d'autres applications ; en effet, la fabrication de bandes
très minces est une opération délicate qui conduit à une mise au mille importante
en générant beaucoup de rebuts. Un moyen d'éviter cet inconvénient est d'utiliser,
pour la production des ébauches, une machine de coulée continue, par exemple une coulée
continue entre cylindres, qui permet de recycler directement les chutes et rebuts
de fabrication dans le four d'alimentation de la machine. Cet avantage s'ajoute aux
avantages intrinsèques de la coulée continue, notamment le faible coût d'investissement.
[0007] Le brevet US 5,380,379, déposé en 1993 au nom d'Alcoa Aluminio Do Nordeste, décrit
une bande d'aluminium de composition (% en poids) :
Si < 0,2 Fe : 1,35 - 1,6 Cu :0,1 - 0,4 Mn : 0,3 - 0,6 B : 0,01 - 0,02
élaborée par coulée continue entre cylindres à une épaisseur comprise entre 4,8 et
10 mm, recuit à plus de 450°C et laminage à froid. Dans le cas où l'épaisseur finale
de la bande est inférieure à 9 µm, le brevet préconise un recuit intermédiaire supplémentaire.
[0008] Le brevet EP 0750685 (Alcan International), déposé en 1994, concerne une feuille
mince d'épaisseur comprise entre 5 et 40 µm, de composition (% en poids) :
Si < 0,4 Fe: 1,2 - 2,0 Mn : 0,2 - 1,0 Mg et/ou Cu: 0,1 - 0,5 Zn < 0,1
avec une taille moyenne de grain inférieure à 5 µm après recuit final. Le métal peut
être coulé par coulée semi-continue conventionnelle, ou par coulée continue entre
cylindres ou entre courroies.
[0009] La demande WO 98/45492 (Alcan International) décrit une feuille mince recyclable,
destinée notamment aux applications ménagères, de composition :
Si: 0,2 - 0,5 Fe: 0,4 - 0,8 Cu: 0,1 - 0,3 Mn : 0,05 - 0,3
contenant au moins 2% en poids de dispersoïdes et au moins 0,1% de cuivre et/ou de
manganèse en solution solide. L'alliage est coulé en continu et on procède à un recuit
intermédiaire au cours du laminage à froid.
Objet de l'invention
[0010] Le but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication de bandes en alliage
du type aluminium - fer d'épaisseur inférieure ou égale à 12 µm, et de préférence
inférieure à 9 µm, utilisant une coulée continue entre cylindres, et conduisant à
des bandes présentant à la fois une bonne résistance mécanique et une résistance élevée
au déchirement et au pliage, dans des conditions techniques et économiques compatibles
avec une production industrielle importante.
[0011] L'invention a pour objet un procédé de fabrication de bandes en alliage d'aluminium
d'épaisseur inférieure ou égale à 12 µm, et de préférence < 9 µm, comportant :
- l'élaboration d'un alliage de composition (% en poids) :
Si : 0,15 - 0,40 Fe : 1,10-1,70 Mg < 0,02 Mn : 0,30 - 0,50
autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium,
- la coulée continue entre cylindres d'une bande de cet alliage d'épaisseur comprise
entre 2 et 10 mm,
- l'homogénéisation de cette bande à une température comprise entre 450 et 620°C d'une
durée comprise entre 8 et 40 h,
- le laminage à froid de cette bande
- le recuit intermédiaire de la bande laminée à froid à une température comprise entre
200 et 400°C, et d'une durée comprise entre 8 et 15 h,
- le laminage à froid de la bande recuite jusqu'à l'épaisseur finale inférieure ou égale
à 12 µm,
- le recuit final de la bande à une température comprise entre 200 et 300°C, d'une durée
d'au moins 50 h.
Description de l'invention
[0012] Le procédé selon l'invention combine une composition particulière à l'intérieur de
la composition AA du 8006 et une gamme de fabrication, conduisant à des propriétés
d'emploi intéressantes pour la fabrication des complexes pour emballages alimentaires,
en évitant des contraintes pénalisantes sur le plan industriel.
[0013] La composition de l'alliage présente une teneur en silicium, comprise entre 0,15
et 0,40%, qui ne nécessite pas l'utilisation d'une base pure et n'a donc pas besoin
d'être particulièrement contrôlée, contrairement à l'enseignement du brevet US 5,380,379
qui préconise une teneur en silicium inférieure à 0,2% pour éviter la formation d'intermétalliques
AlFeSi et AlMnSi. La teneur en fer, comprise entre 1,1 et 1,7%, et de préférence <
1,4%, se situe dans la fourchette basse du 8006, et se situe dans celle du 8015. La
teneur en manganèse, comprise entre 0,3 et 0,5%, est, elle aussi, dans la fourchette
basse du 8006. Les teneurs en magnésium et en cuivre sont maintenues à des niveaux
bas.
[0014] L'alliage est coulé à l'aide d'une machine de coulée continue de bandes entre deux
cylindres refroidis, comme par exemple le Jumbo 3C ™ de la société Pechiney Rhenalu.
La coulée se fait à une épaisseur comprise entre 2 et 10 mm, à une vitesse de coulée
comprise entre 0,5 et 3 m/mn. Il est possible de recycler la totalité des chutes et
rebuts de fabrication dans le four d'alimentation de la machine. La bande coulée est
ensuite homogénéisée à une température comprise entre 450 et 620°C pendant une durée
comprise entre 8 et 40 h, puis refroidie lentement.
[0015] On procède ensuite à un laminage à froid d'ébauchage jusqu'à une épaisseur comprise
entre 0,8 et 0,3 mm, puis à un recuit intermédiaire à une température comprise entre
200 et 400¨C, de manière à obtenir une structure fine, et de préference entre 302°C
et 370°C pour obtenir une structure recristallisée, avec une taille de grain ne dépassant
pas 30 µm, et de préférence 15 µm. La bande est ensuite laminée à froid jusqu'à l'épaisseur
finale selon la technique habituelle, puis soumise à un recuit final de dégraissage
à une température comprise entre 200 et 300°C, pendant une durée d'au moins 50 h.,
dépendant notamment de la largeur de la bande.
[0016] Les bandes selon l'invention présentent une résistance à la rupture supérieure à
100 MPa, une limite élastique supérieure à 80 MPa, un allongement à la rupture supérieur
à 3% et une porosité selon la norme EN 546-4 inférieure à 10 trous par dm
2. Elles présentent également une résistance au déchirement et au pliage améliorées
par rapport aux bandes issues de coulée classique.
[0017] On peut noter qu'on obtient une bande de moins de 12 µm avec des propriétés d'emploi
tout à fait satisfaisantes en n'ayant qu'un seul recuit intermédiaire, alors que,
pour la même gamme d'épaisseur, le brevet US 5,380,379 préconise un premier recuit
intermédiaire entre 200 et 250°C, à une épaisseur comprise entre 0,31 et 0,38 mm,
puis un second recuit intermédiaire entre 200 et 300°C, à une épaisseur comprise entre
20 et 45 µm.
[0018] Ces performances sont obtenues grâce à un contrôle précis de la recristallisation
au moyen de la taille, de la morphologie et de la distribution des particules intermétalliques.
Une distribution homogène de particules de taille suffisamment importante et une désaturation
maximale de la solution solide de manganèse conduisent à une recristallisation à grains
fins et homogènes, qui contribue aux bonnes propriétés mécaniques, notamment la résistance
au déchirement et au pliage, ainsi qu'à la faible porosité du produit.
[0019] Les bandes obtenues par le procédé selon l'invention conviennent particulièrement
à la fabrication de complexes multicouches, par exemple les complexes papier ou carton
- aluminium - polymère destinés à la confection d'emballages alimentaires aseptiques
du type briques. Elles peuvent également être utilisées nues, laquées ou vernies pour
divers types d'emballages.
Exemples
Exemple 1
[0020] On a préparé un alliage de composition : Si = 0,23% Fe = 1,26% Cu = 0,017% Mn = 0,37%
Mg = 0,0032% Ti = 0,008%
[0021] L'alliage a été coulé en largeur 1500 mm, à l'épaisseur 8 mm et à une vitesse de
0,96 m/mn sur une machine de coulée entre deux cylindres refroidis de marque Jumbo
3C ™ de la société Pechiney Rhenalu. La bande coulée a été homogénéisée pendant 12
h à une température de 600°C. La bande a été ensuite laminée à froid jusqu'à l'épaisseur
de 0,5 mm, puis soumise à un recuit intermédiaire en bobine de 12 h à 350°C, pour
que le métal recristallise à grains fins. Elle a été ensuite relaminée jusqu'à l'épaisseur
finale de 6,60 µm, puis soumise à un recuit final de dégraissage -pendant environ
80 h à 280°C.
[0022] On a mesuré la résistance à la rupture R
m, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement R
0,2 (en MPa) et l'allongement à la rupture A (en %), en les comparant aux propriétés
de bandes de même épaisseur en alliage 1200 coulé en coulée semi-continue traditionnelle.
Les résultats sont indiqués au tableau 1.
Tableau 1
|
Invention |
1200 |
Rm (Mpa) |
103 |
73 |
R0,2 (Mpa) |
86 |
50 |
A (%) |
3,2 |
2,7 |
[0023] On a mesuré également la porosité de la bande par le nombre de trous au dm
2 selon la norme EN 546-4. Cette porosité est de 6 trous au dm
2, à comparer à une valeur moyenne de 13 trous au dm
2 pour l'alliage 1200 en coulée classique.
Exemple 2
[0024] On a procédé à des essais de résistance au déchirement pour des feuilles découpées
dans des bandes en alliage 1200 issues de coulée classique et d'épaisseur 6,3, 6,6
et 9 µm, et dans des bandes selon l'invention de mêmes épaisseurs. Les essais ont
été réalisés par la méthode Elmendorf selon la norme EN 21974 (ISO 1974). L'essai
consiste à déterminer la force nécessaire pour propager un déchirement sur une éprouvette.
Un premier test sans fente prédéfinie donne un indicateur de la résistance à l'amorçage
et à la propagation d'une fissure, et un deuxième avec fente prédéfinie permet de
quantifier la résistance à la propagation seule. La force choisie dans la liste du
paragraphe 1 de l'annexe A de la norme est de 4 N pour le déchirement amorcé, et de
32 N pour le déchirement non amorcé. Chaque éprouvette est constituée d'un sandwich
de 8 feuilles, dont la direction de laminage coïncide avec la direction de propagation
de fissure . Les résultats (moyenne de plusieurs essais) relatifs à la force moyenne
nécessaire au déchirement F1 (avec amorçage de fissure) et F2 (sans amorçage de fissure)
sont rassemblés au tableau 2.
Tableau 2
Alliage |
Epaisseur (µm) |
F1 (mN) |
F2 (mN) |
1200 |
6,3 |
52 |
236 |
1200 |
6,6 |
53 |
224 |
1200 |
9 |
45 |
280 |
Invention |
6,3 |
78 |
435 |
Invention |
6,6 |
56 |
440 |
Invention |
9 |
94 |
560 |
[0025] On constate que les feuilles selon l'invention présentent une résistance au déchirement
plus élevée que celles élaborées par coulée classique.
Exemple 3
[0026] On a procédé à des mesures de résistance au pliage selon la norme ISO 5626, en utilisant
l'appareil de Lhomargy. La sollicitation de pliage est réalisée par un mouvement de
va-et-vient d'une fente située entre 4 cylindres qui contrôlent l'angle de pliage.
Le dispositif d'attache de la bande et l'effort de tension ont été légèrement modifié
pour tenir compte de la différence entre l'aluminium et le papier. La distance entre
les mors a été allongée à 35 mm (au lieu de 28,5 mm) et le système de contrepoids
ajusté pour donner des tensions de 0,4 N, 1,7 N et 3 N (au lieu de 9,81 N et 8 N).
Les échantillons utilisés ont pour dimensions 170 mm x 15 mm (au lieu de 100 x 15
mm), la direction de laminage étant alignée avec la lame de pliage, c'est-à-dire perpendiculaire
à la direction de l'effort de tension. Les essais ont été réalisés sur des bandes
en alliage 1200 d'épaisseur 6,6 et 9 µm, issues de coulée classique, et des bandes
selon l'invention de mêmes épaisseurs.
[0027] On a mesuré le nombre de cycles à rupture C pour différents types de sollicitations
(tension et contrainte). Les résultats (moyenne de plusieurs essais) sont indiqués
au tableau 3.
Tableau 3
Alliage / ép. |
Tension (N) |
Contrainte (MPa) |
C |
1200 6,6 µm |
0,4 |
4 |
170 |
|
1,7 |
17 |
45 |
|
3 |
30 |
26 |
|
8 |
80 |
5 |
Invention 6,6 µm |
0,4 |
4 |
184 |
|
1,7 |
17 |
50 |
|
3 |
30 |
29 |
|
8 |
80 |
8 |
1200 9 µm |
0,4 |
3 |
209 |
|
1,7 |
13 |
47 |
|
3 |
22 |
27 |
Invention 9 µm |
0,4 |
3 |
184 |
|
1,7 |
13 |
45 |
|
3 |
22 |
33 |
[0028] On constate que les bandes selon l'invention, bien que plus résistantes mécaniquement,
présentent une résistance au pliage plutôt meilleure que l'alliage 1200 en coulée
classique pour l'épaisseur 6,6 µm, et à peu près équivalente pour l'épaisseur 9 µm.
1. Procédé de fabrication de bandes en alliage d'aluminium d'épaisseur inférieure ou
égale à 12 µm, comportant :
- l'élaboration d'un alliage de composition (% en poids) :
Si : 0,15 - 0,40 Fe : 1,10 - 1,70 Mg <0,02 Mn: 0,30 - 0,50
autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium,
- la coulée continue entre cylindres d'une bande de cet alliage d'épaisseur comprise
entre 2 et 10 mm,
- l'homogénéisation de cette bande à une température comprise entre 450 et 620°C d'une
durée comprise entre 8 et 40 h,
- le laminage à froid de cette bande,
- le recuit intermédiaire de la bande laminée à froid à une température comprise entre
200 et 400°C, et d'une durée comprise entre 8 et 15 h,
- le laminage à froid de la bande recuite jusqu'à l'épaisseur finale inférieure ou
égale à 12 µm,
- le recuit final de la bande à une température comprise entre 200 et 300°C, d'une
durée d'au moins 50 h.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la bande est inférieure à 9 µm.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en fer de l'alliage est inférieure à 1,40%.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le recuit intermédiaire est unique, c'est-à-dire qu'il n'y en a pas d'autre entre
deux étapes de laminage à froid.
5. Bande en alliage d'aluminium d'épaisseur inférieure ou égale à 12 µm, fabriquée par
un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'elle présente une résistance à la rupture Rm > 100 MPa, une limite élastique R0,2 > 80 Mpa, un allongement à la rupture A > 3% et une porosité selon la norme EN 546-4
< 10 trous/dm2.
6. Utilisation de bandes selon la revendication 5 pour la fabrication d'emballages alimentaires
aseptiques de type briques.
1. Verfahren zur Herstellung von Bändern aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke
von weniger als oder gleich 12 µm, umfassend:
- Bereitstellen einer Legierung der Zusammensetzung (in Gew.-%):
Si: 0,15 bis 0,40 Fe: 1,10 bis 1,70 Mg: <0,02 Mn: 0,30 bis 0,50
weitere Elemente: <0,05 jeweils und <0,15 insgesamt, Rest: Aluminium,
- zwischen Zylindern durchgeführtes kontinuierliches Gießen eines Bandes aus dieser
Legierung mit einer Dicke von 2 bis 10 mm,
- Homogenisieren dieses Bandes bei einer Temperatur von 450 bis 620°C über eine Dauer
von 8 bis 40 h,
- Laminieren dieses Bandes in der Kälte,
- Zwischenglühen des in der Kälte laminierten Bandes bei einer Temperatur von 200
bis 400°C über eine Dauer von 8 bis 15 h,
- Laminieren des zwischengeglühten Bandes bis zu einer Enddicke von weniger als oder
gleich 12 µm,
- Endglühen des Bandes bei einer Temperatur von 200 bis 300°C über eine Dauer von
mindestens 50 h.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Bandes weniger als 9 µm beträgt.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisen-Gehalt der Legierung weniger als 1,40 % beträgt.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglühen nur 1 Mal vorgesehen ist, d.h., dass kein weiteres Zwischenglühen
zwischen den beiden in der Kälte durchgeführten Laminierstufen durchgeführt wird.
5. Legierungsband aus Aluminium mit einer Dicke von weniger als oder gleich 12 µm, hergestellt
mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bruchbeständigkeit Rm > 100 MPa, eine Elastizitätsgrenze R0,2 > 80 MPa, eine Bruchdehnung A > 3 % und eine Porosität gemäß der Norm EN 546-4: <
10 Löcher/dm2 aufweist.
6. Verwendung des Bandes gemäß Anspruch 5 zur Herstellung von Nahrungsmittelverpackungen
vom Ziegel-Typ.
1. Process for producing strips of aluminium alloy with a thickness less than or equal
to 12 µm, comprising :
- preparing an alloy with a composition (% by weight) of :
Si: 0.15-0.40 Fe: 1.10-1.70 Mg: <0.02 Mn: 0.30-0.50,
other elements < 0.05 each and < 0.15 in total, the remainder being aluminium,
- continuous casting between cylinders of a strip of this alloy with a thickness of
between 2 and 10 mm,
- homogenisation of this strip at a temperature between 450 and 620 °C for a period
of 8 to 40 h,
- cold-rolling this strip,
- intermediate annealing of this cold-rolled strip at a temperature between 200 and
400°C, for a period of between 8 and 15 h,
- cold-rolling the annealed strip to a final thickness less than or equal to 12 µm,
- final annealing of the strip at a temperature between 200 and 300°C, for a period
of at least 50 h.
2. Process according to claim 1, characterized in that the thickness of the strip is less than 9 µm.
3. Process according to claim 1 or 2, characterized in that the iron content of the alloy is less than 1.40%.
4. Process according to one of claims 1 to 3, characterized in that there is a single intermediate annealing step, that is to say there is not another
between the two cold-rolling steps.
5. Aluminium alloy strip with a thickness less than or equal to 12 µm, produced by a
process according to one of claims 1 to 4, characterized in that it has a breaking strength Rm > 100 MPa, an elastic limit R0.2 > 80 MPa, an elongation at break A > 3% and a porosity according to EN standard 546-4
< 10 holes/dm2.
6. Use of strips according to claim 5 for producing aseptic food packages of the brick
type.