Brevet FR2107855A1 — publié le 19720512

l'invention concerne un procédé de fabrication de produits laminés à trois couches, dont la couche médiane est d'une autre composition que les deux couches extérieures, en particulier pour la fabrication de tôles par laminage final de lingots composites 5 à trois couches qui sont fabriqués par coulée de métaux liquides en fusion dans un moule, procédé dans lequel, pour former les couches extérieures du lingot composite, on coule tout d'abord un corps creux ouvert à ses deux extrémités en métal d'une des deux compositions et on laisse solidifier, puis 1q ce corps creux formant moule pour la formation de la couche médiane du lingot composite est rempli par coulée d'un métal de l'autre composition. Dans l'industrie de transformation de l'acier, on a un besoin croissant de tôles doublées ou plaquées sur les deux 1 cj faces, tôles minces, moyennes et fortes et de" barres et de fils plaqués. On a principalement besoin de matériaux plaqués sur deux côtés pour des tôles minces et moyennes pourvues de revêtements inoxydables qui sont utilisées en particulier pour la fabrication dî pièces automobiles exposées au risque do 20 corrosion, tels que les dispositifs d'échappement , les plaques de fond, les cadres de porte, etc. Les appareils ménagers et de cuisine représentent un autre domaine d'uHLisation de tôles plaquées des deux côtés. Comme matériaux de revêtement de placage résistant à la corrosion, on utilise de l'acier au 25 chrome comprenant environ 17$ de chrome, ou bien de l'acier nickel chrome, comprenant environ 18fo de chrome et 9$> de nickel. Pour ces revêtements résistant à l'oxydation et/ou à la corrosion, l'épaisseur de la couche de chaque côté doit être selon l'utilisation , de 0,1 à 0,5 mm; il s'agit ■jq donc ici de revêtements très minces par rappcrl à l'épaisseur totale de la tôle, qui est par exemple pour des tôles automobiles comprise entre 0,7 et 1 mm, et où les couches de placage ont environ une épaisseur de 0,1 mm. Des tôles à plusieurs couches sont utilisées également pour ^ des appareils agricoles, tel que par exemple des tôles de soc de charrues . Ces tôles sont désignées comme tôles à trois couches et comprennent généralement deux couches extérieures dures, 71 33440 2 2107855 par exemple en acier St 70, et une couche médiane tenace et plus douce, par exemple en acier St 37; pour des applications spéciales, on peut également prévoir une couche médiane dure et des ccuches extérieures plus douces. 5 Les tôles plaquées sont le plus souvent fabriquées par placage au laminoir , où les matériaux à relier entre eux sont soudés par la pression de laminage à la température de laminage à chaud. Pour cela, les surfaces à souder des matériaux doivent avoir un brillant métallique et ne présenter en aucun cas 10 des couches oxydées, en particulier dejcouches d'oxyde de chrome. Pour la fabrication de deux tôles plaquées d'un seul côté, quatre tôles en forme de largets sont placées de la façon habituelle l'une sur l'autre et reliées en un paquet à plaquer séparable après le laminage, où les deux tôles 15 extérieures sont en matériau de base et les deux tôles intérieures qui sont à relier avec les deux tôles extérieures sont en matériau de placage. Ainsi, les bords des tôles en matériau de base dépassent des bords des deux tôles médianes et sont reliées ensemble par une soudure de listeaux d'acier; les bords du 20 paquet sont ensuite fermés de façon étanche par un cordon de soudure. L'air enfermé à l'intérieur du paquet conduit par chauffage du paquet à la température de soudure par laminage à une formation d'une couche d'oxyde au moins locale, qui rend impossible une soudure. Pour empêcher cette formation d'oxyde, 25 le paquet doit être balayé par un gaz inerte ou réducteur pendant le chauffage dans le four, ou bien on peut également remplir le paquet lui-même de gaz inerte avant le chauffage. Un autre procédé qui est décrit dans le Brevet Autrichien N° 245 895, prévoit l'utilisation d'un dispositif qui permet 50 l'évacuation de l'air du paquet de placage soudé de façon étanche avant le chauffage et le laminage. Même si ce procédé permet d'éviter de mettre au rebut des pièces du fait de tôles plaquées présentant une oxydation, et qu'ainsi on obtient ion très.haut rendement, la fabrication de tôles plaquées par 55 le procédé de placage paVsoudure au laminoir qui est également applicable dans une forme modifiée à des tôles plaquées des deux côtés, reste toutefois extrêmement coûteuse et compliquée COPV 71 33440 3 2107855 si bien qu'une utilisation étendue de tôles plaquées pour des articles de série n'a pas encore été possible jusqu'à présent. Des tôles plaquées peuvent également être fabriquées 5 par laminage final d'un"lingot d'acier coulé composite. Dans le Brevet Autrichien N° 249 894 on a décrit ur_ procédé de fabrication de tels lingots d'acier coulés composites à plusieurs couches, qui peuvent être utilisés en particulier pour la fabrication des tôles à trois couches pour les socs de charrues. Dans ce 10 procédé, on utilise une coquille ou lingotière d'une construction usuelle, légèrement conique et placée sur une plaque d'attelage, dans le milieu de laquelle on place une paroi de séparation de façon à former deux cavités de coquille. Tout d'abord les deux cs.vités de coquille sont remplies par coulée avec de l'acier.- Quelques 15 minutes plus tard, on détache et on retire la paroi de séparation et la cavité ainsi libérée est remplie avec de l'acier liquide d'une autre qualité qui se soude avec l'acier précédemment coulé. Le lingot coulé composite ainsi obtenu, qui comprend trois couches d'épaisseur sensiblement égale, 20 est ensuite passé au laminoir. Pour des raisons techniques de coulée, il n'est cependant pas possible de fabriquer selon ce procédé un lingot coulé composite dans lequel les couches extérieures sont très minces par rapport à l'épaisseur totale. Les coquilles utilisées et la plaque de séparation placée 25 à l'intérieur ont en général avant la coulée une température de moins de 100°C et ont une épaisseur de paroi considérable, si bien que leur absorption de chaleur est très grande et que la solidification du métal liquide se déroule très rapidement. Il n'est ainsi pas possible de fabriquer métallurgiquement 30 parfaitement un lingot coulé composite avec des couches qui font par exemple 1 mètre de large, 5 à 10 cm d'épaisseur et 2 à 5 mètres de hauteur; l'expérience a montré que l'épaisseur d'une couche du lingot coulé composite ainsi que l'épaisseur d'un lingot coulé de façon usuelle dans la coquille ne doivent pas descendre en dessous de 200 mm; en outre, pour des raisons qui sont liées à la formation de retassur^et de ségrégation pendant la solidification, la hauteur du lingot est limitée à COPV .1r~~ 71 33440 4 2107855 2 ou 2,5 mètres. Pour des raisons techniques de coulée, on ne peut donc fabriquer que des lingots coulés d'acier composite^fcelativement épais dont l'utilisation n'est pas rentable pour la fabrication de tôles minces et moyennes à recouvrement 5 extrêmement mince, car il faut entreprendre un laminage à chaud-à deux températures pour atteindre l'épaisseur voulue. Un autre désavantage est qu'il faut toujours changer l'épaisseur de la paroi de séparation placée dans la coquille dans le cas d'un modification du programme de fabrication de tôles pour 10 épaisseur totale et/ou une épaisseur de revêtement différente, ce qui est incommode, étant donné que de tels changements sont possibles uniquement à l'intérieur de certaines limites à cause des difficultés métallurgiques précitées. Il est également connu de fabriquer des lingots composites 15 de telle façon qu'on fait solidifier tout d'abord la couche superficielle d'un lingot coulé, puis on- apporte un matériau en fusion d'une autre composition chimique, en chassant le noyau liquide et en remplissant par coulée la couche de lingot solidifiée avec le métal de l'autre composition. 20 Dans ce procédé connu, on ne peut cependant en aucun cas éviter un mélange des deux métaux liquides en fusion, car il est pratiquement connu qu'il n'y a pas seulement un mélange mécanique, mais également, un mélange par diffusion des différents éléments dans les couches profondes de métal. 25 Pour la fabrication de lingots avec une couche extérieure de matériaux résistant à l'oxydation et/ou aux acides,qui comme on le sait doit avoir une teneur très basse en carbone,, l'utilisation de cette méthode connue de coulée entraînerait un enrichissement en carbone de l'acier se trouvant dans la:-poche 30 il n'est ensuite plus possible de couler à partir de cet acier contenant des impuretés un autre lingot dans lequel la couche superficielle consiste en un acier allierpauvre en carbone. Des inconvénients métallurgiques très,sérieux sont donc inhérents à ce procédé qui n'est pas non plus rentable 35 à cause du débit très faible. Par coulée en boudin ou extrusion, on peut réaliser des sections de coulée relativement petites; pour des brames, 71 33440 5 2107855 la largeur des boudins coulés est généralement de 800 à 2000mm, et l'épaisseur de 150 à 300 mm, si bien que le laminage à chaud de tels boudins peut être mis en oeuvre avec une fept seule température de laminage. Un autre avantage de l'extrusion 5 est son haut débit élevé. On connaît un procédé d'extrusion de tuyaux (Brevets Autrichien N° 253 153, 263 242 et 263 243, et "Bergiuad Huttenmânnische Monatshefte" (111) 1966, pages317 à 320), dans lequel l'épaisseur de paroi des tuyaux est variable dans une large mesure au moyen d'un 10 réglage et d'une adaptation correspondante des conditions principales de coulée de l'installation d'extrusion. Dans ce procédé de coulée de boudins creux, comme pour la coulée de boudins pleins, le matériau liquide en fusion est introduit à l'extrémité supérieure d'une coquille d'extrusion refroidie 15 par eau, et le boudin sortant de la coquille est conduit le long d'une voie incurvée tout d'abord descendante puis remontante jusqu'à une hauteur où la partie liquide du boudin ne peut plus continuer à monter, de telle sorte qu'en continuant la coulée et/ou l'extraction du boudin, le métal liquide à l'in-20 térieur atteint seulement la hauteur précitée et le boudin qui continue à monter est creux. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on utilise avantageusement une installation d'extrusion avec une coquille en arc de cercle, et le boudin est conduit le long d'un arc de cercle jusqu'à la hauteur du niveau de 25 coulée. Au contraire de l'extrusion usuelle de corps creux par utilisation d'une coquille comprenant un mandrin refroidi placé en son milieu, les corps creux fabriqués selon. le procédé précité ont une paroi d'une épaisseur parfaitement régulière. Cet avantage^explique par le fait que la plupart 30 des retassures ou des cavités se produisait pendant la solidification du matériau en fusion, ont lieu à l'endroit où les fronls de solidification se rencontrent. Il n'y a ici qu'un front de solidification qui se déplace de la surface du boudin vers l'intérieur et ensuite de l'endroit atteint par le matériau 1; 35 liquide dans le boudin tiré vers le haut, ce front de solidi fication formant la surface intérieure du boudin creux. Il est apparu dans des essais de coulée que la surface intérieure 71 33440 6 2107855 formée de cette manière d'un boudin creux est extrêmement lisse si bien qu'un tel boudin creux est un bon matériau de base pour la fabrication de tuyaux sans soudure. Pour la fabrication de boudins creux à parois particulièrement minces, il faut parfois, en relation avec une variation de la vitesse de coulée, refroidir par pulvérisation d'eau le boudin quittant la coquille uniquement sur un bref parcourt et pourvoir ledit boudin dans la partie restante du chemin incurvé parcouru par le boudin avec son noyau liquide,d'une Isolation de la chaleur, de telle sorte qu'on empêche un nouveau départ de chaleur. Par une coordination appropriée de la vitesse de coulée et du refroidissement du boudin,on peut faire varier l'épaisseur de paroi du boudin creux dans de larges limites. On peut également ainsi parfaitement fabriquer métallurgiquement des produits coulés à parois minces dont les parois ont une épaisseur appropriée. Le but de l'invention est donc un procédé simple et bon marché de fabrication de produits laminés à trois couches par laminage de lingots de coulée composites, pour lesquels on peut facilement faire varier l'épaisseur des différentes couches et en particulier l'épaisseur de la couche extérieure peut être maintenue relativement faible par rapport à l'épaisseur totale du lingot. L'invention consiste, pour un procédé de l'art antérieur précédemment décrit, en ce que le corps creux est fabriqué par extrusion d'une coulée de métal, en particulier à l'aide d'une coquille d'extrusion disposée sensiblement verticale, le matériau liquide étant amené à la partie supérieure de la coquille d'extrusion et le boudin sortant de la coquille étant conduit le long d'une voie incurvée tout d'abord descendante puis remontante jusqu'.à une hauteur où la partie liquide du boudin ne peut plus continuer à monter, de telle sorte qu'en continuant à couler et/ou à extraire le boudin, l'acier liquide à l'intérieur atteint uniquement la hauteur précitée et le boudin'qui continue à monter est creux., puis le boudin sans fin est partagé en segments de boudins creux ouverts à leursdeux extrémités. Dans le procédé selon l'invention, un mélange des deux 71 33440 7 2107855 matériaux liquides en fusion est exclus. De plus,le procédé selon l'invention permet d'utiliser une installation de coulée continue avec un débit maximal. Le réglage de l'épaisseur des parois est également très facile. 5 Le corps creux d'acier est avantageusement rempli par coulée quand il est chauffé au rouge, de préférence directement après solidification, sa température moyenne étant alors de plus de 700°C et sa température intérieure étant comprise entre 900 et 1200°C. 10 • De préférence, avant le remplissage par coulée d'en haut ou coulée d'en bas, le corps creux est placé sur une plaque de fond et/ou une plaque d'atfeLage où il est appuyé au moins à deux surfaces latérales se trouvant en face l'une de l'autre. Selon la température du corps creux ei^Le rapport 15 de l'épaisseur de ses parois à l'épaisseur du lingot composite, la surface extérieure du lingot composite peut être refroidie à la fin du remplissage par coulée. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront 20 au cours de la description explicative qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation de l'invention. EXEMPLE 1 : On utilise une installation d'extrusion de brames en arc de cercle avec un guidage des boudins, comprenant une 25 première partie en forme d'un demi-cercle et une deuxième partie rattachée à la première, droite, verticale et s'étendant vers le haut au-dessus du niveau de coulée de l'acier dans la coquille . Sur cette installation, on coule un boudin creux d'une section extérieure de 1200 mm x 300 mm et d'une épaisseur 30 de paroi d'environ 60 mm.La vitesse de coulée e"t le refroidissement du boudin sont contrôlés de telle façon que le diamètre du noyau liquide du boudin est d'environ 180 mm à la fin du guidage en forme de demi-cercle. Le boudin creux est coulé en acier comprenait 0,22$C, 0,40 fo Si, 0,50 $ Mn, 17,00 i<> Cr, 35 et 2,00 *<> Ni,la température mesurée dans le distributeur au dessus de la coquille d'extrusion étant de 1530°C et la vitesse de coulée étant de 2,5 mètres par minute. 71 33440 8 2107855 A l'endroit de la partie de guidage verticale s'étendant vers le haut au-dessus du niveau de coulée, on découpe le "boudin creux en plusieurs segments de boudins faisant chacun 4000 mm de long, au moyen de deux appareils de déccupe à 5 poudre qui sont déplacés en synchronisme avec ledit boudin creux Chacun de ces segments de boudin est posé directement ensuite sur une plaque de fond se trouvant à côté de l'installation d'extrusion, et les surfaces de" recouvrement sont fermées de façon^étanche par des bandes ou des tresses 10 d'amiante de la façon habituelle , de telle sorte que les segments de boudin creux peuvent finalement être remplis par coulée d'en haut. Pour cela, on utilise un acier non calmé pour emboutissage profond comprenant 0,07$ C et 0,50$ Mn, dont la température" mesurée dans la poche de coulée 15- est de 1550°C. La température du segment de boudin creux au début de la coulée est d'environ 1100°C à l'intérieure et de 900°C à l'extérieur. Cela permet une soudure parfaite de l'acier mou pour emboutissage profond avec l'acier au chrome nickel du corps creux. Pour éviter que la pression ferrosta-20 tique apparaissant au moment de la coulée crée un renflement des segments de boudin creux, on fixe sur la plaque de fond un dispositif d'appui entourant les parois du corps creux; ce dispositif d'appui peut comprendre par exemple un corps de coulée fermé ou bien, une armature ou corset à rouleaux, 25 et est en particulier nécessaire pour soutenir les côtés larges du corps creux. Ce dispositif d'appui peut également être refroidi à l'eau, pour obtenir une solidification rapide du lingot coulé d'acier composite. Le lingot coulé d'acier composite solidifié de 1200 mm de 30 large, de 300 mm d'épaisseur et 4000 mm de hauteur est, après un examen aux ultrasons pour détecter les défauts internes meulé au moyen d'une machine à meuler les brames, et on retire ainsi une couche tout autour d'environ 5 à 10 mm d'épaisseur. On produit ensuite un- réchauffement du lingot dans un four -35 poussant à 1180°C et on fait le laminage final dans une cage dégrossisseuse et dans un laminoir à chaud à bandes larges à six cages; dans la cage dégrossisseuse, on fait sept passes 71 33440 9 2107855 pour fabriquer une bande primaire de 25 mrr d'épaisseur; à la sortie du laminoir à chaud à bandes larges, l'épaisseur du feuillard laminé à chaud est de 3 mm, et la température de sortie est de 880°C. Le feuillard laminé à chaud est divisé 5 en plaques de tôle par une cisaille volante, qui sont empilées à une température 15 EXEMPLE 2: Sur la même installation d'extrusion de brames en arc de cercle, après un changement de la-coquille d'extrusion, on coule un boudin creux d'une section extérieure de 1600mm x 250 mm et d'une épaisseur de paroi d'environ 60 mm. le boudin creux est 20 coulé en acier comprenant 0,06$ C, 0,40$ Si, 1,30$Mn, 18,00$ Cr et 9>00$ Ni, la température mesurée dans le distributeur au - dessus de la coquille d'extrusion étant de 1490 °C et la vitesse de coulée de 2,5 mètres par minute . A partir du boudin creux on découpe plusieurs segments de boudins 25 faisant chacun 4000 mm de long qui sont placés directement ensuite sur une plaque de fond, où leur température intérieure est de 1000°C et leur température extérieure de 800°C; ils sont ensuite remplis aussitôt par coulée d'un acier calmé comprenant 0,10$ C, 0,30$ Si, 0,40$ Mn, et 0,0$Al, dont la 30 température mesurée dans la poche de coulée est de 1570°C. Pour diminuer au maximum les retassures, l'acier est couvert directement à la fin de la coulée d'une poudre à retassure exothermique. Le lingot coulé composite refroidi de 1600 mm de large, 35 de 250 mm d'épaisseur et de 4000 mm de hauteur est finalement traité de la même façon que dans l'exemple 1: après un examen" aux ultra-sons, un dépouillage de la surface et un réchauffage 71 33440 10 2107855 dans un four poussant à 1220°C, le lingot coulé d'acier composite est laminé dans une cage dégrossisseuse par sept passes en une "bande primaire de 25 mm d'épaisseur, qui quitte le laminoir à chaud à bandes larges à une température de sortie 5 de 900°G et une épaisseur de 4 mm. Le feuillard laminé à chaud est bobiné à une température de 550 à 600°C, et finalement décapé dans une installation de décapage pour aciers afinés. Puis on. effectue un meulage des défauts locaux. Le feuillard découpé et meulé est laminé à froid, 10 recuit finalement à 950°C en présence d'un gaz protecteur, puis aplani , dressé et découpé en plaques d'un format final de 1500x2000x1 mm. L'épaisseur des couches de placage est alors sur chaque côté de 0,166 mm; dans le cas d'une épaisseur initiale de 60 mm et d'une dépouille de 10 mm sur chaque côté 15 du lingot coulé d'acier composite, cela correspond à un amincissement de 300 des couches de placage. Il est évident que le procédé selon linvention* peut également être utilisé pour la fabrication des lingots coulés d'acier composite à trois couches pour les tôles 20 à trois couches des socs de charrues, dans lesquelles, comme on l'a dit au début, le rapport des épaisseur des couches est d'environ 1:1:1 . Dans ces cas, il faut changer uniquement les conditions de coulée et de refroidissement dans l'installation d'extrusion, de telle sorte que des boudins creux à plus grande 25 épaisseur de parois puissent être fabriqués. De plus, on peut fabriquer par extrusion également des billettes creuses qui, coulées d'une façon semblable, servent de produit de base pour de l'acier en barresou en fila Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux 30 modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits,ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées sëbn l'esprit de.1'invention. 71 33440 2107855 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de produits laminés à trois couches, dont la couche médiane est d'une autre composition que les deux couches extérieures, pour la fabrication en particulier de tôles par laminage final de lingots composites à trois couches qui sont 5 fabriqués par coulée d'un métal liquide en fusion dans un moule, en coulant tout d'abord, pour la formation des couches extérieures du lingot composite, un corps creux ouvert à ses deux extrémités en métal d'une des compositions, et qu'on laisse solidifier, puis en remplissant par coulée ce corps 10 creux formant moule d'un métal de l'autre composition pour former la couche médiane du lingot composite, ledit procédé étant caractérisé en ce que le corps creux est fabriqué par extrusion d'une coulée d'acier, en particulier au moyen d'une coquille d'extrusion disposée sensiblement verticalement, la coulée 15 liquide étant amenée à l'extrémité supérieure de la coquille d'extrusion et le boudin sortant de la coquille étant conduit le long d'une voie incurvée descendant tout d'abord et puis remontant jusqu'à une hauteur où la partie liquide du boudin ne peut plus continuer à s'élever, si bien qu'en continuant 20 à couler et/ou à extraire le boudin, l'acier liquide à l'intérieur atteint seulement la hauteur précitée et le boudin continuant à monter est creux, puis ledit boudin sans fin est partagé en segments de boudins creux ouverts aux deux extrémités. 25 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ccrps creux en acier est rempli par coulée quand il est chauffé au rouge, de préférence directement après sa solidification, sa température moyenne dépassant 700°C et sa température intérieure étant comprise entre 900 et 30 1200°C. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit corps creux, avant son remplissage par coulée d'en haut ou par coulée d'en bas, est placé 71 33440 12 2107855 sur une plaque de fond et/ou une plaque d'attelage, où il est au moins appuyé à deux surfaces latérales se trouvant en face l'une de l'autre1. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure du lingot composite est refroidië à la fin de la coulée.