Brevet FR2432351A1 — publié le 19800229

La présente invention concerne un procédé nouveau de fabrication d'un lingot de forge, ainsi qu'un lingot de forge de caractéristiques ameliorées obtenu par ce procédé. Actuellement, toutes les pièces de forge : disques, brides, tubulures, viroles, arbres, pièces plates, sont en général issues du lingot de forge traditionnel a la morphologie bien connue : corps au rapport H/D (hauteur/diamètre) variant entre 1 et 2, masselotte importante de 15 a 30 % du poids du lingot, et en général un pied. Cette morphologie du lingot de forge traditionnel n'est pas toujours adaptée a la pièce finale recherchée et si elle privilégie essentiellement les pièces obtenues par étirage, telles que des arbres, elle pénalise par contre énormément les pièces plates et les pièces creuses. La présente invention concerne un procédé nouveau de fabrication d'un lingot de forge permettant l'obtention de lingots de morphologie adaptee soit a la fabrication de pièces plates, soit a la fabrication de pièces creuses, ce qui simplifie les opérations de forgeage Par ailleurs, les lingots obtenus par ce procédé ont des caracteristiques (santé interne, propreté inclusionnaire, taux de ségrégation en carbone) superieures a celles du lingot traditionnel, et permettent en outre de réaliser une importante économie de métal. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste a couler en source le lingot de manière a lui conférer une forme définitive ne comportant ni masselotte ni pied tout en ralentissant ou supprimant le refroidissement de sa face supérieure, et en ce que, dans le cas ou le lingot est destiné a la fabrication de pièces plates on lui confere toujours un H/D relativement faible, pouvant aller jusqu'a 0,8 environ, en accélérant éventuellement en outre dans ce cas le refroidissement de sa face inférieure. L'invention sera mieux comprise a l'aide de la description suivante, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement l'opération de coulée en source d'un lingot conforme a l'invention - la figure 2 montre la propagation du front de solidification au cours de la fabrication d'un lingot pour pièces plates conformément a l'invention - la figure 3 montre la propagation du front de solidification au cours de la fabrication d'un lingot pour pièces creuses conformement à l'invention - la figure 4 est un tableau comparatif des étapes d'obtention par forgeage d'une pièce plate a partir d'un lingot traditionnel et à partir d'un lingot conforme a l'invention - la figure 5 est un tableau comparatif des étapes d'obtention par forgeage d'une virole a partir d'un lingot traditionnel et a partir d'un lingot con forme a l'invention. Sur la figure 1 on reconnait une installation de coulée en source comportant une alimentation en acier liquide par entonnoir 1 et tuyau vertical 2, et une plaque de source 3 d'épaisseur importante, par exemple de l'ordre de 50 cm. La plaque de source 3 est percée d'un canal 4 dont les parois sont avantageusement constituées en matériau réfractaire, qui débouche, comme on le voit sur le dessin, a la base de la lingotière 5 de forme tronconique. On peut ainsi couler, après éventuellement avoir fait subir à l'acier liquide une opération de dégazage, le lingot 6, qui dans l'exemple représente est destiné à la fabrication de pièces plates, et présente donc un rapport moyen H/D (hauteur/ diamètre) faible, de l'ordre de 0,6 dans ce cas.Par ailleurs, on a recouvert la face supérieure du lingot 6 d'une couche 7 de produit exothermique, telles que des poudres exothermiques ou isolantes, du genre "vermiculite". Par suite de ces dispositions - la face inférieure du lingot 6, en contact avec la masse métallique importan te que constitue la plaque de source 3, et en raison de ses grandes dimensions relatives, est soumise à un refroidissement accéléré - le refroidissement de la face supérieure du lingot 6, en raison de la couche 7 de produit exothermique, est pratiquement supprimé. En conséquence le front de solidification du lingot, comme schématisé par les flèches sur la figure 2, se propage de façon unidimensionnelle prépon dérange du bas vers le haut. Le lingot 6 ainsi fabriqué présente des avantages considérables - il ne présente pas de retassure, c'est-à-dire que la face supérieure du lingot présente une concavité à peine marquée. Par suite, on peut mettre la pièce directement sous la presse après chauffage, sans manutention extraordinaire, ce qui permet de gagner du temps. - la solidification régulière liée à ce procédé confère à ce lingot une excel lente santé interne. - en raison de la coulée en source, et de la progression verticale ascendante du front de solidification, les inclusions remontent progressivement à la surface supérieure du lingot, et y sont alors aisément éliminables ; la pro preté inclusionnaire du lingot ainsi obtenu est donc remarquable. - notamment en raison de l'absence de masselotte, le temps de solidification est réduit, ce qui induit une diminution du taux de ségrégation en carbone, donc une meilleure homogénéité des caracteristiques mécaniques du lingot obtenu. Par ailleurs, de même que pour les impuretés, les ségrégations maxi males sont rejetees à la surface du lingot et donc facilement éliminables - le poids de ce lingot est très proche de celui du corps du lingot tradition nel nécessaire à la fabrication d'une même pièce, ce qui entraine une écono mie de métal pouvant aller jusqu'à 35 %. Un tel lingot, en principe destine au forgeage de pièces plates, peut également être utilisé pour la fabrication de pièces creuses, du type anneau, bride ou virole. Dans le cas des pièces creuses, on peut néanmoins adopter un rapport B/D nettement plus élevé, de l'ordre de 1,5 par exemple. Tel qu'on voit sur la figure 3, une telle modification de la forme a en effet pour conséquence une augmentation de l'importance de la solidification horizontale se traduisant en fin de solidification, par l'apparition d'une retassure dans l'axe du lingot. Dans cette région viennent alors se rassembler les impuretés et ségrégations nuisibles, que l'opération ultérieure de perçage viendra éliminer facilement. Afin d'accélérer dans ce cas encore plus la solidification horizontale, on peut démouler le lingot avant sa solidification totale.La diminution du temps de solidification ainsi obtenue permet de diminuer encore plus le taux de ségrégation du carbone. Ce lingot de solidification horizontale prépondérante, à morphologie adaptée a la fabrication des pieces creuses, présente, après enlèvement du noyau de perçage, les mêmes avantages que le lingot précédent : excellente santé interne, propreté inclusionnaire remarquable, taux de ségrégation diminué, appréciable économie de métal. Par ailleurs, comme on l'a mentionné précédemment, les lingots de l'invention ont une morphologie adaptée a la pièce finale que l'on désire obtenir, et par suite les opérations de transformation par forgeage se trouvent considerablement simplifiées par rapport a la gamme de fabrication traditionnelle, ce qui se traduit par d'appréciables économies. Les figures 4 et 5 sont des tableaux comparatifs qui permettent de mieux se rendre compte de cet avantage procuré par l'invention. Sur la figure 4, on a représente schématiquement sur la partie gauche les étapes de la fabrication par forgeage d'un disque plat a partir d'un lingot traditionnel, et sur la partie gauche les étapes de la fabrication du même disque plat a partir du lingot a solidification dirigee conforme a l'invention. Comme on le voit sur la figure, a partir du lingot traditionnel, les opérations suivantes sont nécessaires : A : bloomage B : coupe des chutes C : piquage debout D : préécrasement E : écrasement. A partir du lingot a solidification dirigée de l'invention par contre, seule l'opération E (ecrasement) est nécessaire, les opérations (A,B,C,D) se trouvant supprimées. De même sur la figure 5, on a representé schématiquement sur la partie gauche les étapes de la fabrication par forgeage d'une virole à partir d'un lingot traditionnel, et sur la partie droite les étapes de la fabrication de la même virole a partir du lingot à solidification dirigée conforme à l'invention. Comme on le voit sur le dessin, à partir du lingot traditionnel, les opérations suivantes sont nécessaires a : bloomage b : coupes des chutes c : piquage debout d : écrasement e : perçage f : étirage sur mandrin g : bigornage. A partir du lingot a solidification dirigée de l'invention par contre, (dans le cas ou le lingot ne présente pas un H/D trop important), les opérations a, h, c et éventuellement d sont supprimées. Enfin, on a mentionné ci-dessus que le lingot de l'invention présente des caractéristiques mecaniques plus homogènes que celles présentees par le lingot traditionnel. Ceci présente un intérêt exceptionnel dans le cas de la fabrication de pièces lourdes polyblocs, telles que des arbres de turbines hydrauliques ou des cuves de rédacteurs, à partir de pièces en forme de disques et de viroles. L'invention trouve son utilisation dans l'industrie du forgeage. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication dtun lingot de forge destiné à produire des pièces plates ou des pièces creuses, caractérise à la fois en ce qu'il utilise la coulée en source dans une lingotière sans masselotte ni pied et sans revete- H (Hauteur du lingot) ment réfractaire, en ce que le rapport D Diamètre moyen est réglé à une valeur plus faible que dans la pratique courante, et en ce que, pendant la coulée en source et pendant la solidification du lingot, la face supérieure de celuici est recouverte d'un produit exothermique ou isolant ralentissant ou supprimant le refroidissement de ladite face supérieure. 2.- Procédé selon la revendication 1 relatif au cas où le lingot est destiné à la fabrication de pièces plates, caractérisé en ce que l'on règle le H (Hauteur du lingot ) rapport D Diamètre moyen à une valeur au plus égale à 0,8, et en ce que, éventuellement, on accélère le refroidissement de sa face inférieure. 3.- Procédé selon la revendication 1, relatif au cas où le lingot est destiné à la fabrication de pièces creuses, caractérisé en ce que lton procède à l'opération de démoulage du lingot avant la fin de la solidification. 4.- Lingot de forge destiné à la fabrication de pièces plates, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications i ou 2. 5,- Lingot de forge destiné à la fabrication de pièces creuses, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3. 6.- Procédé de fabrication d'une pièce creuse par forgeage à partir d'un lingot selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à faire subir audit lingot une opération de perchage éventuellement précédée d'un écrasement et suivie des opérations de forgeage habituelles destinées à conférer à la pièce la forme voulue. 7.- Procédé de fabrication d'une pièce plate par forgeage à partir d'un lingot selon la revendication 4, caractérisé en ce qutil consiste à faire subir audit lingot une opération d'écrasement.