Brevet FR2462647A1 — publié le 19810213

La présente invention concerne un procédé amélioré de fabrication de tubes, en cuivre et allia- ges de cuivre, destinés à être utilisés comme condui- tes d'eau chaude ou froide, telle que l'eau à usage sanitaire, l'eau d'installation de chauffage et l'eau circulant dans des condenseurs et des échangeurs de chaleur. L'invention s'étend également aux tubes réalisés par ce procédé et à leur utilisation dans des condenseurs et-des échangeurs de chaleur. On utilise actuellement largement des tubes en cuivre et en alliages de cuivre pour l'eau sanitaire et dans des condenseurs et des échangeurs de chaleur installés dans les centrales électriques, thermiques ou nucléaires, dans les raffineries de pétrole, à bord de navires ou dans l'industrie chi- mique ou encore dans des stations de-dessalement de l'eau de mer, etc. Pour ces tubes, il est fait appel, en par- ticulier, à la bonne tenue générale à la corrosion du cuivre et de ses alliages et à leur excellente conduc- tibilité thermique. Par différents apports d'éléments alliants et dans une moindre mesure par différents traitements physiques, on est généralement parvenu à éviter cer- tains types de corrosion dont pourraient être affec- tés de tels t4bes. Une étude générale à ce propos peut être tro4vée dans l'article de C. BRECKON et J.R.T. BAINES dans I. Mar. E. 1955, pages 1 à 10. Une forme de corrosion particulière est l'apparition de piq res localisées pouvant très rapi- dement entraîner une fuite du liquide réfrigérant et la mise hors service du tube. L'apparition de ce genre de piqûres semble devoir être attribuée à l'uti- lisation d'huiles lors de l'étirage des tubes, qui se décomposent en libérant des particules de carbone lors du recuit ultérieur. Différents procédés ont en conséquence été proposés pour éliminer les résidus d'huiles d'étirage, pour éviter la formation de dépôts de carbone prove- nant de ces huiles ou pour éliminer ces dépôts par un traitement physique. Ainsi, pour ne pas dépasser le niveau de 2 mg/dm2 de carbone, on injecte dans les tubes, en particulier, dans les tubes sous forme de rouleaux, avant leur recuit, un produit dégraissant tel que le trichloréthylène, pour diminuer la quantité d'huile résiduelle susceptible de provoquer des dépôts de carbone. Après avoir fait passer ce liquide dégrais- sant, on injecte à l'intérieur du tube un courant de vapeur d'eau destiné à entraîner les traces résiduel- les de solvant. Il a été également proposé de réduire la teneur en carbone résiduel des tubes après recuit en injectant à l'intérieur de ceux-ci, à grande vitesse, un mélange d'air et de particules abrasives telles que l'alumine ou le carbure de silicium. Ce procédé n'est cependant pas applicable à des tubes en rou- leaux et n'est utilisé que pour des tubes en longueur droite. En effet, la chute de vitesse des particules abrasives provoquée par leur impact dans les courbes du rouleau est trop élevée pour que les particules abrasives puissent enlever uniformément les dépôts de carbone ou autre dans des tubes se présentant sous forme de rouleaux. Finalement, on est arrivé à obtenir une teneur résiduelle en carbone atteignant des valeurs aussi basses que 0,3 mg/dm2 en injectant dans les tubes, avant leur traitement thermique, un mélange gazeux contenant de l'oxygène et des gaz inertes. Lors du recuit dans un four, généralement à atmosphère réductrice, l'oxygène réagit avec les hydrocarbures résiduels d'étirage restant à l'inté- rieur du tube on formant des gaz volatils tels que le monoxyde ou le dioxyde de carbone qui sont ensuite facilement éliminés du tube. Dans ce procédé, la teneur en oxygène est ajustée dans l'atmosphère in- jectée dans le tube de façon à éviter tout particu- lièrement la formation de dépôts pulvérulents d'oxy- des lors du reeuit. Ceci rend bien entendu néces- saire la réalisation de conditions opératoires très difficiles à ma5triser au cours d'une production industrielle. On Ponçoit que tous ces procédés sont par- ticulièrement difficiles à mettre en pratique à l'é- chelle industrielle sur des productions de tubes im- portantes et qu'il est, en particulier, difficile de les concilier avec une production continue de tubes en cuivre ou alliages de cuivre. La présente invention vise donc à éviter les inconvénients des techniques de l'art antérieur et a pour objet, en particulier, de réaliser de ma- nière simple et économique des tubes en cuivre ou alliages de cuivre convenant à l'usage indiqué. Le résultat recherché peut être obtenu par un procédé comportant au moins en succession les étapes suivantes: - traitement d'une bande de cuivre ou d'alliage de cuivre dans une atmosphère oxydante à une tempéra- ture et pendant une durée suffisante pour obtenir, après recuit, une réduction de la teneur en car- bone à un niveau prédéterminé pour éviter des piqûres lors de l'utilisation, en fonction de l'agressivité de l'eau avec laquelle le tube formé sera en contact, k1 - traitement de nettoyage de surface en vue d'élimi- ner les dépôts non adhérents sur au moins une face de la bande et les rives de celle-ci, - soudage de la bande selon des techniques classiques en vue de former un tube,-la face ayant subi le traitement de nettoyage formant l'intérieur du tube. La teneur en carbone est généralement ré- duite à une valeur qui est au moins inférieure à 2 mg/dm2; dane la plupart des cas, il est avantageux de descendre jusqu'à des valeurs atteignant 0,3 mg/dm2 au moins ou même 0,05 mg/dm2. Le procédé-rend préci- sément possible d'obtenir directement des teneurs aussi basses que 0,02 mg/dm2, sans la moindre diffi- culté, étant donné l'accessibilité totale d'une bande à un traitement oxydant, chose non réalisée lors du traitement de tubes de grandes longueurs et, en particulier, de tubes enroulés. L'homme de l'art déterminera aisément les conditions opératoires et, en particulier, le choix de la température et de la durée de traitement d'oxy- dation, ainsi que la teneur en oxygène du mélange gazeux utilisé, en particulier, en prenant en considé- ration, les paramètres technologiques de production, pour arriver au moins au niveau prédéterminé indiqué. L'avantage de cette façon de procéder, comparée à l'oxydation interne d'un tube réside-dans la plus grande régularité du traitement d'oxydation. En effet, lors du traitement d'oxydation de tubes, on ne réalise pas des conditions totalement constantes des compositions gazeuses et autres à l'intérieur du tube, du fait que la combustion de l'huile résiduaire entraîne la formation dioxyde et de dioxyde de carbone, l'introduction d'un mélange gazeux contenant de l'oxy- gène se faisant à une extrémité du tube et le rejet injectés se faisant à l'autre extrémité de ce tube. I. Ce mode opératoire de l'art antérieur entraîne néces- sairement des irrégularités du traitement, dues à des concentrations variables et incontrôlables d'huiles dans les tubes et des dépôts irréguliers d'oxydes. On notera aussi que la plupart des techni- ques de l'art antérieur ne permettent pas d'obtenir les basses tepeurs en carbone qu'il est possible d'atteindre ppr le procédé de la présente invention, ni de réaliser un fini de surface et une composition adéquate du film de surface comparable à ce qu'on peut obtenir selon la présente invention. Il suffit en particulier de songer aux difficultés que présen- terait un brossage efficace de l'intérieur d'un tube droit et à fortiori coudé ou enroulé. Afin d'assurer une bonne rentabilité des installations, il est particulièrement avantageux de produire des tubes en continu et le traitement d'oxy- dation et de nettoyage préalable sera donc également rendu, de préférence, continu. Le traitement d'oxydation provoque nécessai- rement la forpation d'une couche d'oxydes sur la surface de la bande qui ne s'élimine pas totalement lors du brossage. La Demanderesse s'est cependant aperçue, contrairement à ce qui était généralement admis, que cette couche d'oxydes n'était pas néces- sairement néfaste pour autant qu'elle ne soit pas poreuse, friable et/ou peu adhérente au métal sous- jacent. De manière surprenante, il est apparu qu'un traitement permettant d'éliminer des dépôts de cette nature, faisant suite à une oxydation telle que décrite, est suffisant pour assurer un produit d'excellente qualité, dans lequel les problèmes d'apparition de piqûres peuvent être évités, même en présence 4'eaux particulièrement agressives. (' 35 Par un choix adéquat de la technique d'éli- mination des dépôts, on peut suivant le résultat souhaité soit éliminer uniquement les dépôts non adhérents, poreux et friables qui se seraient éven- tuellement formés, soit réaliser un véritable déca- page éliminant aussi bien les dépôts non adhérents que pratiquement les dépôts adhérents d'oxydes. Ledit traitement de nettoyage de surface peut être réalisé par brossage, par sablage (grit- blasting) ou par décapage, en fonction de l'état de surface final souhaité. Ici à nouveau, on tire avantage de la pos- sibilité de traiter une surface accessible, sur n'importe quelle largeur, alors que des traite- ments de ce type ne sont que très difficilement réalisables sur un tube de grande longueur du fait de la difficulté à faire circuler l'agent de traite- ment (brosse, sable ou liquide décapant) dans un tube. Il est, en particulier, pratiquement impos- sible de procéder à un sablage efficace de tubes d'un diamètre supérieur à 22 mm ou de tubes recuits et conditionnés en rouleaux. Le traitement de nettoyage de surface pré- conisé selon l'invention est également totalement automatisable et peut être réalisé en continu, en succession au traitement d'oxydation. Le procédé présente également l'avantage de pouvoir simultanément traiter les rives de la bande, assurant de cette manière la propreté des bords, condition du succès de l'opération de soudage ultérieure. Le soudage pour former un tube s'effectue de manière classique dans des installations, de pré- férence, continue, bien connue de l'homme de l'art. Un procédé de soudage applicable est décrit notam- ment dans l'ouvrage "HERSTELLUNG VON ROHREN"' édité go 35 par Verlag Stahleisen mbH Dusseldorf. Le procédé est notamment applicable pour la réalisation de tubes répondant aux paramètres caractéristiques décrits dans la demande de brevet française 80 02500 du 5 février 1980 au nom de la Demanderesse. Le progrès technique obtenu par l'invention, comparé aux procédés classiques de traitement ulté- rieur de tubes après leur formage, réside danes la maîtrise totale des conditions de traitement de ré- duction de la teneur en carbone et d'élimination totale ou partielle des dépôts dioxydes. Il devient de cette manière possible de réaliser un produit présentant de manière constante sur toute la produc- tion, des états de surface adéquats de la partie du tube au contact avec les liquides exerçant un effet de corrosion. De plus, l'opération permet simultané- ment d'obtenir un état de propreté parfait des rives de la bande, ce qui accroît la qualité de la soudure obtenue. Finalement, du fait que les traitements d'oxydation et de nettoyage s'effectuent sur une surface plane et accessible, on assure non seulement une meilleure qualité des traitements, mais il est facile d'inspecter et de contrôler la qualité de l'opération, chose irréalisable de manière simple, notamment visuelle, dans un tube. On notera finalement que les gaz résultant du traitement d'oxydation, peuvent être éliminés facilement et constamment lors de l'oxydation prati- quée selon l'invention sur une bande plane, alors qu'il y avait de grands risques de condensation lors du traitement d'oxydation sur un tube. Il convient de noter que le tube produit selon l'invention peut subir, après son formage faisant suite à un traitement d'oxydation et de nettoyage tels que décrits, d'autres traitements Do généralement quelconques qui peuvent être souhaita- bles afin d'obtenir un tube adéquat pour l'usage auquel il est destiné. Ces traitements peuvent être des traite- S ments de nature purement mécanique, tels que raclage du cordon de soudure intérieur, calibrage, etc. ou de nature physico-chimique tels que recuit, ou encore une opération de conditionnement telle que enroule- ment après recuit, etc. Les alliages susceptibles d'être traités selon l'invention sont le cuivre arsénieux (99,40% Cu - As 0,40%; P 0,025%), le cuivre au phosphore (Cu 99,9%; P 0,025%), 1Q laiton 70/90 (70% Cu, % Zn), le laiton Amirauté 70/29/1 (70% Cu - 29% Zn; 1% Sn), le laiton 76/22/2 (76% Cu - 22% Zn; 2% Al), le cupronickel 90/10 (90%.Cu - 10% Ni, 1,4% Fe et 0,75%-Mn), le cupronickel 70/30 (70% Cu - % Ni, 0,6% Fe et 0,75% Mn), le cupronickel 70/30 au fer (30% Ni - 1,5% Fe, 1,5% Mn), le bronze d'alu- minium (94% Ci, - 6% d'Al). Cette liste comprend les principaux alliages visés et n'est pas exhaus- tive, le principe de l'invention étant applicable de manière générale aux principaux alliages du com- merce. Les tubes produits selon le procédé de l'invention se distinguent, par leur qualité cons- tante. A qualité égale, leur coût de production est nettement réduit comparé aux produits résultant de l'état de la technique. De plus, ils ne présen- tent pas l'excentricité caractéristique des tubes réalisés par la technique classique d'extrusion. La durée du traitement d'oxydation qui est appliqué selon l'invention est fonction de la vitesse du passage de la bande dans le four; géné- ralement, le temps de passage dans la zone réactive est comprise entre 1 et 3 minutes, la température 0q dans le four étant située entre 660 et 8100C. Ces produits peuvent être utilisés pour tous les usages classiques de tubes de cette nature. L'invention sera décrite plus en détail dans dans les exemples oui suivent, donnés à titre d'illus- tration de l'invention et sans caractère limitatif, dé- crivant le ppocédé de traitement de l'invention (exemple 1) et un procédé intégré continu de produc- tion de tube dle cuivre (exemple 2). Exemple 1 La bande de cuivre ou d'alliage de cuivre est déroulée a la vitesse d'environ 21 mètres par minute et passe dans un bain de trichloréthylène en continu qui eplève la part (environ 95%) la plus importante d'huile résiduelle présente sur la bande. Celle-ci est ensuite introduite en continu dans un four tunnel dont la zone centrale de chauffe a une température de 660 à 8100C, chauffée au gaz naturel avec un excès d'air. A la sortie du four, des outils de coupe enlèvent sur une profondeur de 0,25 mm l'oxyde présent sur les rives latérales de la bande afin d'y produire une surface métallique propre chi- miquement. La bande est ensuite introduite dans neuf cages comportant des galets formeurs qui per- mettent de cintrer la bande sous forme de tubes. En continu une bobine de cuivre de 10 x 10 x 2 mm (sec- tion carrée) parcourue à l'intérieur par un débit d'eau de 3 litres par seconde et par un courant alternatif à haute fréquence (350.000 cycles par seconde) chauffe les rives de la bande formée. Simultanément des galets formeurs (dont le rayon de la gorge est le diamètre extérieur du tube pro- duit) forgent le métal avec un déplacement axial de 0,35 mm. Une cisaille volante découpe le tube pro- duit à la longueur préalablement fixée. Poiur réaliser un tube dont la surface in- terne est métallique, exempte d'oxyde, le traitement d'oxydation décrit ci-dessus (voir four tunnel) est suivi d'un brossage avec des brosses en poils de bronze (de 0,3 mm de diamètre) animées d'une vitesse de 120 tours par minute et se déplaçant alternative- ment dans le sens axial de 12 mm. Pour réaliser un tube dont la surface interne est métallique, exempte d'oxyde, le traite- ment d'oxydation décrit ci-dessus (voir four tunnel) peut également être muni d'un sablage avec des parti- cules d'alumige dont la granulométrie est comprise entre 12 et 44 microns et la vitesse de projection est 4,5 mètres par seconde. Pour réaliser un tube dont la surface interne est métallique,exempte d'oxyde, le traite- ment d'oxydation décrit ci-dessus (voir four tunnel) peut être muni d'un décapage en faisant passer en continu la bande dans une solution aqueuse contenant % d'acide sulfurique. Exemple 2 - Le cuivre est fondu dans un four de section circulaire garni de réfractaires et chauffé par induc- tion afin de réaliser une homogénéisation parfaite du métal. A la base du four, est ménagée une ouverture de section rectangulaire d'une épaisseur de 30 mm et d'une largeur égale à la circonférence du tube à souder plus 5 mm pour chaque rive. Cette section rectangulaire est entourée d'un anneau constitué de cuivre et à double paroi. Entre ces deux parois est ménagée une circulation d'eau froide. La fenêtre en cuivre est garnie à l'intérieur de pièces rappor- tées.en graphite afin d'assurer une lubrification suffisante du métal lors de sa solidification. Un système mécanique exerce une traction sur la bande qui se solidifie. La vitesse de production de cette bande est d'environ 20 mètres par minute. A la sor- tie de l'installation décrite ci-dessus, la bande a une température d'environ 6500C et est introduite dans un four de préchauffage à 8500C également chauffé par induction. En quatre réductions d'épais- seur, l'épaisseur de 30 mm de la bande est réduite à 4 mm par laminage à chaud puis à l'épaisseur fi- nale (du tube à souder) par exemple, 1 mm par lami- nage à froid. Les rives sont ensuite cisaillées par des couteaux tournants (largeur de cisaillage mm) et la bande est introduite dans un four de recuit en continu. La bande subit ensuite le trai- tement de surface comme dans l'exemple 1, puis est _) |cintrée et soudée pour former un tube. c' REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tubes présen- tant une susceptibilité réduite à la corrosion par piqûres, caractérisé en ce qu'il comporte au moins en succession les étapes suivantes: traitement d'une bande de cuivre ou d'alliage de cuivre dans une atmosphère oxydante à une tempéra- ture et pendant une durée suffisante pour obtenir, après recuit, une réduction de la teneur en car- bone à un niveau prédéterminé pour éviter des piqûres lors de l'utilisation en fonction de l'agressivité de l'eau avec laquelle le tube formé sera en contact, - traitement de nettoyage de surface en vue dtélimi- ner les dépôts non adhérents sur au moins une face de la bande et les rives de celle-ci, - soudage de la bande selon des techniques classi- ques en vue de former un tube, la face ayant subi le traitement de nettoyage formant l'intérieur du tube. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la teneur en carbone est réduite jusqu'à une valeur inférieure à 2 mg/dm2. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en carbone est réduite jusqu'à une valeur inférieure à 0,3 mg/dm2. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la teneur en carbone est réduite jusqu'à une valeur inférieure ou égale à 0,02 mg/dm2. 5. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que le traite- ment d'oxydation s'effectue pendant une durée de 1 à 3 minutes, à une température comprise dans une plage de 6600C à 8100C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le trai- tement de nettoyage de surface s'effectue par brossage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que le trai- tement de nettoyage de surface s'effectue par sa- blage.. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé-en ce que le trai- tement de nettoyage de surface s'effectue par déca- page. 9. Produits sous forme de tubes soudés obtenus par le procédé d'une quelconque des revendi- cations 1 à 8. 10. Utilisation de tubes selon la reven- dication 9 dans des conduites d'eau. Conseil en Brevets