Brevet FR2501556A1 — publié le 19820917

L'invention concerne un procédé pour l'ob- tention de coquilles de coulée continue tubulaires, courbes, les parois de la coquille qui forment l'espace vide intérieur étant formées par une matière explosive aux mesures géométriques d'une matrice. Le document DEAS 2533528 décrit un procédé pour le formage des parois de coquilles de coulée continue, selon lequel les parois de la coquille formant le volume creux, sont soumises à une force formant ces parois et dégagée par une matière explosive, et qu'ainsi les parois sont formées aux dimensions géométriques d'une matrice. L'avantage du procédé, connu, consiste en ce que les coquilles formées selon ce procédé, constituées par du cuivre ou un alliage de cuivre, présentent des propriétés de surface et une précision dimensionnelle parti- culièrement bonnes en ce qui concerne la forme creuse. On peut ici faire subir le recuit à une matière de départ ayant une dureté Rockwell B 40 pour obtenir ainsi une matière d'une dureté Rockwell B comprise entre 50 et 75. L'inconvénient de ce procédé consiste en ce que, par le formage à l'explosif, on ne peut obtenir qu'une faible réduction de l'épaisseur de paroi, ce qui signifie qu'il n'est pas non plus possible d'effectuer un faible formage à froid global. Ceci a pour conséquence une résistance globale relative- ment faible de la section de coquille, et ainsi une stabilité de forme modérée. A cela s'ajoute un autre inconvénient qui consiste en ce que, dans les alliages de cuivre courants, la déformation obtenue par formage à froid est réversible déjà à 3500C, ce qui limite considérablement la durée de vie des coquil- les soumises à des sollicitations importantes. Ce procédé permet éventuellement d'atteindre des résistances plus élevées par l'em- ploi d'alliages de cuivre plus fortement alliés. Ceux-là présen- tent cependant l'inconvénient d'une conductivité thermique insuf- fisante ainsi qu'une tendance à forner des fissures dans la zone de surface du bain. L'invention a pour objectif de proposer un procédé qui permette de fabriquer des coquilles de forme ou format quelconques, par exemple des coquilles tubulaires à parois très épaisses, de dimensions imortantes, pour des ateliers de coulée en continu, qui présentent, outre une solidité très élevée, une température de ramollissement et une résistance thermique 250 1556 élevées sur toute l'épaisseur de paroi, le choix des composants appropriés de l'alliage permett:;-t d'et-iblir (les coT:ductivites thermiques tr.ès élevées ou d'un niveou f-ible défini dans le cas de coquilles pour agitatior me.gPntique. A cet effet l'invention propose un procédé caractérisé en ce que, comme matière de départ, ou utilise un tube en un alliage de cuivre apte à subir d'abord un recuit, que ce tube subit d'abord un recuit de mise en solution à une température propre à l'alliage, c'est-à-dire que le formage du tube s'effectue à la température du recuit de mise en solution, que le tube ayant subi ce recuit de mise en solution est soumis durant au moins 15 minutes à un recuit à une température de 400 à 6000C, et qu'ensuite on entreprend le formage par explo- sion. Dans le cas de coquilles tubulaires courbes, une opération de pliage est intercalée en outre entre le recuit de mise en solution et le recuit par trempe. Les coquilles obtenues suivant ce procédé présentant déjà une solidité nettement supérieure à celle des coquilles obtenues par des procédés connus. La raison en est que, comme matériau pour la coquille, on utilise un alliage de cuivre apte à subir un recuit. L'augmentation de la résistance est obtenue dans le cas de ces matériaux, par recuit à 400- 6000C, par effet de trempe par durcissement structural. Les propriétés améliorées de la coquille entraînent une durée de vie plus élevée, ce qui fournit une stabilité dimensionnelle plus élevée vis-à-vis des tensions thermiques, en particulier à des températures élevées, et en une résistance plus élevée à l'abra- sion, ce qui diminue l'usure. Il est encore possible d'augmenter la soli- dité avec le procédé selon l'invention par le fait qu'après le recuit par mise en solution, le tube ramolli est formé à froid, mécaniquement, par des procédés courants. Ceci est obtenu, de préférence, par le fait que l'on introduit dans la coquille tubulaire un mandrin,- dans le cas de tubes courbes, un mandrin de courbure correspondante- et que la coquille en commun avec le mandrin, est soumise à l'impression par une matrice. Le degré du formage à froid peut se situer ici, selon la solidité finale souhaitée, entre 2 et 30%. En raison des valeurs de solidité en partie très élevées obtenues après le recuit, il est en outre avantageux d'établir les dimensions géométriques finales de la 250 1 55 6 coquille tubulaire, déjà lors du calibrage après le recuit de mise en solution. Il est ainsi possible d'éliminer les déforma- tions apparaissant lors d'un recuit, à l'aide d'une étape d'ex- plosion et d'obtenir un produit final optimal. Le choix des alliages de cuivre aptes au recuit, pouvant être utilisés, dépend des sollicitations spécifi- ques auxquelles est soumis un type de coquille donné. Pour les applications les plus courantes, on utilise avec un avantage particulier, un alliage de cuivre avec 0,3-1,2% de chrome et 0,05-0,2% de zirconium. Ce matériau permet d'assurer aux coquil- les la conductivité thermique élevée nécessaire. En comparaison avec les matériaux standards mis en oeuvre jusqu'à présent, comme le cuivre SF, les alliages cuivre-argent-phosphore, les coquilles produites à partir du matériau cuivre-chrome-zirconium apte au recuit, selon le procédé de l'invention, présentent une résistance nettement plus élevée à la température et à l'a- brasion. Elles ne présentent pratiquement pas de déformation à l'usage et ont une durée de vie très élevée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple ci-après, décrivant la fabrication d'une coquille en cuivre-chrome-zirconium. A partir d'un alliage de cuivre avec 0,7% de chrome et 0,18% de zirconium, le reste étant du cuivre et les impuretés habituelles, on coule d'abord une tige, puis par filage à 10300C, on en prépare un tube. Le tube obtenu par filage est trempé à l'eau. A partir de ce tube, on sépare des pièces de tube, on les recourbe sur une machine à cintrer, et l'on introduit dans l'évidement des pièces de tube une matrice de section circulaire. Sur la face extérieure des pièces tubulaires, on répartit uniformément une charge explosive et l'allume. Ensuite, on enlève la matrice de la pièce tubulaire et l'on soumet cette dernière à un recuit à 4750C durant 4 heures et j. Dans la pièce tubulaire retirée du four à recuit, légèrement déformée, on introduit après refroidissement une ma- trice, dont la section correspond exactement à celle du boudin à former. Il faut veiller ici à ce que la matrice légèrement courbée soit introduite dans la pièce tubulaire courbe de telle façon que le sens de la courbure de la pièce tubulaire et le sens de la courbure de la matrice soient orientés dans la même direc- tion. Comme il est décrit plus haut, le formage par explosion est effectué encore une fois, et la coquille tubulaire est ainsi formée à froid aux mesures souhaitées. On a mesuré les propriétés suivantes de la coquille finie ainsi obtenue: conductivité thermique 87% - température de ramollissement (1i% de chute de la résistance RT après 1 heure de recuit.) 52500 - dureté HB 2,5/62,5 145 - résistance à la traction 442N/mm2 - allongement de rupture 26% résistance thermique à 2000C 380N/mm2 - résistance thermique à 3500C 318N/mm2 Les coquilles de coulée fabriquées selon le procédé ci-dessus gardent encore après 450 charges de coulée, une stabilité dimensionnelle suffisante au niveau de la surface du bain et ne présentent à la base de la îoquille, que de faibles phénomènes d'usure. La finition d'une coquille carrée conique dans le même matériau cuivrechrome-zirconium, présentant des propriétés de résistance encore plus élevées, sera mieux comprise à l'aide de l'exemple ci-après. Tout dtabord un tube rond est filé à 9500C-, puis il est formé par étirage à la forme carrée voulue. Le tube carré est soumis durant 45 minutes à un recuit de mise en solution à 9900C. Après refroidissement, les pièces tubulaires sont calibrées au moyen d'un mandrin et d'une matrice, avec réduction simultanée de l'épaisseur de paroi à 15% de la dimension finale et soumises à un recuit durant 6 heures à 4500C. Le calibrage final s'effectue ensuite par formage par explosion comme décrit plus haut. Les caractéristiques suivantes ont été relevées sur les coquilles finies: - conductivité thermiques: 84% - température de ramollissement 5100C dureté HB 2,5/62,5 159 - résistance à la traction 521 N/mm - allongement de rupture 21% 2501556 Pour une coquille ayant subi un formage intermédiaire de ce type, la résistance à l'usure de la base de coquille est nettement améliorée. Dans le cas de coquilles nécessitant une conductivité thermique particulièrement élevée, par exemple en raison d'une mauvaise qualité de l'eau de refroidissement, il est avantageux de fabriquer des coquilles à partir d'un alliage de cuivre contenant 0,05-0,3% de zirconium, selon le procédé de l'invention. Grâce à un fornage à froid inter- médiaire mécanique approprié, on peut atteindre des résistances à la traction d'environ 350N/mm2 avec des conductivités ther- miques de plus de 93%. La température de ramollissement de ces matériaux se situe au-dessus de 5501C Pour les cas particuliers o un procédé d'agitation magnétique est prévu au voisinage de la coquille, il est souhaitable de disposer d'un matériau de coquille ayant une conductivité électrique aussi faible que possible, afin de ne pas tro*p affaiblir le champ. Comme pour un matériau de ce type, la conductivité thermique est réduite dans les mêmes proportions que la conductivité électrique, des tempéra- tures de paroi très élevées peuvent apparaître. Afin d'assurer la liberté de déformation, le matériau de la coquille doit présenter une résistance thermique élevée appropriée. Pour répondre à ces exigences, on emploie des matériaux aptes au recuit, comme par exemple du cuivre-nickel- phosphore avec 0,6 à 1,5% de nickel, 0,1 à 0,3% de phosphore ainsi que du cuivre-cobalt-beryllium avec 1 à 2,5% de cobalt ou 1 à 2,5% de nickel ou 0,5 à 1,5% de nickel + 0,5 à 1,5% de cobalt et toujours 0,3 à 0,6% de beryllium, et encore le cuivre-nickel- silicium avec 0,2 à 1,1% de silicium et 1,2 à 3,5> de nickel. Selon le procédé de l'invention, on fabrique, par exemple, de la façon suivante, une coquille tubulaire rectangulaire courbe, avec un format intérieur de x220 mm et une épaisseur de paroi de 14 mm en un alliage cuivre-cobalt-beryllium avec 2,2% de cobalt et 0,54% de beryllium. On produit d'abord un tube carré par filage, et ensuite on le soumet à un recuit de mise en solution durant 45 minutes à 9350C. La courbure souhaitée est obtenue sur une machine à cintrer. Ensuite, une pièce tubulaire est calibrée sur un mandrin par formage par explosion comme décrit plus haut. Après cela, la coquille est soumise à un recuit durant 5 heures à 4800C. Ensuite, la-déformation par recuit est éliminée par formage avec un mandrin, par explosion, et ainsi la coquille subit un post-calibrage. Sur cette coquille tubulaire, on a déterminé les caractéristiques suivantes: - conductivité thermique 54% - température de ramollissement 505 C - dureté HB 2,5/62,5 235 - résistance à la traction 805N/mm2 - allongement de rupture 17% - résistance thermique à 200 C 735N/mm - résistance thermique à 350 C 629N/mm Lors de la mise en oeuvre d'une coquille dite à agitation, en raison du peu d'affaiblissement du champ, on obtient une action d'agitation nettement supérieure à celle obtenue avec les coquilles connues. La stabilité dimensionnelle est ainsi bonne encore après plus de 100 charges de coulée. 01556 REVENDICATIONS 1- Procédé pour l'obtention de coquilles de coulée continue tubulaires, courbes, les parois de la coquil- le qui forment l'espace vide intérieur étant formées par une matière explosive aux mesures géométriques d'une matrice, procédé caractérisé en ce que, comme matière de départ, on utilise un tube en un alliage de cuivre apte à subir un recuit, que ce tube subit d'abord un recuit de mise en solution à une températu- re propre à l'alliage, c'est-à-dire que le formage du tube s'effectue à la température du recuit de mise en solution, que le tube ayant subi ce recuit de mise en solution est soumis durant au moins 15 minutes, à un recuit à une température de 400 à 6000C, et qu'ensuite on entreprend le formage par explosion. 2- Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'entre les opérations de recuit par mise en solution et de recuit par trempe, le tube subit un formage à froid. 3- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un mandrin est introduit dans la coquille tubulaire et que la coquille en commun avec le mandrin, subit l'impression d'une matrice. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise un alliage de cuivre avec 0,3% à 1,2% de chrome et 0,05 à 0,2% de zirconium.