Brevet FR2513910A1 — publié le 19830408

" Procédé de réparation d'une coquille pour la coulée continue de l'acier ". L'invention concerne un procédé de répara- tion d'une coquille pour la coulée continue de l'acier. les coquilles pour la coulée en continu sont constituées en général d'un corps en cuivre ou en alliage de cuivre, plaqué d'une couche de nickel ou d'alliage à base de nickel Parfois, une couche de chromé peut être plaquée en plus sur cette couche plaquée. Lorsque la couche plaquée superficielle est usée ou rayée par l'usage, on la soumet en général à une répara- tion. La façon traditionnelle de réparation con- sistait à abraser et éliminer complètement toute la cou- che de nickel ou d'alliage à base de nickel de la surface, et d'appliquer ensuite une surface neuve. Ia figure 1 montre un exemple ci une cou- che 2 de nickel ou d'alliage à base de nickel et une cou- che 3 de chrome, ont été appliquées sur la surface d'un corps de coquille 1 en cuivre ou alliage de cuivre Lors- qu'on veut procéder à la réparation, l'opération d'abra- sion est effectuée jusqu'au niveau d'un plan A-A de la figure 1, pour éliminer toute la couche plaquée et for- mer ensuite une nouvelle couche plaquée à sa place la raison en est une adhérence insuffisante entre les deux métaux de même type plaqués l'un sur l'autre, et un pro- blème de dégradation à l'usage de la couche plaquée en nickel ou alliage à base de nickel. L'épaisseur du placage en nickel ou en alliage à base de nickel, appliqué sur la surface infé- rieure du corps de coquille, a tendance à augmenter au- jourd'hui, en raison de l'augmentation de la vitesse de coulée continue Itabrasion de la surface de coquille est conduite indépendamment de la dégradation de la couche plaquée, et en conséquence il n'est manifeste- ment pas souhaitable, du point de vue du coût de la coquille et de l'économie de matière, d'enlever toutes les parties de la couche, y compris une partie qui peut être entièrement réutilisée. Dans ces conditions, on a effectué des tentatives pour ne pas enlever la totalité de la couche coûteuse de nickel ou d'alliage à base de nickel, mais d'en laisser une partie sur la coquille, et d'y appli- quer selon le procédé connu une nouvelle couche de nickel ou d'alliage à base de nickel Un exemple est représenté sur la figure 1, o l'opération d'abrasion est conduite jusqu'à la ligne 3-B de la couche de nickel 2, sur laquelle une nouvelle couche de nickel est plaquée. Cependant, la force d'adhérence en cas d'efforts de ci- saillement entre l'ancienne couche de base plaquée et la nouvelle couche est de 5 à 25 kg/mm 2, ce qui montre une fluctuation considérable Il est donc clair que parmi les coquilles réparées comme ci-dessus, il en est cer- taines qui ne pourront jamais ttre utilisées pratique- ment aux températures élevées et dans les conditions sévères o l'on utilise les coquilles pour la coulée continue de l'acier Conformément aux études réalisées, la force d'adhérence entre les couches plaquées ancienne et nouvelle, des coquilles pour la coulée continue de l'acier, doit atteindre au moins 20 kg/mm 2, et la fluc- tuation dans ce cas devra Otre 6 N 3, si on est la déviation standard Cela signifie qu'aussi longtemps que l'on travaillera selon le procédé connu, il existera une tendance à perdre beaucoup de matière, ce qui doit être amélioré. l'invention a pour objet de proposer un procédé de réparation d'une coquille pour la coulée en continu de l'acier, selon lequel une couche de surface plaquée peut présenter une bonne adhérence, sans perte substantielle de matière. L'invention a également pour objet de proposer une coquille ainsi obtenue pour la coulée en continu de l'acier. A cet effet, l'invention propose un procédé de réparation d'une coquille pour la coulée con- tinue d'acier, concernant la couche plaquée de nickel ou d'alliage à base de nickel, o cette couche plaquée de nickel ou d'alliage à base de nickel a été constituée sur au moins une partie de la surface du corps de co- quille en cuivre ou alliage de cuivre, procédé caract 6- risé en ce qu'on abrase la surface sans éliminer complê- tement le placage de nickel ou d'alliage à base de nickel, immerge la surface abrasée mise à nu dans un acide fort concentré afin d'activer cette surface, et dépose ensuite une couche de nickel ou d'alliage de nickel sur cette surface. Dans ce cas, il faut utiliser un acide fort ayant une concentration d'au moins 40 % en poids. L'acide fort peut être l'acide nitrique à une concentra- tion de 60 % en poids ou plus L'acide fort peut être également un acide contenant au moins 50 % en volume d'acide nitrique concentré à au moins 60 % en poids, le reste étant constitué par un des produits suivants: acide sulfurique, acide chlorhydrique, acide fluorhydri- que, acide phosphorique et eau oxygénée. L'invention propose également une coquil- le pour la coulée en continu, en cuivre ou en alliage de cuivre, ayant deux ou plusieurs couches de nickel ou d'alliage à base de nickel sur au moins une partie de sa surface. L'invention sera mieux comprise en regard des dessins annexés dans lesquels les figures représentent schématiquement des exemples de structure de corps de coquille avec couche de surface plaquée, et oh la figure 1 est un exemple de struc- ture oh une couche 2 de nickel ou d'alliage à base de nickel, d'épaisseur uniforme, recouvre toute la surface du corps de coquille 1 en cuivre ou en alliage de cui- vre, une couche de chrome constituant la couche externe; la figure 2 montre un exemple de structure o la couche 2 de nickel ou d'alliage à base de nickel devient graduellement plus épaisse; la figure 3 est un exemple de struc- ture oh la partie inférieure de la couche 2 de nickel ou d'alliage à base de nickel épaissit progressivement; la figure 4 est un exemple de struc- ture o la couche 2 de nickel ou d'alliage à base de nickel ne recouvre que la moitié inférieure de la co- quille. Le terme alliage à base de nickel indi- que ici un alliage contenant le nickel comme composant principal et en plus au moins un des éléments Co, Fe, Mn, Cr, W, O, B et P etc. Généralement, dans une coquille pour la coulée en continu de l'acier, il est nécessaire de dis- poser d'une élimination calorique suffisante sur la sur- face en contact avec l'acier fondu Lorsqu'une coquille solidifiée est formée au niveau du ménisque dans la partie supérieure du moule, puis traverse le moule, on dit que l'épaisseur de la coquille peut supporter la pression statique de l'acier fondu Un des facteurs agissant sur la durée de vie de la coquille est l'usure ou l'abrasion entre la pièce solidifiée et la partie inférieure du moule De plus, lorsque la pièce solidifiée est mise en contact direct avec le corps de coquille en cuivre ou alliage de cuivre, il se produit des fissures appelées "fissures en étoile" sur la surface de la pièce coulée, ce qui diminue la production de pièces coulées. En conséquence, la partie inférieure de la coquille est souvent pourvue d'un revêtement ou couche plus épaisse que celle de la partie supérieure. Dans la mise en pratique de l'invention, lorsqu'une coquille pour la coulée en continu de l'acier, pourvue sur sa surface d'une couche 2 de nickel ou d'alliage de nickel, et si l'on veut, d'une couche de chrome, sur cette couche 2, doit être réparée, seule la partie endommagée est éliminée par abrasion, jusqu'à un plan tel que B-B dans la figure 1, et la surface abrasée résultant est traitée avec un acide fort pour l'activa- tion, puis elle est pourvue d'une nouvelle couche pla- quée en nickel ou alliage à base de nickel. Comme le montrent les figures 2 à 4, si la couche 2 en nickel ou alliage à base de nickel, placée dans la partie inférieure d'une coquille est plus épaisse que celle de la partie supérieure, l'opération d'abra- sion est effectuée jusqu'aux plans C-C, D-D et E-E, res- pectivement, et sur la surface abrasée résultant ou pla- quée une couche 2 de nickel ou d'alliage à base de nickel, sur toute sa surface, ou sur sa surface inférieure seule- ment L'opération de placage préconisée selon l'invention peut être un dépôt électrolytique ou non. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après. Les éprouvettes n l, 3 et 7 sont présen- tées à titre de comparaison, tandis que les éprouvettes no 2, 4, 5 et 6 constituent des exemples de l'invention. Dans tous les cas, l'abrasion est effec- tuée jusqu'à la limite B-B, et la rugosité de la surface exposée est maintenue à 0,006 mm ou moins. la surface exposée est rendue uniformé- ment rugueuse par abrasion par voie humide avec des par- ticules dures ayant une dimension des particules j 20, dans une solution alcaline Au poste suivant, la surface exposée est dégraissée avec ( 1) un solvant (toluène + éthanol) puis avec ( 2) un alcali (concentration 100 g/l, température du liquide 600 C) et immergée dans ( 3) de l'acide (H Ol, 10 % en poids). Cc Iditions de Electroplating Tableau i Epr Iu Conditions de electroplating vette O Prétraitement Densité Composants du Temp -__ du cou du lî p H I 1 rant éle -liid quide _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ t i q u _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) degraissage au' solvant dégraissage à l'alcali immersion dans H Ol dilué Pas d'immersior dans l'acide fort conc. I comme ci- ( 2) dessus ( 3) ( 2) dessus ( 3)J ( 4)Immersion dans acide fort cono. No 3 Ni concentration: % en poids com Dosition: HNO 3 ( 50 vol %) H 2 SO 4 ( 50 Vol %) ( comme ci- ( 2)1 dessus ( 4 Inlmersion dans acide fort conc. concentration:- 5 % en poids cc-iposition Z HNOS acide fort - Conce. concentration: % en poids composition: HN 03 ( 50 vol-%) H 25014 -1) comme ci- ( 2) J dessus acide conc. fort O concentration: ' en poids composition: N 03 ( 50 vol %) 92504 ( 50 vol-%) ( 1) comme ci- ( 2) dessus ( 4) Immersion dans acide conc. fort concentration: 5 % en poids composition: IEN 03 ( 50 vol- %) H 2504 ( 50 vol %) 7 A/dm 2 Suif aminateàd nickel 400 g/ú sulfamii-nate de:fer 1 g 9 Chlorure de nickel 5 g/Z acide borique g/ú sulfate de sc dîum lauryjl 0.1 g/Z -60 O c 4.0 Note:"Ia'acide fort conc "f dans concentré'. ce tableau signifie "lacide fort No 5 No 6 No 7 M r-. z w t- -If z ru. r- -'i z e i L, "acide fort concentré" utilisé dans l'invention désigne un acide ayant une concentration d'au moins 40 % en poids Sa composition peut Otre de l'acide nitrique seul (concentration: 60 % en poids ou plus), le reste étant constitué par un des produits suivants: acide sulfurique, acide chlorhydrique, acide fluorhydri- que, acide phosphorique et eau oxygénée. les résultats des essais de force d'adhé- rence au cisaillement sont présentés dans le tableau 2. Tableau 2 unité: kg/mm 2 Note: Dans le tableau 2, les résultats qu'à la dans le température normale cas de 1000 C x 8 h, l'ont en él obtenus autrement été, par exemple Levant la tempéra- ture à 100 o 0, en maintenant cette température à 10000 pendant 8 heures, puis en refroidissant à l'air jusqu'à la température ordinaire pour l'es- sai. Les fluctuations de la force d'adhérence Eprou Matière Temp 10000 20000 30000 40000 500 O vette Normale x 8 H x 8 H x 8 H x 8 H x 8 H NO NO 1 au 20 1 21 2 21 8 21 8 17 6 8 4 N 02 Ni 39 2 40 9 41 6 40 1 33 9 32 5 NO 3 Ni 29 4 31 0 40 9 34 9 29 9 21 6 N 04 Ni 38 8 35 7 38 6 38 3 30 2 19 7 N 05 Ni 38 5 38 7 38 7 36 9 31 6 22 4 N 06 Ni+ 7 %Fe 35 7 35 3 36 8 36 2 30 7 20 5 i N 07 Nî-7 %Fé 28 9 29 5 36 4 35 5 29 2 18 9 Ià - concernant les éprouvettes 2 à 7 après immersion dans l'acide, sont représentées dans le tableau 3. Tableau 3 Eprou Temp. vette no normale 10000 20000 30000 40000 5000 NO N 02 6 N 1 4 0 6 1 0 0 8 O 8 1 3 N 03 an 4 5 3 4 1 0 1 4 1 5 2 5 N 04 C"n 2 2 O 6 0 9 0 4 1 1 2 3 N 05 Cn 2 5 0 9 1 0 O 6 1 0 2 4 N 06 dn 2 9 1 4 1 0 0 9 1 2 2 3 N 07 "n 4 8 3 1 1 1 1 6 1 8 2 4 N _ Note 1: les valeurs de fluctuation dans les cas de 10000, 20000, 300 C, 40000 et 50000 dans le tableau 3 ont été obtenues en élevant la température au niveau donné, en maintenant cette température durant 8 heures, puis en refroidissant à l'air jusqu'à la température ordinaire pour l'essai de fluctuation. Note 2: Ia fluctuation à la température ordinaire (nor- male) est: (No 2) L i x 6 (No 4), 1 5 21 x d J(No 6), ou i x 6 (No 3), ou 1 6 (No 7). OU X il Il appara t donc clairement que la valeur de la force d'adhérence au cisaillement entre le nickel et l'alliage à base de nickel est grandement affectée par les conditions de la surface exposée sur laquelle est effectuée le placage pour la réparation; d'excellents résultats sont obtenus lorsque le traite- ment est effectué conformément à l'invention, soit avec les éprouvettes NO 2, 4, 5 et 6 Dans l'application de l'invention, la pellicule passivée sur la surface de nickel ou d'alliage à base de nickel abrasée est traitée avec un acide fort concentré comme de l'acide nitrique à une concentration d'au moins 60 % Ia force d'adhérence de la couche plaquée de nickel ou d'alliage à base de nickel, appliquée sur la surface exposée activée, repré- sente environ deux fois la valeur de l'éprouvette n 1 classique par rapport à l'ordre de grandeur de la tempé- rature, entre la température ordinaire et 5000 C Ainsi en comparant avec les autres exemples de référence (éprouvettes no 3 et 7), cette force d'adhérence est bien plus élevée que celle des éprouvettes 3 et 7 à la température ordinaire, et ses fluctuations sont égale- ment inférieures. Comme indiqué plus haut, l'invention permet d'éliminer les opérations d'abrasion non nécessai- res en ce qui concerne la couche plaquée coftteuse en nickel ou alliage à base de nickel, et de procurer néan- moins une forte adhérence entre les couches plaquées ancienne et nouvelle, avec de faibles écarts, ce qui augmente la durée de vie du revêtement et de la matière de la coquille dans une grande mesure L'invention peut ainsi constituer un procédé très utile pour réparer une coquille de coulée continue pour l'acier. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONTS 1 ) Procédé de réparation d'une coquille pour la coulée continue d'acier, concernant la couche plaquée de nickel ou d'alliage à base de nickel, o cette couche plaquée de nickel ou d'alliage à base de nickel a été constituée sur au moins une partie de la surface du corps de coquille en cuivre ou alliage de cuivre, procédé caractérisé en ce qu'on abrase la sur- face sans éliminer complètement le placage de nickel ou d'alliage à base de nickel, immerge la surface abrasée mise à nu dans un acide fort concentré afin d'activer cette surface, et dépose ensuite une couche de nickel ou d'alliage de nickel sur cette surface. 2 ) Procédé selon la revendication l, caractérise en ce que l'acide fort concentré est à une concentration d'au moins 40 % en poids. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'acide fort concentré est soit de l'acide nitrique seul à une concentration d'au moins 60 % en poids, soit un mélange comprenant au moins 50 % en volume d'acide nitrique. ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les acides utilisés avec l'acide nitrique sont constitués par au moins un membre du groupe acide sulfurique, acide chlorhydrique, acide fluorhydri- que, acide phosphorique et eau oxygénée. ) Coquille pour la coulée continue de l'acier, caractérisée en ce que le corps de coquille est en cuivre ou alliage de cuivre et comporte au moins deux couches de placage de nickel ou d'alliage à base de nickel, sur au moins une partie de sa surface.