Brevet FR2580525A1 — publié le 19861024

me- "Procédé pour réaliser des coquilles de passage pour des machines de coulée continue." La présente invention concerne un procédé pour réaliser des coquilles de passage pour machines de cou- lée continue à partir de pièces de formes réalisées par fi- lage à la presse et/ou par étirage, et/ou par forgeage en alliages de cuivre durcissables, procédé dans lequel ces pièces de formes sont tout d'abord soumises à un recuit d'homogénéisation, puis trempées et qu'ensuite le matériau cuivreux est durci par la chaleur. Il est déjà connu (DE-OS 26 35 454) d'utili- ser comme matériauxpour des coquilles de coulée en continu des alliages de cuivre durcissables, auquel cas, grâce à un choix approprié des constituants de l'alliage, tels que le chrome et le zirconium, on obtient des valeurs élevées pour la conductibilité thermique, la résistance à la chaleur ainsi que la résistance au fluage et pour la plasticité à chaud. Les plaques de coquilles réalisées à partir de tels alliages durcissables sont ensuite soumises à un recuit d'homogénéisation à 103000 C, puis trempées à l'eau et en- fin durcies à chaud à 475 C, l'usinage avec enlèvement de copeaux de la plaque à ses dimensions définitives étant en- suite effectué. Ces étapes de procédé connues peuvent être 2.- également utilisées de façon analogue pour la réalisation de coquilles de passage d'une seule pièce à parois épaisses et de forme tubulaire, lorsqu'après la réalisation de la forme tubulaire par pressage, étirage, ou d'autres procédés, le traitement de durcissement est mis en oeuvre et qu'ensuite un usinage final avec enlèvement de copeaux est effectué. Les étapes de procédé proposées ci-dessus ne sont toutefois pas applicables dans ces conditions dans un procédé connu, dans lequel pour réaliser des coquilles de passage rectilignes mais surtout des coquilles de passage courbées, coniques ou bien partiellement coniques, un man- drin avec des cotes finales internes et la forme interne de la coquille à réaliser est introduit dans un tronçon de tube en matériaux cuivreux et ensuite ce tronçon de tube est pressé par déformation à froid sur le mandrin (DE-PS 18 09 633). L'invention a en conséquence pour but de trouver une possibilité de réaliser également des coquilles de passage en matériaux cuivreux durcissables de façon que ces coquilles satisfassent en ce qui concerne leur qualité aux exigences actuellement posées. Ce but est atteint, conformément à l'invention, en ce que, avant le durcissement par la chaleur, il est procédé à une conformation à froid de la pièce de forme avec calibrage simultané des parois donnant la forme au moyen d'un mandrin introduit dans la pièce de forme. Il est alors apparu comme effet remarquable que, du fait de la conforma- tion à froid et du calibrage par un mandrin ayant les cotes internes et la forme interne de la coquille, il ne se pro- duise pas de déformations de la coquille ainsi réalisée lors- qu'elle était ensuite soumise à un traitement thermique dans le but de durcir le matériau cuivreux. En conséquence, les coquilles de coulée en continu réalisées de cette façon, présentent, même après de très longues périodes de coulée, une stabilité de cotes très élevée avec une usure réduite. 258052-5 3.- La conformation à froid et le calibrage au moyen d'un mandrin peuvent s'effectuer de différentes façons. C'est ainsi que le mandrin et la pièce de forme peuvent Otre déplacés en même temps à travers une matrice. Dans ce con- texte on a déjà (DE-PS 18 09 633) introduit dans une pièce de forme rectiligne (tronçon de tube) un mandrin courbé présentant les cotes terminales internes et la forme de la coquille à réaliser, et dont les dimensions externes sont seulement un peu inférieures ou supérieures aux dimensions internes de la pièce de forme, grâce à quoi cette pièce de forme est préformée de façon correspondante aux dimensions du mandrin. Ensuite, la pièce de forme et le mandrin sont pres- sés ensemble à travers une matrice pour presser étroite- ment les surfaces internes du tronçon de tube sur le man- drin. Enfin, le mandrin est retiré de la pièce de forme dé- sormais stabilisée à froid. Une autre possibilité avantageuse consiste à procéder à la mise en forme à froid et au calibrage par des efforts appliqués sur les parois externes de la pièce de forme grâce à un processus de forgeage ou de soudage. D'autres procédés appropriés pour la mise en forme, sont les procédés par explosion, ainsi que les procédés hydrosta- tiques et électro-dynamiques. Pour des cas d'application spéciaux, il s'est avéré avantageux de combiner deux ou plusieurs des possibilités ainsi indiquées. C'est ainsi que l'on peut par exemple,après le passage simultané du mandrin et de la pièce de forme à travers une matrice;ain- si qu'après la conformation à froid par forgeage ou par laminage, prévoir, pour terminer l'application, une action par détonation d'une substance explosive. Le recuit d'homogénéisation de la pièce de forme avant la conformation à froid et le calibrage peut s'effectuer à l'air, auquel cas les surfaces de la pièce de forme doivent ensuite être soumises à un processus de nettoyage ou de lissage par exemple par meulage. Il peut 4.- être en conséquence plus avantageux de procéder au recuit d'homogénéisation de l'ensemble de la pièce de forme tubu- laire ou bien seulement de son espace interne dans une at- mosphère réductrice. Ceci s'effectue par exemple avantageu- sement en remplissant de charbon de bois sec, l'espace in- terne de la pièce de forme qui est fermée à ses deux extré- mités par des capots de tôles perforés. En pratique, on peut mettre en oeuvre pour la réalisation de l'invention, tous les matériaux cuivreux dur- cissables, pour lesquels au cours des étapes de recuit et d'homogénéisation, de conformation à froid et de durcissage, on obtient des propriétés qui permettent leur mise en oeuvre comme matériaux de coquilles. Ces matériaux cuivreux sont par exemple des alliages à base de uOur, de OuCrZr, de OuCoBe, de OuCoNiBe, de OuOoNiBeZr, de CuNiSi etc. Les maté- riaux cuivreux durcissables qui peuvent trouver une appli- cation avantageuse lors de la mise en oeuvre de l'invention, sont par exemple des alliages de 0,02 à 1,2 % de chrome, 0,05 à 0,4 % de zirconium, jusqu'à 0,04 % de lithium, de cal- cium, de magnésium, de silicium ou de bore comme moyens de désoxydation, le reste étant du cuivre et des impuretés courantes. L'invention va être exposée plus en détail en se référant aux figures I à 7 et en prenant pour exemple une coquille tubulaire courbée. La référence 1 désigne un tronçon de tube d'une forme de section transversale quelconque, réalisé par filage à la presse et/ou par étirage et/ou par forgeage, et qui est constitué d'un alliage de cuivre durcissable par exemple de composition 0,5 % de chrome, 0,12 % de zirconium 0,015 % de bore, le reste étant du cuivre et des impuretés courantes. Ce tronçon de tube 1 est tout d'abord avantageu- sement soumis à un recuit d'homogénéisation dans une atmos- phère réductrice à 1000 - 1020 0C pendant environ une demi- heure et ensuite trempé i l'eau. e.- Dans le tronçon de tube 1 rectiligne, mais éventuellement aussi pré-courbé, on introduit alors le man- drin 2 revêtu par exemple d'un chromage dur et ensuite le tronçon de tube est formé sur le mandrin 2 en appliquant des efforts externes, par exemple par un passage simultané à travers une matrice ou bien par un ou plusieurs processus de forgeage ou de laminage. La conformation à froid du tron- çon de tube de cuivre est par exemple telle que la dureté initiale d'environ 55 DB est élevée à une valeur de 80 à 100 Dureté Brinell. Le mandrin 2 peut, pour l'adaptation de la coquille à fabriquer à la forme circulaire des installations de coulée en continu, être déjà courbé, éventuellement, il peut être également de forme conique ou partiellement coni- que. Lors de l'introduction d'un tel mandrin dan le tron- çon de tube rectiligne, il s'effectue déjà une préformation correspondante du tube de coquille. Bien entendu le tron- çon de tube 1 peut déjà être amené à la forme courbée au cours d'une opération supplémentaire, avant d'y introduire également un mandrin courbé. En règle générale, après l'enlèvement du man- drin 2 du tronçon de tube 1, le tube de coquille ayant déjà une cote précise est durci à chaud pendant environ 3 à 4 heures dans des limites de température de 460 C0 à 480 C0. Avantageusement, ce traitement thermique s'effectuera éga- lement sous gaz de protection. Pour l'alliage de cuivre indiqué, les valeurs suivantes peuvent être obtenues avec le procédé conforme à l'invention pour une coquille tubulaire: Conductibilité thermique 324 (W;m.K) Température de recristallisation 700 ( C0) Température de ramollissement 500 ( OC) Dureté 2,5/62,5 D-B. 142 Résistance à la traction 445 (N/mm2) Limite d'allongement 0,2 360 (N/mm2) 6.- Allongement DB rupture 18 (%) Résistance à chaud a 20000 416 (N/mm2) Allongement DBrupture à 200C00 17 (%) Résistance à chaud à 3500C 352 (N/mm2) Allongement DB rupture à 35000 15 (%) Par contre, les valeurs pour une coquille non calibrée et formée à froid de la même composition d'alliages se situent de la façon suivante: Conductibilité thermique 315 (W/m.K) Température de recristallisation 700 ( C0) Température de ramollissement 500 ( OC) DuretéDB 2,5/62,5 115 Résistance ' la traction 375 (N/mm2) Limite d'allongement 0,2 282 (N/mm2) Allongement DB rupture 19 (%) Résistance à èhaud à 2000C 345 (N/mm2) Allongement DB rupture à 200 0 16 (%) Résistance à chaud à 3500 285 (N/mm2) Allongement à la rupture- à 35000 14 (%) L'exemple de réalisation laisse ouverte la question de la section transversale de la coquille. A côté de sections transversales rondes, carrées, rectangu- laires, polygonales de type connu, on peut bien entendu choi- sir n'importe quelle autre section transversale, par exemple des sections transversales en forme de T ou de double T, pourvu seulement que le mandrin 2 présente la forme de sec- tion transversale correspondante. Les figures 6 et 7 mon- trent de telles formes de réalisation. 7.- RE V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé pour réaliser des coquilles de passage pour machines de coulée continue à partir de pièces de formes réalisées par filage à la presse et/ou par étirage, et/ou par forgeage en alliages de cuivre durcissables, procé- dé dans lequel ces pièces de formes sont tout d'abord sou- mises à un recuit d'homogénéisation, puis trempées et qu'en- suite le matériau cuivreux est durci par la chaleur, procédé caractérisé en ce qu'avant le durcissement par la chaleur, il est procédé à une conformation à froid de la pièce de forme avec calibrage simultané des parois donnant la forme au moyen d'un mandrin introduit dans la pièce de forme. 2.- Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la conformation à froid et le calibrage s'ef- fectuent par le passage simultané du mandrin et de la pièce de forme à travers une matrice. 3.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la conformation à froid et le calibrage s'effectuent grâce à des efforts appliqués sur les parois externes de la pièce de forme au cours d'un processus de forgeage ou de laminage. 4.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la conformation i froid et le calibrage s'effectuent grâce à des efforts appliqués sur les parois externes de la pièce de forme par détonation d'une substance explosive ou bien par un procédé électro-dynamique. 5.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la conformation à froid et le calibrage s'effectuent par pression hydrostatique ou bien par un pro- cédé hydrostatique. 6.- Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 5, caractérisé par la combinaison des étapes de procédés du passage à travers la matrice, du forgeage ou du laminage avec pour terminer un calibrage par détona- tion d'une substance explosive. 7.- Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le recuit d'homogénéi- sation d'au moins la zone interne de la pièce de forme tubu- laire, donnant la forme, s'effectue en atmosphère réductrice. 8.- Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise comme maté- riaux cuivreux susceptibles d'4tre durcis, un alliage de 0,2 à 1,2 % de chrome, de 0,05 à 0,4 % de zirconium, de Jusqu'à 0,04 % d'un ou plusieurs des éléments phosphore, lithium, calcium, magnésium, silicium ou bore comme moyens de désoxydation, le reste étant du cuivre et des impuretés courantes. 9.- Coquille tubulaire pour installation de coulée en continue réalisée selon le procédé correspon- dant à l'une quelconque des revendications 1 à 8, coquille caractérisée en ce qu'elle comporte une section transver- sale rectangulaire, polygonale et ronde. 10.- Coquille tubulaire pour installation de coulée en continue réalisée selon le procédé correspon- dant à l'une quelconque des revendications 1 à 8, coquille caractérisée en ce qu'elle comporte une forme de section transversale en T, en double T, en U ou bien en L. il.- Coquille tubulaire selon l0une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que les sur- faces internes délimitant l'espace creux, s'étendent coni- quement ou partiellement coniquement.