Brevet FR2612818A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne un procédé de fa- brication de tubes, barres et bandes,à partir de billettes de coulée continue ou analogues, par travail à froid de sorte que la température de la matière s'élève jusqu'à la plage de recristallisation, sous l'influence de la ré- sistance à la déformation. Le procédé se rapporte en parti- culier au traitement additionnel de biellettes en métaux non ferreux,tels que cuivre, aluminium, nickel, zirconium et titane, ainsi qu'en alliages de chacun de ces métaux. Dans la fabrication de produits semi-finis en cuivre et alliages de cuivre, la procédure généralement appliquée dans l'art antérieur pour le traitement addi- tionnel de lingots provenant d'une coulée en lingots, tels que des billettes rondes et des brames, comprend d'a- bord un travail à chaud puis un travail à froid. Le stade de travail à chaud comprend par exemple un laminage, une extrusion ou un perçage, et le stade de travail à froid comprend par exemple un laminage, un étirage ou un lamina- ge dans un laminoir Pilger. Ensuite, chaque produit est soumis au traitement additionnel spécial pour le type de produit concerné. Afin de réduire les stades de travail dans le processus de fabrication, l'industrie moderne utilise de plus en plus la coulée continue, l'objectif étant de don- ner au lingot des dimensions aussi proches que possible des dimensions du produit final. Dans certains cas, cette méthode de coulée est également appelée coulée continue à filière submergée. La structure cristalline d'un produit obtenu par coulée continue, par exemple celle d'une viro- le de tube, est par nature à gros grain et non homogène. Cela entraîne des difficultés particulières dans le trai- tement ultérieur de la matière. Le traitement additionnel d'une billette de coulée continue ayant une petite sec- tion transversale, par exemple une bande, est souvent un travail à froid. Toutefois, la structure grossière et non homogène engendrée dans la coulée peut, en particulier dans le travail à froid d'un tube ou d'une barre, donner à la matière une surface dite en peau d'orange, ce défaut étant encore visible dans le produit final et nuisant à son ac- ceptabilité lors de l'examen final. Un autre inconvénient de cette structure est que, lorsque le travail à froid se poursuit sans recuit intermédiaire, comme il est courant dans l'industrie, la matière est soumise déjà à un stade précoce à des fissures qui conduisent à sa rupture. Cela est particulièrement fréquent dans des traitements dans lesquels la matière doit être cintrée sous tension, par exemple si on utilise l'étirage au bloc pour des tubes. Suivant un procédé usuel de fabrication de tubes, la virole tubulaire extrudée est d'abord laminée à froid dans un laminoir Pilger, après quoi on effectue un étirage au bloc. Toutefois, le coût du laminage Pilger est élevé et un autre inconvénient qui doit être mentionné est qu'on ne peut pas corriger l'excentricité éventuelle de la vi- role au moyen d'un laminoir Pilger. Comme déjà indiqué, le travail à chaud est la solution habituelle dans le cas de la coulée en lingots et également en partie dans le cas de la coulée continue. Lorsqu'on emploie cette méthode, les difficultés dues à la structure cristalline non homogène après coulée peuvent également être résolues, puisqu'on sait que les métaux et alliages sont recristallisés et par conséquent homogénéi- sés dans le travail à chaud.Toutefois, l'application d'une méthode de travail à chaud, en particulier pour les bil- lettes de cuivre, aluminium et leurs alliages, obtenues par coulée continue,qui ont de petites sections transver- sales, est beaucoup trop coteuse. SMS Schloemann-Siemag AG a développé une tech- nique de laminage planétaire dans laquelle trois rouleaux coniques sont disposés à 120 les uns des autres. Les rou- leaux tournent autour de leur axe et également autour de l'axe central de l'ensemble du système planétaire. La réduction de section effectuée en une seule passe est élevée, dépassant même 90%. On désigne souvent le lami- nage planétaire en utilisant l'abréviation PSW (Planeten- schrâgwalzwerk), et ledit appareil est protégé par plu- sieurs brevets. Jusqu'à présent, on a appliqué le laminage pla- nétaire au laminage de l'acier. Dans le cas de tubes, les billettes préchauffées passent d'abord par exemple dans une machine de perçage, puis dans le laminoir PSW. Dans le cas du laminage de barres, les billettes sont d'abord préchauffées séparément. Ainsi, en ce qui concerne le la- minage de l'acier dans des laminoirs planétaires, on uti- lise toujours la méthode de travail à chaud usuel. Une découverte inattendue a récemment montré que, dans le travail des métaux non ferreux, en particu- lier le cuivre, l'aluminium, le nickel, le zirconium et le titane, ainsi que des alliages de chacun de ces métaux, on obtient un bon résultat final en ce qui concerne la microstructure de la matière, sans préchauffage séparé ou sans recuit intermédiaire séparé, si la température de la matière s'élève jusqu'à la plage de recristallisa- tion pendant le travail à froid, du fait d'une réduction de section importante et du frottement interne de la ma- tière considérée. Conformément à la présente invention, on ob- tient un procédé de fabrication de tubes,barres et bandes en métal non ferreux, caractérisé en ce que la billette est travaillée à froid d'une manière telle que la tempé- rature de la matière s'élève jusqu'à la plage de recris- tallisation, en raison de l'influence de la résistance à la déformation. Le travail à froid désigne d'une manière géné- rale un procédé auquel la matière à traiter est soumise sans préchauffage et dans lequel la température de ladite matière, pendant le travail, reste au-dessous de la tempé- rature de recristallisation. Lorsqu'on se réfère au tra- vail à froid dans le cas de la présente invention, on en- tend un travail dans lequel la température au début du travail est la température ambiante mais dans lequel, pen- dant le travail, la température s'élève sensiblement au- dessus de la température normale de travail à froid, c'est- à-dire jusqu'à la plage de recristallisation de la matière. Dans les essais effectués, on a trouvé que pen- dant le travail, du fait de la résistance à la déformation engendrée dans la matière par une forte réduction de sec- tion et par frottement interne, la température de la matiè- re s'élève jusqu'à la plage de 250 à 750 C. Les essais ont montré qu'une température de recristallisation appropriée est dans la plage de 250 à 700 C pour le cuivre et les alliages de cuivre, dans le plage de 250 à 450 C pour l'aluminium et les alliages d'aluminium, dans la plage de 650 à 760 C pour le nickel et les alliages de nickel, dans la plage de 700 à 785 C pour le zirconium et les alliages de zirconium, et dans la plage de 700 à 750 C pour le ti- tane et les alliages de titane. On peut régler la tempéra- ture de travail à une valeur appropriée à chaque matière considérée, par réglage du refroidissement. La structure au moins partiellement recristallisée permet un traite- ment ultérieur par travail à froid,par exemple étirage au bloc d'un tube, sans risque de fissuration de la ma- tière. En outre, il est avantageux pour le procédé que l'élévation de température en relation avec le travail soit de courte durée, afin d'éviter le risque d'une croissance de grain excessive et d'une oxydation exces- sive des surfaces. La dimension de grain de la matière sortant du stade de travail est petite, de l'ordre de 0,005 à 0,050 millimètre. Dans le travail à froid d'une virole de tube, le laminage planétaire s'est avéré être une méthode ap- propriée pour élever la température jusqu'à la plage de recristallisation. A l'intérieur de la virole de tube, qui est avantageusement d'un diamètre de 80/40 mm par exemple, on place un mandrin à l'aide d'un porte- mandrin et on lamine la virole de tube aux dimensions d'au moins /40 mm et plus avantageusement aux dimensions de 45/40 mm, après quoi on procède à d'autres étirages. Le laminage de barres est effectué de la même façon que celui des tu- bes, mais bien entendu sans le mandrin. Pour la fabrica- tion de bandes, on peut choisir une autre méthode de tra- vail qui engendre une réduction de section assez élevée, par exemple un forgeage. Si l'augmentation de température provoquée par le travail de ia matière n'est pas suffisante pour la recristallisation de la matière, on peut l'accroître par un léger préchauffage de la matière, par exemple au moyen d'un enroulement d'induction à travers lequel la billette passe juste avant le stade de travail. Comme le montre la description ci-dessus, dne matière obtenue par coulée continue est une matière con- venant pour l'alimentation d'un laminage PSW mais, en outre, elle peut être par exemple une virole de tube extrudée. Ainsi, on peut remplacer le laminage Pilger coûteux par le laminage PSW plus économique, et les avan- tages supplémentaires obtenus sont une meilleure micro- structure de la matière et la possibilité de réduire l'ex- centricité d'une virole de tube pendant l'opération. La variante la plus avantageuse du procédé suivant la présen- te invention pour la production de tubes et de barres est l'utilisation d'une combinaison relativement économique de coulée continue-laminage PSW qu'on peut employer à la place de la technique coûteuse de coulée en billettes-ex- trusion (ou perçage) - laminage Pilger. Outre les dispositions qui précèdent,l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces exemples et les parties descriptives correspondan- tes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'ob- jet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. EXEMPLE 1 (art antérieur) Une virole de tube obtenue bar coulée continue, en cuivre phosphoreux désoxydé (Cu-DHP), est laminée dans un laminoir Pilger. La dimension initiale de la virole est de 80-60 mm et la dimension de grain de la structure cou- lée est de 1-20 mm. Le laminage est satisfaisant et la dimension du tube sortant est de 44/40 mm. La structure coulée est ainsi devenue une structure écrouie. La dureté du tube est comprise dans la plage de 120 à 130 HVS. Tou- tefois,le tube laminé de la façon décrite ne supporte pas l'étirage au bloc et seul l'étirage au banc rectiligne est possible. Afin d'étirer au bloc le tube produit de cette façon, un recuit intermédiaire est nécessaire. Par conséquent, on constate que la structure coulée ne dispa- rait pas dans le laminage, car dans ce type de laminage la température de la matière reste basse. En outre, la qualité de la surface n'est pas satisfaisante, du fait de la structure coulée grossière. EXEMPLE 2 (art antérieur) Une virole de tube de coulée continue, de 80/ mm, est soumise à un étirage droit dans un banc d'éti- rage. La qualité de la surface du tube est médiocre et l'étirage ne peut pas être poursuivi par étirage au bloc sans recuit intermédiaire, car la structure coulée ne supporte pas de fortes réductions. La matière de la vi- role est la même que dans l'exemple précédent et égale- ment les structures coulée et écrouie ainsi que la dure- té du tube travaillé à froid restent dans les mêmes pla- ges que ci-dessus. EXEMPLE 3 (art antérieur) Une virole de tube de 80/60 mm, d'une dimension de grain de 0,1 mm environ, qui a été extrudée à partir d'une billette coulée d'une dimension de 280 x 660 mm et en cuivre phosphoreux désoxydé (Cu - DHP), est laminée dans un laminoir Pilger jusqu'à la dimension de 44/40 mm. La dureté d'un tube ainsi laminé est de 120-130 HV5 en- viron et la structure est la structure écrouie. On ef- fectue un travail supplémentaire du tube pour l'amener aux dimensions finales, par étirage au bloc et étirage au banc sans recuit intermédiaire. Le produit final peut, si nécessaire, subir un recuit d'adoucissement. EXEMPLE 4 Une virole de tube de coulée continue en cuivre phosphoreux désoxydé (CuDHP), d'un diamètre de 80/40 mm et de structure coulée normale (dimension de grain 1-20mm), est laminée dans un laminoir PSW jusqu'aux dimensions de 46-40mm. Le laminage est satisfaisant et le tube ainsi laminé peut également être encore étiré au bloc. En ce qui concerne la microstructure du tube laminé, on observe que la dimension de grain est petite, de 0,005 à 0,015 mm, ce qui signifie qu'une recristallisation s'est produite dans la structure pendant le laminage. La dureté du tube laminé est de 75-80 HV5, c'est-à-dire qu'un recuit d'adoucisse- ment n'est pas nécessaire. On soumet le tube à six étira- ges au bloc et on obtient les dimensions de 18/16,4 mm. Après étirage, la dureté du tube est de 132 HV5. EXEMPLE 5 Une virole de tube extrudée, de 80/40 mm, en cuivre désoxygéné Cu-OF, est laminée dans un laminoir PSW jusqu'aux dimensions de 46/40 mm. Le laminage est réussi et la structure est recristallisée sous l'influence de l'augmentation de température pendant le travail. La di- mension de grain du tube laminé est de 0,010 mm environ et sa dureté de 80 HV5 environ. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement ceux de ses modes de mise en oeuvre et d'application qui viennent d'être dé- crits de façon plus explicite; elle en embrasse au con- traire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. Revendications 1. Procédé pour la fabrication de tubes,de bar- res et de bandes en métal non ferreux, caractérisé en ce que la billette est travaillée à froid d'une manière telle que la température de la matière à traiter s'élève jusqu'à la plage de recristallisation, du fait de la résistance à la déformation. 2. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le travail à froid est un laminage à froid. 3. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que, pendant le travail à froid, la billette est soumise à un préchauffage immédiatement avant le tra- vail à froid. 4. Procédé suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que le préchauffage est effectué au moyen d'un enroulement d'induction. 5. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la billette est en cuivre ou alliage de cuivre. 6. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la billetI, est en aluminium ou alliage d'aluminium. 7. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la billette est en nickel ou alliage de nickel. 8. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la billette est en zirconium ou alliage de zirconium. 9. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la billette est en titane ou alliage de titane. 10.Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la réduction de section lors du travail à froid est au moins de 70%. 11. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la réduction de section lors du travail à froid est avantageusement de 90% environ. 12. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le travail à froid de la billette est effectué par laminage planétaire. 13. Procédé suivant la revendication 12, carac- térisé en ce que le travail à froid d'une virole de tube est effectué par laminage planétaire. 14. Procédé suivant la revendication 12,caracté- risé en ce que le laminage à froid d'une billette pleine est effectué par laminage planétaire. 15. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la billette à travailler est obtenue par coulée continue. 16. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la billette à travailler est extrudée. 17. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la température de la matière à travailler s'élève jusqu'à la plage de 250-750 C. 18. Procédé suivant les revendications 5 et 17, caractérisé en ce que la température s'élève à la plage de 250-700 C. 19. Procédé suivant les revendications 6 et 17, caractérisé en ce que la température s'élève à la plage de 250-450 C. 20. Procédé suivant les revendications 7 et 17, caractérisé en ce que la température s'élève à la plage de 650-750 C. 21. Procédé suivant les revendications 8 et 17, caractérisé en ce que la température s'élève à la plage de 700-750 C. 22. Procédé suivant les revendications 9 et 17, caractérisé en ce que la température s'élève à la plage de 700-750 C. 23. Procédé suivant les revendications 1 et 17, caractérisé en ce que la température est réglée par régla- ge du refroidissement. 24. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la dimension de grain de la matière tra- vaillée reste dans la plage de 0,005 à 0,050 mm.