Brevet FR2632976A1 — publié le 19891222

La présente invention a pour objet un procedé et un dis-positif de fabrication d'un produit composite polymétallique multicouches tel qu'un fil, une barre, ou une tôle, notamment à base d acier. Il est particulièrement intéressant pour de nombreuses applications de disposer d'une pièce. notamment d'acier. présentant des propriétés différentes dans 1 me et dans ses couches superficielles, En effet, lame dune pièce en acier doit conférer à ladite pièce la résistance' mécanique, 1 aptitude à 1 emboutissage ou la conductibilité thermique alors que les couches superficielles en contact avec le milieu extérieur doivent résister à l'agressivité de ce milieu ou à son caractère abrasif, ne pas en altérer les propriétés (cas des aliments) et posséder un aspect esthétique. entre autres. On a déjà proposé diverses solutions à ces contraintes parfois antinomiques entre le métal d-e coeur et le métal de peau, qui consistent en des produits tels qu'une tole polymétallique stratifiee, c' est-à-dire une tâle composite formée d'au moins deux couches dont la nature et la composition des métaux constitutifs de chaq-ue couche est differente. Pour fabriquer ces tôles polymétalliques stratifiées on a recours à différents procédés connus tels que le colaminage à chaud et à froid, le plaquage par explosion, le rechargement ou la formatiDn d'un matériau s-andwich par coulée en lingotière. Le colaminage est le procéde le plus courant. Le colaminage à chaud consiste à superposer deux tôles ou plus par mise en contact de leurs grandes faces, a souder leurs bords et à laminer à chaud le stratifié ainsi obtenu afin d'obtenir une liaison métallurgique des diverses couches. Parmi les inconvénients de ce procédé on peut citer la médiocre cohésion des couches stratifiées et sa restriction à la fabrication de tôles fortes plaquées. Le colaminage à froid concerne des produits minces et la liaison n'est pas aussi intime que celle obtenue par le procédé faisant l'objet de la présente invention. Le procédé de plaquage par explosion consiste à réaliser la liaison métallurgique entre deux tôles superposées grâce à l'impact à grande vitesse de ces dernières sous l'effet de la pression générée par une matière explosive disposée au-dessus de la surface libre d'une des tôles. Les inconvénients de ce procédé tiennent aux contraintes de mise en oeuvre ainsi qu'à 1 impossibi- lité de plaquer un métal d'apport relativement fragile. Le procédé par rechargement consiste à apporter par soudage une couche d'un métal de peau sur une tôle ou une structure a y.a n t déjà subi les étapes de transformation. Les inconvénients de ce procédé tiennent à la diffusion des éléments d'une des couches dans l'autre ce qui impose une épaisseur importante de métal d'apport en plusieurs passes. Ce procédé est déconseillé pour les tôles minces qui ont tendance à se déformer sous l'effet thermique lors du soudage. Les procédés consistant à former un matériau sandwich par coulée en lingotière d-un métal d'apport autour d'une plaque comportant tous les inconvénients inhérents à la diffusion des éléments constitutifs d'un des métaux dans l'autre. D'autre part, 1 ép,ais- seur finale de la couche superficielle n'est pas constante. La plup-art de ces méthodes présente des inconvénients à des titres divers et en particulier celui de ne pouvoir fabriquer des produits composites sur des lignes de laminage classiques comporta-nt un laminage à chaud puis à froid, sans encourir un risque important de décohésion. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé inus- triel de fabrication d'un fil, d une barre ou d'une tâle polymétallique de grande valeur d'usage, présentant notamment des propriétés remarquables de caracté distiques mécaniques et de résistance à la corrosion, éventuellement d'emboutissabilité et de conductibilité thermiqué. L'invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication d'un produit composite polymetallique comportant au moins deux couches métalliques différentes, caractérisé en ce que - on place dans une lingotière une enveloppe de forme sensiblement parallélépipédique et ménageant avec celle-ci un espace, ladite enveloppe constituant l'une des couches mtalliqués, - on introduit dans l'espace ainsi ménage sur toute la hauteur de la lingotière un matériau granulaire, on os coule- en source à l'intérieur de 1 enveloppe et à une température déterminée un métal de base pour l'obtention d'un lingot polymétallique, - puis on soumet le lingot entouré par l'enveloppe à un processus de laminage à chaud, puis éventuellement à froid jusqu'à l'obtention du produit, dans les conditions usuelles de laminage. L invention a également pour objet un dispositif de fabrication d'un produit composite polymétallique formé d'au moins deux couches métalliques differentes, à partir d'une lingotière, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe de forme sensiblement parallélépipédique constituant l'une des couches métalliques, disposée à l'intérieur de la lingotière et ménageant avec celle-ci un espace et des moyens de coule en source d'un métal de base dans ladite enveloppe. La description ci-dessous d'un mode de réalisation d'un dispositif de fabrication d'un produit polymétallique, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté sur la figure unique du dessin annexé, fera d'ailleurs ressortir les avantages et caractéristiques de l'invention. Comme le montre cette figure, le dispositif est constitué par une lingotiére 1 ouverte à ses deux extrémités Et fixée sur un plateau 2 qui comporte des moyens de centrage 3 de la lingotiére. Une enveloppe 4 de forme sensiblement paral lélèpipédique est constituée par exemple par une tôle soudée ou par un tube, et disposée à l'intérieur de ladite lingotiére. Cette enveloppe par exemple en acier inoxydable s'étend sur toute la hauteur de la lingotière et ménage avec la paroi interne de celle-ci un espace annulaire 5 de largeur déterminée. L'extrémité inférieure de l'enveloppe 4 repose sur un rebord incliné la forme à la partie inférieure de la paroi interne de la lingotière et s'étendant vers l'axe de celle-ci de façon à obturer l'espace annulaire 5. Si la lingotière ne présente pas de rebord incliné la, l'enveloppe 4 repose sur le plateau 2. Dans cet espace annulaire 5 est introduit un matériau granulaire formé par exemple par de la silice. La largeur de cet espac-e annulaire est de i'ordre de 10 à 100 mm, et de préférence comprise entre 30 et 70 mm D'autre part, l'enveloppe 4 comporte à chacune de ses extrémités une. virole respectivement 6 et 7 s'étendant vers l intérieur de la lingotière et obturant partiellement ses extrémités. Le plateau 2 comporte un canal 8 de coulée en source- d'un métal de base à l'intérieur de l'enveloppe 4. Après avoir ainsi préparé la lingotière 1 le métal de base- constitué par exemple par de l acier ordinaire, est coulé en source à l'intérieur de l'enveloppe 4 par 1' intermédiaire du canal d ' alimen- tation 8 et monte dans cette enveloppe jusqu'à la virole supérieure 6. Les viroles 6 et 7 permettent de limiter l'oxydation à l'interface des deux matériaux en présence et de maintenir l'acier ordinaire dans sa gaine constituée par l'enveloppe en acier inoxydable 4, lors des opérations ultérieures. La température de coulée de l'acier ordinaire est comprise entre 1580-C et 1650 C. L'épaisseur appropriez de silice entre l'enveloppe 4 et la lingotiére 1 permet le collage entre l'acier inoxydable et l'acier ordinaire, en limitant l'extraction thermique, sans fondre totalement l'acier -inoxydable. Par ailleurs, une pellicule de paraffine peut etre déposée à l'interface acier ordinaire-aci.er inoxydable de façon à éliminer la couche d'oxyde entre l'acier inoxydable et l'acier ordinaire. Le lingot polymétallique ainsi obtenu, est extrait de la lingotière 1, puis est ensuite laminé à chaud. Le processus de laminage est poursuivi jusqu à l'obtention du produit désiré tel qu'un fil, une barre ou une tole ayant l'épaisseur souhaitée, éventuel- lement complétée par un laminage à froid. Une large gamme de caractéristiques mécaniques peut être obtenue suivant le choix du matériau composant 1' ame et l'acier inoxydable en surface confère au produit la résistance à la corrosion et à l'oxydation. L'aspect de surface des produits obtenus est excellente et la bonne adhérence du métal d'apport sur le métal de base permet d'éviter toute cohésion. D'une manière générale, le matériau composite mis au flint selon le procédé faisant l'objet de 1 invention présente une couche extérieure d'une grande propreté inclusionnaire et d'une bonne adhérence. Par ailleurs, suivant les compositions chimiques du substrat et du métal d'apport, le matériau composite peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - bonne résistance à la corrosion par les solutions - bonne tenue à l'oxydation à chaud - bonnes caractéristiques mécaniques - bonne conductibilité thermique - bonne emboutissabilité - aptitude au fluotournage - bonne propriété magnétique - faible coefficient de dilatation. Les utilisations du produit obtenu s-elon l'invention sont nombreuses et variées grace aux qualités particulières apportées par le mode d obten tion du matériau. composite. Dans le cas d'un produit composite acier inoxydable - acier ordinaire, les applications en produits longs, tels que des fils sont par exemple, le fil à vigne et les ronds à béton. Le matériau obtenu avec une combinaison judicieuse entre 1' ame et la couche extérieure apporte les caractéristiques et. la résistance à-la corrosion et son prix est inferieur à l'acier inoxydable "plein", si l'on choisit correcte ment les nuances. On peut également fabriquer des tôles qui -trouvent une application dans les échangeurs de chaleur pour- les industries chimiques, et pétrochimiques, les diffuseurs et articles culinaires et les silencieux d'échappement peuvent étre cités à titre d exemples. En particulier, une tale composite polymétallique obtenue selon le procédé de la présente invention est particulièrement approprié pour la fabrication du récipient de cuisson dont seules les couches superficielles sont en acier inoxydable et sur une très faible épaisseur de l'ordre du dixième de mm. On obtient ainsi un article ayant une bonne résistance à la corrosion et une excellente conductibilité thermique qui permet de se dispenser des fonds rapportés diffuseurs de la chaleur. En outre, i'ame de la tâle composite permet une mise en forme aisée par emboutissage au fluotournage. L'invention est particulièrement-intéressan- te pour les matériaux acier inoxydable extérieur acier ordinaire intérieur. On peut toutefois utiliser l'invention avec d'autres mariaux. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un produit composite polymétallique comportant au moins deux couches métalliques différentes, caractérisé en ce que : - on place dans s une lingotière (1 ) une enveloppe (4) de forme sensiblement parallélépipédique et ménageant avec celle-ci un espace annulaire (5), ladite enveloppe constituant l'une des couches métalliques, - on introduit dans l'espace (5) ainsi ménagé sur toute la hauteur de la lingotière un matériau granulaire, - on coule en source à l'intérieur de l'enveloppe (4) et à une température déterminée un métal de base puur l'obtention d'un lingot polymétallique, - puis, on soumet le lingot entouré par l enveloppe à un processus de laminage à chaud, puis éventuellement à froid jusqu'à l'obtention du produit, dans les conditions usuelles de laminage. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la largeur de l'espace (5) est de l'ordre de 10 à 100 mm. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau granulaire est constitué par de la silice. 4* Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température de coulée du métal de base est comprise entre 1580 et 1650'C. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une pellicule de paraffine est de posée à l'interface enveloppe métal de base. 6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe (4) est en acier inoxydable. 7 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le métal de base est un acier ordinaire. 8. Dispositif de fabrication d'un produit composite polymétallique formé d'au moins deux couches métalliques différentes.. à partir d'une lingotière (1), caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe (4) de forme sensiblement parallélépipédique constituant l'une des couches métalliques, di s po s ée à l'intérieur de la lingotière (1) et ménageant avec celle-ci un espace annulaire (5) et des moyens (8) de coulee en source d'un métal de base dans ladite enveloppe (4). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe (4)- comporte à chacune de ses extrémités une virole (6, 7) orientée vers l'intérieur de la lingotière (1) et obturant partiellement ces extrémités. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la largeur de l'espace (-5) ménagée entre la virole (4) et la paroi interne (1) est supérieure à 4 mm.