PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF GRINDING MEMBERS OF AN IRON ALLOY

Abstract: 1. A method of manufacturing crushing bodies from a ferrous alloy containing at least 1 % by weight of carbon, with axial symmetry or constant section, this method comprising shaping of the crushing bodies and a thermal treatment, the shaping comprising a solidification operation in an open ingot mould of a shaped section coming from continuous casting of said alloy, followed by division of said shaped section into billets and the thermal treatment being adapted to confer on the metal an austenitic or martensitic structure, this method being characterized in that the operation for dividing the shaped section into billets constitutes the final shaping operation of the crushing bodies to the exclusion of any plastic deformation thereof, so as to preserve for said bodies the radial crystallization structure resulting directly from the continuous casting of the shaped section.

Description: Procédé de fabrication de corPs broyants en alliage ferreux et nouveaux corps broyants obtenus par ce procédé. L'invention concerne un procédé de fabrication de corps broyants en alliage ferreux contenant au moins 1 % en poids de carbone, à symetrie axiale ou à section sensiblement constante. L'invention concerne également les nouveaux corps broyants en alliages ferreux préparés par ce procédé, On utilise couramment dans l'industrie, en particulier dans 1'industrie minière et pour le broyage du charbon, des corps broyants cylindriques en alliages ferreux. Ceux-ci sont habituellement réalisés soit par moulage, à partir de compositions ferreuses variées (aciers au carbonc-manganese, fontes à teneur en chrome variable, etc...), soit à partir d'un alliage ferreux, laminé et découpé, avec, dans ce cas, une teneur en carbone limitée à 1 % en poids. On sait cependant que, si l'on désire obtenir une bonne résistance à l'abrasion pour une composition déterminée, il est souhaitable que le corps broyant ait des couches externes à structure fine et, conjointement, aussi peu que possible de défauts internes. Les corps broyants existants et les procédés de fabrica tion proposés dans la technique présentent cependant des inconvénients de ce point de vue. En effet, un corps broyant cylindrique, s'il est moulé en sable, a une structure assez grossiere, du fait du refroidissecnt lent lié à cette technique. D'autre part, il oblige a fondre beaucoup de métal, de 1,3 à 1,5 fois plus que le poids des corps broyants obtenus. Il a été proposé, également, de fabriquer de tels corps par moulage en coquille t cette solution donne une structure satisfaisante, mais son procédé de fabrication est discontinu. En outre, il oblige également à fondre une quantité de métal supérieure au poids des corps cylindriques et il nécessite un outillage multiple complexe et un poteyage de protection. D'autre part, si le corps broyant cylindrique est réalisé à partir de profilés ou barres laminés en continu, son pourcentage de carbone ne peut dépasser 1 %, sans nécessiter des précautions couteuses de réchauffage, de taux de réduction limité, de vitesse de laminage lente, etc,,, De ce fait, sa résistance à l'usure est limitée par insuffisance de carbone et de carbure. L'invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant des corps broyants à dureté élevée, destinés à une utilisation dans un milieu tres abrasif et à humidité importante, qui puissent être fabriqués par un procédé peu croûteux, L'invention vise également à proposer un procédé qui permette de réaliser de tels corps broyants en continu, avec une très faible perte de métal et moyennant une consommation d'énergie limitée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de corps broyants en alliage ferreux contenant au moins 1 % en poids de carbone, à symétrie axiale ou à section constante, caractérisé en ce que la mise en forme desdits corps broyants comprend exclusivement une opération de solidification en lingotiére ouverte d'un profilé issu d'une coulée en continu dudit alliage, suivie d'une division dudit profilé en lopins de longueur désirée, cette mise à longueur étant précédée ou suivie d'un traitement thermique apte à conférer au métal une structure austénitique ou martensitique. L'invention a également pour objet les corps broyants en alliage ferreux, à symétrie axiale, ou à section constante, ayant une structure fine à cristallisation radiale sensiblement constante sur toute leur longueur et constitués d'une solution austénitique ou martensitique comprenant des carbures de type MC3 Cw et/ou M,C,obtenus en mettant en oeuvre ce procédé. La Demanderesse a, en effet, établi que, du fait du refroidissement rapide inhérent au procédé d'élaboration d'un profilé ou d'une barre d'un alliage ferreux fabriqué dans une installation de coulée en continu, le métal présente une structure fine à grain croissant de la surface externe de la barre vers l'axe central de-celle-ci, c'està-dire précisément le type de structure souhaitable pour des corps broyants, en vue d'augmenter leur résistance à l'abrasiono Par ailleurs, le profilé de métal de départ présente par lui-meme une symétrie axiale et une section constante perpendiculairement h son axe, c'est-à-dire le type de profil convenant aux corps broyants, ce qui évite d'avoir à façonner ceux-ci. On notera que ce procédé ne fait pas appel aux techniques de forgeage, couveuses et complexes, que l'on utilise pour 1'élaboration de corps broyants destinés a' une utilisation en milieu sec et peu abrasif. On notera également que ce procédé permet de tirer profit du fait que le profilé ou la barre brute de fabrication est à une température élevée pour éviter la dépense d'énergie nécessitée par la mise en température des lopins préalablement à leur traitement thermique. En effet le traitement thermique destiné à conférer au métal la structure austénitique ou martensitique désirée peut être appliqué à la barre chaude, brute de solidification, préalablement à la division du profilé en lopins, sans interrompre le procédé de fabrication en continu. On reviendra plus en détail sur les économies d'énergie ainsi réalisées, dans la suite de la présente description. Une forme préférée de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention consiste donc à appliquer le traitement thermique désiré au profilé métallique sortant directement de l'ensemble de solidification en continu du métal. La division du profilé en lopins de la longueur désirée pour les corps broyants peut s'effectuer par tout moyen connu dans la technique (coupe, casse, tronçonnage, etc.3. Les corps broyants obtenus par la mise en oeuvre du procédé décrit c-dessus constituent un autre objet de l'invention. Ces corps broyants à symétrie axiale ou à section constante (circulaire, carrée, hexagonale, octogonale ou autre), ont une structure fine et sont composés d'une solution solide austénitique ou martensitique contenant des carbures secondaires ou primaires ou eutectiques du type > C3 ou M3 C. Dans une forme de mise en oeuvre préférée de l'invention, lesdits corps broyants sont cylindriques et contiennent, en % en poids, 1 à 4 % de carbone, O à 40 % de chrome, O à 2 % de molybdène, 0,1 à 2,5 % de silicium, 0,1 à 15 % de manganèse, O à 5 % de vanadium, O à 5 % de cuivre et O à 1 % de magnésium. Ces corps broyants peuvent également contenir des éléments comme le tungstène (O & 5 %), le nickel (O à 5 %), le bore (0 à 2 %), le niobium (O à 2 %), le tantale, le zirconium, le cérium ou le bismuth. Ces corps broyants auront une longueur de l'ordre de 0,5 à 3 fois le diamètre moyen de leur section. Autrement dit, la barre d'origine sera tronçonnée en lopins de longueur comprise entre 0,5 et 3 fois son diamètre. On notera à ce propos, que la perte de métal au cours du processus de fabrication est infime, et de l'ordre de moins de 2 % en pratique, fusion comprise, ce qui constitue un autre avantage notable du procédé selon l'invention. Les exemples suivants, qui n'ont pas de caractère limitatif, illustrent diverses formes de mise en oeuvre en continu du procédé selon 1'invention et divers types de traitement thermique permettant d'obtenir les structures désirées. EXEMPI 1 Cet exemple concerne la fabrication de corps broyants cylindriques à structure austénitique, par refroidissement à l'aide d'air soufflé d'une barre chaude, brute de fabrication. On part d'une barre cylindrique, ayant un diamètre de 80 mm, issue d'une installation de coulée continue et ayant la composition suivante, en % en poids t - C s 2,2 % t - Cr t 16 % t - Mo i 0,2 % ; - Si i 0,7 Yo t - Mn t 0,85 % .% . Cette barre sort du dispositif de solidification en continu du métal à une température de 1 1000C et est immédiatement refroidie par passage dans une série d'an- neaux et de caissons de soufflage d'air, qui abaissent sa température jusqu'à environ 100 à 200 C On procède ensuite au tronçonnage de la barre en lopins à cette température. On constate que la structure micrographique des corps broyants résultants est constituée d'une solution solide austénitique contenant des carbures du type M7C3 qui, en surface, ont une structure très fine. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne l'application du procédé conforme à l'invention à la fabrication de corps broyants à structure martensitique, par refroidissement partiel d'une barre issue de coulée continue jusqu a un palier de maintien à une température qui rend l'austénite instable, suivi d'une trempe à l'air soufflé, On part d'une barre issue de coulée continue identique à celle de l'Exemple 1, et on procède à un abaissement forcé de sa température de 1 1000C jusqu'à 970-9900C0 On maintient la barre à cette dernière température pendant 15 à 30 minutes dans un tunnel calorifugé préchauffé, puis on la trempe à l'air soufflé jusqu'à une température comprise entre 100 et20O0C. On procède enfin au tronçonnage de la barre à cette température. On obtient des corps broyants cylindriques. à structure très fine en surface, constitués d'une solution solide martensitique comprenant des carbures primaires et secondaires de type M7C3. EXEMPLE 3 Cet exemple concerne, comme le précédent, l'application du procédé conforme à l'invention à la réalisation de corps broyants cylindriques à structure martensitique, dénommés "Cylpebs", mais par une trempe de la barre à l'eau ou à un mélange air-eau d'une durée limitée0 On part d'une barre cylindrique de 39 cm de diamètre, ayant la composition suivante en % en poids s - C t 1,8 à 2 2 t - Cr z 0,6 à 0,8 % t - Si : 0,6 % ; - : Mn : 0,6 % à - Cu : 0,4 % . Cette barre sort à une température deuil 1000C d'une installation de solidification en continu et sa température est abaissée en continu jusqu'à 3000C à l'aide d'un brouillard air-eau projeté sous pression. On laisse ensuite refroidir la barre à l'air calme jusqu'à 1200C et l'on procède au tronçonnage en lopins à cette température. Le refroidissement des lopins jusqu a la température ambiante s effectue en caisse Les corps broyants cylindriques obtenus ont une structure martensitique fine, de la surface vers le coeur, parsemée de carbures ae type M3C. Dans cet exemple, comme dans les précédents, on pourra procéder à un revenu, soit après le traitement thermique en continu sur la barre, avant tronçonnage, soit sur les corps broyants en vrac, en fonction de la dureté désirée pour ces corps broyants et des sollicitations de choc auxquelles ils seront soumis. Ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, directement sur la barre sortant de l'installation de solidification en continu du métal, permet d'effectuer des économies substantielles d'énergie. Ces économies sont de deux ordres t - d'une part, par élimination d'une refonte initiale du métal, nécessaire à sa mise en oeuvre, on peut estimer le gain d'énergie à environ 200 kWh/t du métal, c'est-àdire à 2 000 000 kWh/an pour une production de 10 000 t/an de corps broyants t - d'autre part, par élimination d'au moins une phase usuelle de chauffage, soit avant trempe, pour des corps broyants moulés, soit avant forgeage, puis avant trempe, pour des corps broyants forgés t en reprenant l'exemple d'une production de 10 000 t/an de corps broyants, on peut estimer l'économie d'énergie ainsi réalisée à 8 millions de thermies/an, par rapport à des corps broyants moulés, et entre 9 et 17 millions de thermies/an par rapport à des corps broyants forgés0 Le procédé de fabrication de corps broyants conforme à l'invention présente donc des avantages considérables par rapport aux procédés usuels de la technique connue.

Claims: Revendications de brevet 1. Procédé de fabrication de corps broyants en alliage ferreux contenant au moins 1 % en poids de carbone, à symétrie axiale ou à section constante, caractéris en ce que la mise en forme desdits corps broyants comprend exclusivement une opération de solidification en lingotière ouverte d'un profilé issu d'une coulée en continu dudit alliage, suivie d'une division dudit profilé en lopins de longueur désirée, cette mise à longueur étant précédée ou suivie d'un traitement thermique apte à conférer au métal une structure austénitique ou martensitique, 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit profilé est divisé en lopins ayant une longueur égale à environ 0,5 à 3 fois le diamètre dudit profilé, 3. Procédé selon l'une des revendications I et 2, caracterise en ce que la division en lopins est effectuée directement sur le profilé métallique sortant de l'ensemble de solidification en continu du métal0 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, en vue de l'obtention d'une structure austénitique, on procède à un refroidissement du profilé chaud, brut de solidification, à l'aide d'air soufflé directement sur ledit profilé. 5c Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, en vue de l'obtention d'une structure martensitique, on procède à un refroidissement partiel du profile chaud, brut de solidification, jusqu'à une température qui rend l'austénite instable, on le maintient un certain temps à cette température et on le trempe enfin à l'air soufflé. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, en vue de l'obtention d'une structure martensitique, on procède à une trempe à l'eau ou à un mélange air-eau du profilé chaud,brut de solidification. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que soit les corps broyants obtenus, soit ledit profilé après traitement thermique, sont soumis à un revenu. 8. A titre de produits industriels nouveaux, les corps broyants en alliage ferreux, à symétrie axiale ou à section constante, ayant une structure fine à cristallisation radiale sensiblement constante sur toute leur longueur et constitués d'une solution austénitique ou martensitique comprenant des carbures de type M7C3 et/ou MgC,obtenus en mettant en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Corps broyants selon la revendication 8, caractérisés en ce que l'alliage ferreux comprend, en % en poids, 1 à 4 % de carbone, O à 40 % de chrome, O à 2 % de molybdène, 0,1 à 2,5 % de silicium, 0,1 à 15 ,' de manganèse, 0 à 5 % de vanadium, O à 5 % de cuivre et O à 1 % de magnésium. 10. Corps broyants selon la revendication 9, caractérisés en ce que l'alliage ferreux contient également, en % en poids O à 5 % de tungstène, 0 à 5 % de nickel, O à 2 % de bore et O à 2 % de niobium. 11. Corps broyants selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisés en ce que l'alliage ferreux contient en outre du tantale, et/ou du zirconium et/ou de cérium et/ou du bismuth.

Inventors: DE CHARENTENAY, LUC
Applicants: ACIERIES THOME CROMBACK SOCIETE ANONYME DITE:
Application year: 1980
Main classification: B02C17
IPC codes: B02C17, C22C37