FR2522291A1 - Tube centrifuge en fonte a graphite spheroidal et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

LE TUBE COULE T EST SOUMIS INTERIEUREMENT EN COQUILLE 1 A UNE ASPERSION D'EAU UNIFORME DE 1000C ENVIRON A 350C ENVIRON. PUIS, IL EST EXTRAIT DE LA COQUILLE ET SOUMIS DANS UN FOUR A UN MAINTIEN ISOTHERME DE BAINITISATION, APRES QUOI IL SE REFROIDIT A L'AIR LIBRE JUSQU'A LA TEMPERATURE AMBIANTE. SANS QU'IL SOIT NECESSAIRE D'AJOUTER DES ELEMENTS TREMPANTS COUTEUX, ON OBTIENT AINSI DES TUBES ALLEGES AYANT DE TRES BONNES PROPRIETES MECANIQUES ET DONT L'OVALISATION RESTE ACCEPTABLE.

Description

2552 t 94 La présente invention est relative à la fabrication de tubes en

fonte à graphite sphéroldal par

coulée centrifuge et plus particulièrement à un traite-

ment thermique consécutif à la coulée centrifuge visant a doter le tube centrifugé d'une structure permettant

son allégement.

Les tubes c'est-&-direles tuyaux cylindri-

ques d'épaisseur constante en fonte à graphite sphé-

roldal ont actuellement, après coulée par centrifugation I O et traitement thermique, une structure ferritique qui présente deux avantages: d'une part, cette structure leur confère de bonnes caractéristiques mécaniques (résistance élastique et ductilité); d'autre part, cette

structure ferritique est facilement obtenue par traite-

I 5 ment thermique après la coulée centrifuge, soit dans une coquille pourvue intérieurement d'un revêtement épais d'un mélange pulvérulent de silice et de bentonite en suspension dans l'eau (revêtement dit "wetspray">,soit

dans une coquille dépourvue d'un tel revêtement.

Dans le cas de la présence d'un revêtement

de "wet-spray" sur la coquille, on soumet le tube, ex-

trait de sa coquille et rapidement introduit dans un four avant qu'il ne soit trop fortement refroidi, à un traitement thermique dit de "maintien de ferritisation" à une température de l'ordre de 7500 C, pendant un temps de l'ordre de 20 à 25 minutes, puis on le laisse se

refroidir naturellement.

Dans le cas dl'absence de revêtement de "wet-

spray" sur la coquille, on extrait le tuyau de sa coquil-

le de coulée eton l'introduit rapidement dans un four o on lui fait subir un recuit de graphitisation à une

température de l'odre de 950 'C pendant un temps de l'or-

dre de 20 à 25 minutes, puis un maintien de ferritisation * à une température de l'ordre de 750 'C pendant un temps

de l'ordre de 15 à 20 minutes.

t 25 t 9

La Demanderesse s'est posé le problème d'ob-

tenir économiquement des tubes en fonte coulés par cen-

trifugation qui soient plus légers que les tubes actuels,

sans perte sensible de caractéristiques mécaniques.

La Demanderesse a cherché à obtenir ce résul- tat en conférant au tube en fonte à graphite sphéroidal,

au lieu de la structure ferritique habituelle, une struc-

ture bainitique, qui présente une résistance à la trac-

tion et une caractéristique d'allongement ainsi qu'une caractéristique de résilience égales ou supérieures à

celles de la structure ferritique.

La structure bainitique de la fonte sphéroi-

dale a déjà été recherchée pour des pièces en fonte

coulées en coquille, notamment pour des organes mécani-

I 5 ques d'automobiles,comme le montre par exemple le brevet FR 1 056 330, en raison des bonnes caractéristiques

mécaniques conférées par une telle structure.

Dans un article de la revue "Hommes et Fonderie" n 84 d'Avril 1978, est décrit un traitement thermique d'obtention de cette structure bainitique Le traitement thermique décrit est celui dit de "la trempe étagée" qui permet d'aboutir à la structure bainitique

en passant par l'austénitisation par des phases succes-

sives de refroidissement à vitesses différentes, dont une trempe, en partant de la pièce chaude, telle qu'elle vient d'être moulée Ce traitement présente l'avantage

de ne pas nécessiter un chauffage initial d'austéniti-

sation. Cependant, suivant la technique décrite dans cet article, étant donné la faible aptitude à la trempe

dé là fonte à graphite sphéroldal, non seulement il faut-

un contrôle très serré des teneurs en carbone, en sili-

cium et en manganèse de la fonte, mais encore, si l'on veut traiter des pièces relativement épaisses, il faut 2522291 t apporter des éléments d'alliages coûteux tels que le molybdène, particulièrement efficaces, même en quantités modestes, pour accroître l'aptitude à la trempe de la

fonte dans une mesure suffisante pour que la trempe éta-

gée évite la formation de perlite et aboutisse à la

formation de bainite.

La Demanderesse s'est au contraire posé le

problème d'obtenir des tubes centrifugés en fonte baini-

tique à graphite sphéroldal sans apport d'éléments IO spéciaux onéreux même en faible quantité, tels que le

molybdène '.

A cet effet, l'invention a pour objet un

tube centrifugé en fonte à graphite sphéroidal, caracté-

risé en ce que la fonte possède la composition suivante I 5 en poids: carbone 2,5 à 4,0 % silicium: 2 à 4,0 % manganèse 0,1 à 0,6 % nickel: O à 3,5 % cuivre: O à 11 % magnésium: 0 à 0,5 % soufre: 0,01 % maximum

phosphore: 0,06 % maximum.

le reste étant dufer,

cette fonte ayant une structure bainitique.

Pour réaliser un tel tube, suivant l'inven-

tion, on part d'une fonte à graphite sphéroldal ayant la composition indiquée, on coule cette fonte dans une

coquille de centrifugation pourvue d'un revêtement ré-.

fractaire et refroidie extérieurement par de l'eau, on

laisse le tube centrifugé se refroidir en coquille jus-

qu'à une température de l'ordre de 800 à 10000 C pour acquérir une structure austénitique, puis, toujours en coquille, on le refroidit énergiquement et uniformément 25229 t sur toute sa longueur par pulvérisation d'eau ou d'un mélange air et eau sur sa paroi interne, jusqu'à environ 250 à 400 OC, de manière à lui conférer une structure austénitique ou bainitique, puis on démoule-le tube de la coquille et on le place à l'intérieur d'un four main- tenu entre 250 et 450 'C en vue de créer ou de maintenir une structure bainitique, et l'on retire le tube du four

pour le laisser refroidir à l'air.

L'expérience montre que le tube suivant Io l'invention possède un poids unitaire sensiblement réduit et une pression de service sensiblement accrue, au prix d'une ovalisation plus élevée sous le poids propre du

tube, mais restant dans les limites acceptables.

L'invention est exposée ci-après plus en I 5 détail à l'aide des dessins annexés, qui en représentent seulement un mode d'exécution Sur ces dessins: la Fig 1 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'une machine à centrifuger des tubes en fonte, équipée d'un dispositif d'arrosage pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, la machine étant en position de fin de coulée; la Fig 2 est une vue analogue à la Fig 1 de la machine pendant la phase d'arrosage du tube en coquille du procédé suivant l'invention; la Fig 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la Fig 2; la Fig 4 est une vue schématique en coupe

transversale illustrant la phase de maintien de bainiti-

sation, à l'intérieur d'un four, du procédé de l'inven-

tion;

les Fig 5 et 6 sont des diagrammes compara-

tifs du traitement thermique du procédé de l'invention (courbes en trait plein) par rapport à des traitements thermiques antérieurs connus, respectivement pour

252239 1.

l'obtention d'une structure bainitique avec chauffage d'austénitisation et pour l'obtention d'une structure ferritique dans la fabrication classique des tubes en fonte centrifugés, ces courbes correspondant à des tubes de diamètre nominal 1600 mm; les Fig 7 et 8 sont des micrographies d'une structure de paroi de tubes centrifugés en fonte à

graphite sphéroidal, respectivement à structure bainiti-

que au grossissement 1000, et à structure ferrito-perli-

IO tique au grossissement 100.

Suivant l'exemple d'exécution des Fig 1 à 3, l'invention est appliquée à la fabrication de tubes en

fonte à graphite sphéroidal par coulée centrifuge.

Le procédé conforme à l'invention consiste à I 5 partir d'une composition de fonte à graphite sphéroidal qui est la suivante, en pourcentage en poids: carbone: 2,5 à 4,0 %, et notamment 3,6 % silicium: 2 à 4,0 %, et notamment 2,4 % manganèse: 0,1 à 0,6 %, et notamment 0,5 % nickel: O à 3, 5 %, et notamment 0,2 % cuivre: O à 11 %, et notamment 0,5 % magnésium: O à 0,5 %, et notamment 0,03 % soufre: 0,01 % maximum phosphore: 0,06 % maximum

le reste étant du fer.

Cette composition de fonte a été modifiée

par rapport à celle qui sert habituellement à la fabri-

cation de tuyaux en fonte à graphite sphéroidal à struc-

ture ferrito-perlitique par apport des éléments Ni et Cu qui n'existaient pas et par apport, de préférence,

d'un notable supplément de Mn, la fonte de base habituel-

le n'en contenant que 0,1 à 0,2 % Les éléments Ni, Cu, Mn

ont la propriété d'améliorer la trempabilité de la fonte.

On coule par centrifugation cette composi-

tion de fonte à graphite sphéroidal dans une machine à

centrifuger illustrée schématiquement aux Fig 1 à 3.

Cette machine comprend essentiellement un chariot A mobile en translation grâce à un vérin B Ce

chariot A porte une coquille métallique 1 de centrifuga-

tion, d'axe X-X à peu près horizontal, par l'intermédiai-

re de galets C dont l'un au moins est entralné par un

moteur M La coquille 1 offre une cavité de moulage cy-

IO lindrique de même diamètre d'une extrémité à l'autre en vue d'obtenir un tube T de diamètre et d'épaisseur de

paroi constants sur toute sa longueur, donc sans embol-

tement Le tube T a par exemple une longueur de 6 à 8 m pour un diamètre intérieur qui peut aller de 60 mm à I 5 2000 mm suivant la machine à centrifuger et la coquille

1 utilisées.

La machine est pourvue, comme connu, d'un

dispositif de refroidissement extérieur de la coquille 1.

Il peut s'agir de rampes de pulvérisation d'eau réparties autour de la coquille 1, à l'intérieur d'un carter ou d'une carrosserie enveloppant cette coquille, ou bien d'une enveloppe d'eau circulant d'une extrémité à l'autre de la coquille, et à l'extérieur de celle-ci, en circuit fermé Dans un but de schématisation, le dispositif de refroidissement extérieur de la coquille 1, quel qu'il

soit, étant connu en soi, n'a pas été représenté.

Par ailleurs, étant donné que l'invention s'applique de préférence, mais non exclusivement, à la

fabrication de tubes en fonte de grands diamètres, c'est-

à-dire de diamètres supérieurs à 700 mm et pouvant aller jusqu'à 2000 mm, on a représenté à côté de la machine, à droite de la Fig 1, une silhouette humaine S pour bien

montrer le diamètre important de la coquille 1 dans la-

quelle doit être coulé le tube T. 252229 t Bien que, pour les raisons exposées plus loin,

c'est pour les grands diamètres que le procédé de l'in-

vention est le plus avantageux, ce procédé est également applicable à la fabrication de tubes en fonte de petits et moyens diamètres, c'est-à-dire de diamètres compris

entre environ 50 et 600 mm.

A l'intérieur de la coquille 1 peut pénétrer à peu près parallèlement à son axe X-X un canal de coulée E muni à l'amont d'un déversoir G alimenté en fonte IO liquide par une poche basculante H. L'ensemble du canal E et de son déversoir G

est monté en porte à faux sur un chariot 2 mobile trans-

versalement par rapport à l'axe X-X, c'est-à-dire suivant

une direction de bout par rapport au plan de la Fig 1.

I 5 Le chariot transversal 2 porte également en porte à faux une longue conduite rigide ou rampe 3 de pulvérisation d'eau reliée à une alimentation en eau sous pression non

représentée La conduite rigide 3 a une longueur corres-

pondant à celle du canal E, donc de la coquille 1, et est également à peu près parallèle à l'axe X-X de la coquille 1 Elle est montée sur le chariot transversal 2 avec un décalage par rapport au canal E d'une distance transversale telle que par déplacement transversal du chariot 2, lorsque le canal E est à l'intérieur de la coquille 1, la conduite rigide 3 est à l'extérieur et réciproquement. La conduite rigide ou rampe 3 est pourvue sur

toute sa longueur de paires de buses jumelées 4 de pulvé-

risation d'eau Les ajutages des buses 4, opposés deux à deux, ont des sections réglables et réglées de manière à fournir chacune un débit d'eau approprié en fonction de 1 'épaisseur du tube,qui est sensiblement constante sur toute la longueur du tube T Les moyens de réglage des sections des

* ajutages des buses 4, connus en soi, ne sont pas repré-

sentés.

La coquille 1 est pourvue, avant chaque coulée, d'un revêtement réfractaire la dit de "wet-spray",

c'est-à-dire d'un mélange de poudre de silice et de ben-

tonite en suspension dans l'eau Ce revêtement a par exemple une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,8 mm Les constituants de ce mélange de revêtement sont dans les proportions suivantes: 500 à 3000 g de poudre de silice de granulométrie comprise entre 40 et 100 microns et 10

à 40 g de bentonite par litre d'eau Les organes de pul-

IO vérisation de ce revêtement, connus en soi, n'ont pas

été représentés.

Il est à noter qu'à la Fig 1, o le canal E se trouve en partie à l'intérieur de la coquille 1, une partie de la conduite 3 à buses 4 n'est pas visible I 5 puisque cette conduite est escamotée latéralement Il faut considérer la Fig 2 pour voir la conduite 3 avec la totalité de ses buses 4 introduites à l'intérieur de la coquille 1 en position d'arrosage; le canal de coulée E est alors en position escamotée latéralement, devant

le plan de la Fig 2, et n'a été représenté que partiel-

lement, dans un but de clarté Ceci apparaît bien à la

Fig 3.

A l'aide de cette installation, on procède

à la coulée d'un tube T par centrifugation en introdui-

sant dans la coquille le canal de coulée E puis en ver-

sant de la fonte par ce canal tout en l'extrayant pro-

gressivement de la coquille Conformément à l'invention, on ne verse dans la coquille de centrifugation 1 qu'une

quantité de fonte susceptible de donner un tube centri-

fugé d'épaisseur beaucoup plus faible que l'épaisseur habituelle, compte tenu du diamètre (voir plus loin le

tableau de valeurs numériques).

Lorsque la coulée du tu-be T est terminée, on fait subir à celui-ci le traitement thermique suivant, qui consiste en une trempe étagée effectuée en partie à l'intérieur de la coquille 1 de centrifugation et en partie dans un four de maintien, en vue d'obtenir et de conserver une structure bainitique en évitant la formation de perlite. Dans une première phase de ce traitement

thermique (Fig 5 et 6, courbe en trait plein), on lais-

se le tube T à l'intérieur de la coquille 1 de centri-

fugation pour lui faire subir une trempe de bainitisa-

IO tion, en passant par l'austénitisation, sans chauffage, en profitant des calories de la coulée On part donc d'un tube qui vient d'être centrifugé et de se solidifier et est encore à une température de l'ordre de 11500 C (après le passage du point a au point b sur la courbe en

I 5 trait plein des Fig 5 et 6).

Du fait que la coquille 1 est refroidie exté-

rieurement, et que l'on laisse tourner sur lui-même le tube T, celui-ci se refroidit lentement de a à b et de b à c, c'est-à-dire de 1300 'C à 11500 C et de 11500 C à 10000 C de manière pratiquement homogène; aux alentours du point c de la courbe en trait plein des Fig 5 et 6 et même en-dessous de ce point, par exemple jusqu'à 800 'C,

on note un faible écart de tempéraure entre la paroi in-

terne et la paroi externe, inférieur à 20 OC C'est ce

tube T à température homogène qui se trouve ainsi austé-

nitisé, c'est-à-dire avec unestructure austénitique au

point c, sans apport de calories, mais par le refroidis-

sement quis'opère après la coulée à l'intérieur de la

coquille 1.

A partir de cet état homogène en température et en structure austénitique, le traitement thermique de

trempe ou refroidissement rapide est effectué à l'inté-

rieur de la coquille de centrifugation à l'aide de la a rampe d'arrosage 3 et des buses de pulvérisation 4, par

pulvérisation d'eau ou d'un mélange d'air et d'eau.

A cet effet, immédiatement après la coulée,

on escamote latéralement le canal de coulée par déplace-

ment du chariot 2, on introduit entièrement dans la coquille de centrifugation 1 la rampe d'arrosage 3 à buses 4, et l'on procède à l'arrosage de la cavité du tube T qui vient d'être coulé, tout en continuant à faire tourner la coquille 1 Bien entendu, le débit d'arrosage, théoriquement constant tout le long du tube centrifugé,

peut être ajusté localement, si l'on constate des? irré-

IO gularités locales de température de la coquille 1, bien

que l'on cherche à rendre constant et uniforme le refroi-

dissement extérieur de celle-ci.

En procédant ainsi, le tube T se refroidit

de manière homogène Cette phase de trempe est représen-

I 5 tée par le trajet c-d sur les courbes en trait plein des Fig 5 et 6 La température du tube T descend ainsi en quelques minutes d'environ 10000 C (ou moins, par exemple 8000 C) à environ 3500 C.

L'eau de pulvérisation est vaporisée à l'in-

térieur du tuyau en rotation et évacuée de façon appro-

priée par des moyens non représentés.

En fait, la température de fin de trempe se

situe entre 250 C et 450 C Dans cette zone de tempéra-

ture qui se situe soit un peu au-dessus soit un peu au-

dessous de la valeur de 350 OC inscrite sur les courbes des Fig 5 et 6, le tube T a une rigidité suffisante pour ne plus risquer d'ovalisation hors de la coquille de centrifugation Le tube a également obtenu grâce à la trempe c-d une structure exemple de perlite Sur les courbes des Fig 5 et 6, la région correspondant à la

perlite est située à droite de cette courbe, à une cer-

taine distance du tronçon c-d.

La seconde phase du traitement thermique consiste en un maintien en température pour consolider

ou fixer la structure bainitique (maintien de bainitisa-

tion) Pour cela, à la suite de la phase de refroidisse-

ment rapide ou trempe précédente, on extrait le tube T de la coquille de centrifugation, soit en arrêtant la rotation de celle-ci, soit en continuant de la faire tour-

ner pendant l'extraction, suivant le dispositif extrac-

teur dont on dispose Comme représenté à la Fig 4, on

introduit le tube T démoulé dans un four-tunnel 5 à bu-

ses de chauffage 6, de type connu, réglé de manière à IO maintenir le tuyau à une température constante comprise entre 250 et 450 'C, par exemple à 350 'C, pendant 5 à 120 minutes (tronçon d-e de la courbe de trempe des Fig 5 et 6), ce temps de maintien étant à peu près le même pour

tous les diamètres de tubes, à 10 minutes près.

I 5 Le temps de maintien en température vise à obtenir une structure bainitique homogène offrant les

caractéristiques mécaniques optimales indiquées plus loin.

Le tube T est porté dans le four 5 par une chaîne transporteuse 7 qui peut être d'un type assurant

simultanément la rotation du tube autour de son axe.

La dernière phase du traitement thermique consiste en un refroidissement rapide à l'air libre: à l'expiration du temps de maintien de bainitisation, on retire le tube T du four de maintien 5 et on le laisse

refroidir à l'air libre suivant le tronçon e-f des cour-

bes en trait plein des Fig 5 et 6, ce qui provoque un refroidissement rapide, environ en une dizaine de

minutes, à peu près jusqu'à la température ambiante.

L'ensemble des tronçons c-d-e-f de la courbe de refroi-

dissement en trait plein représente la trempe étagée du tube. Les Fig 5 et 6 illustrent les avantages du traitement thermique suivant l'invention, représenté par les courbes en trait plein, par rapport aux traitements Z 52 t 3 t antérieurs connus, représentés par les courbes en trait interrompu On voit apparaître un important gain de temps,

mais ce n'est pas le seul avantage.

Comme le montre la courbe en trait interrom-

pu de la Fig 5, le traitement classique d'obtention

d'une structure bainitique d'une pièce moulée statique-

ment (qui n'est donc pas un tube centri ugé)comporte un tronçon h-7-k-l similaire au tronçon c-d-e-f du procédé de l'invention, mais décalé dans le temps d'environ une IO à deux heures en raison des deux phases préalables 0-g

de chauffage d'austénitisation, qui peut durer de 20 minu-

tes à 2 heures suivant les applications, et j-h de main-

tien d'austénitisation à une température d'environ 1000 C,

plus généralement comprise entre 800 et 10000 C Le trai-

I 5 tement antérieur connu nécessite donc un apport de

calories pour amener les pièces traitées à la tempéra-

ture d'austénitisation au lieu de traiter les pièces dans le moule, immédiatement après leur coulée Il est donc clairque le procédé de l'invention, en économisant le chauffage d'austénitisation, apporte une importante

économie d'énergie par rapport à un tel traitement.

A la Fig 6, le traitement thermique de l'in-

vention est comparé à la technique antérieure de traite-

ment thermique de ferritisation (recuit) Le traitement thermique antérieur (courbe en trait interrompu) possède en commun le tronçon a-b-c avec la courbe en trait plein de l'invention Ensuite, le reste de la courbe c-m-n-7-_

est sensiblement différent de la courbe c-d-e-f du procé-

dé de l'invention Dans le processus de ferritisation, on

laisse le tube à l'intérieur de sa coquille de centrifu-

gation suivant la courbe a-b-c-m: ceci correspond à un

refroidissement à vitesse modérée, du fait du refroidis-

sement extérieur de la coquille de centrifugation et du refroidissement interne naturel du tube centrifugé De a à c, la structure aus-ténitique se forme Au-delà de c,

cette-structure n'est pas maintenue, mais le refroidis-

sement continue jusqu'en m, point o l'on procède à l'ex-

traction hors de sa coquille du tube suffisamment refroi-

di pour éviter une ovalisation notable Il s'ensuit un refroidissement à l'air un peu plus lent jusqu'à ce que l'on introduise le tube dansun four de recuit de ferriti" sation à une température de l'ordre de 7500 C Comme on le voit, un apport de calories est nécessaire, à l'intérieur

IO du four de recuit, pour l'obtention de la structure fer-

ritique, suivant la partie ascendante m-n de la courbe, ainsi que pour le maintien en température suivant le

tronçon n-p Cet apport de calories est sensiblement supé-

rieur à celui qui est nécessaire au maintien de bainiti-

I 5 sation suivant le tronçon d-e de la courbe en trait plein, dans le four de maintien 5, et ce d'autant plus que la température de maintien de bainïtisation est beaucoup plus basse ( 3500 C environ) que la température de maintien de ferritisation (environ 7500 C) On remarque en particulier

que la température de maintien de bainitisation est suffi-

samment basse pour que l'extraction du tube à cette tem-

pérature ne pose aucun problème et qu'il ne soit pas nécessaire de réchauffer ce tube lors de son introduction

dans le four 5 En conséquence, par rapport à la techni-

que antérieure de traitement thermique de ferritisation des tubes en fonte centrifugés, le procédé de l'invention

permet également une économie sensible d'énergie.

Du fait de la rotation du tube pendant qu'il est encore à l'intérieur de la coquille de centrifugation, c'est-à-dire pendant les phases de traitement thermique représentées par les tronçons a-b-c-d des courbes en

trait plein des Fig 5 et 6, donc pendant le refroidisse-

ment naturel et pendant la trempe par arrosage, le refroi-

dissement du tuyau est homogène.

252219 'lt La structure bainitique permet de réduire l'épaisseur de paroi, et donc le poids unitaire, des tubes grâce à ses bonnes propriétés mécaniques Cette sensible diminution d'épaisseur est en outre avantageuse pour l'homogénéité du refroidissement pendant les phases a-b-c-d, et en particulier pour l'aptitude à la trempe:

elle assure l'efficacité de cette trempe suivant la pha-

se c-d de la courbe de traitement thermique, à travers toute l'épaisseur du tube centrifugé, sans qu'il soit Io nécessaire d'ajouterà la composition de la fonte des éléments métalliques coûteux ayant un effet trempant,

c'est-à-dire facilitant la trempe, tels que le molybdène.

En d'autres termes, la réduction sensible d'épaisseur des tubes de fonte centrifugés apporte une économie

I 5 sensible sur la composition de la fonte.

On a vu également que le traitement d'austé-

* nitisation et de bainitisation suivant les phases b-c-d

de la courbe de traitement thermique du tube T à P'inté-

rieur de la coquille de centrifugation évite toute déformation du tube, donc toute ovalisation pendant qu'il

est encore à température élevée: en effet, la coquille de.

centrifugation, servant de support au tube, maintient sa

forme parfaitement cylindrique, et ceci malgré la réduc-

tion notable d'épaisseur qui augmente sa tendance à l'ova-

lisation Cette tendance à l'ovalisation poserait de sérieux problèmes si le tube était extrait de la coquille de centrifugation à une température plus élevée, par

exemple au-dessus de 500 'C.

La réalisation du traitement thermique sui-

vant l'invention, et plus particulièrement de la phase d'arrosage ou de pulvérisation d'eau à l'intérieur de la

cavité du tube suivant le tronçon c-d, est particuliè-

rement simple et économique par rapport à un traitement classique de trempe en bain de sel,qui nécessiterait t. 252229 t d'ailleurs un transport du tube hors de sa coquille alors qu'il est encore chaud et une manutention d'immersion du

tube dans un bain de sel Le procédé de l'invention per-

met d'économiser cette manutention et d'éviter en même temps le risque d'ovalisation qu'elle comporte. Le gain sensible de temps mentionné plus haut permet d'augmenter les cadences de fabrication des tubes centrifugés en fonte à graphite sphéroldal à structure bainitique L'arrosage de l'intérieur du tuyau centrifugé IO pendant la phase de trempe diminue le temps de séjour du

tube centrifugé dans la coquille de centrifugation.

C'est ce que l'on voit en comparant les deux courbes de la Fig 6, sur lesquelles l'extraction du tube hors de la coquille se situe au point m dans la technique connue I 5 alors qu'elle se situe au point d, 5 à 10 minutes avant,

dans le procédé de l'invention.

Il en résulte avantageusement pour la coquil-

le de centrifugation une réduction sensible des contrain-

tes thermiques car les calories à évacuer sont inférieu-

res d'environ 30 à 40 %, par rapportâ la technique anté-

rieure de fabrication des tubes 9 en fonte à structure ferritique, du fait de l'évacuation de chaleur par l'eau d'arrosage et de la diminution de la quantité de fonte versée à l'intérieur de la coquille En conséquence, la durée de vie des coquilles de centrifugation, qui sont les éléments les plus importants et les plus coûteux du

matériel de centrifugation, doit être notablement allon-

gée par rapport à la technique antérieure. Enfin, le tube de l'invention centrifugé en fonte à graphite sphéroldal à

structure bainitique, malgré sa réduction sensible d'épaisseur, qui apporte un

allègement facilitant sa manutention, conserve des carac-

téristiques mécaniques sensiblement équivalentes à celles des tubes antérieurs ferritiques au prix d'une plus grande sensibilité à l'ovalis:ation, sensibilité restant cependant tolérable du fait que le tube ne subit aucune manutention lorsqu'il est à température élevée sujette

à l'ovalisation.

En ce qui concerne les caractéristiques méca- niques du tube suivant l'invention, le tableau ci-après donne des exemples numériques de dimensions, de poids, de pression de service garantie et d'ovalisation pour des tubes destinés à être enterrés sous une épaisseur de

IO terre de 4 m et pour des tuyaux de grand diamètre, c'est-

à-dire supérieur à 700 mm de diamètre nominal Les va-

leurs concernant le tube bainitique de l'invention sont comparées à celles de la technique antérieure concernant un tube ferritique et un tube ferritique allégé Dans ce

I 5 tableau, le coefficient K, défini par la norme interna-

tionale'ISO 2531, caractérise l'épaisseur du tuyau sui-

vant la formule: e = K ( 0,5 + 0,001 D N) dans laquelle: e = épaisseur en mm de la paroi du tube

DN = diamètre nominal.

TUBES GRANDS DIAMETRES -

Hauteur de couverture prévue = 4 m Diamè TECHNIQUE ANTERIEURE tre TUBE FERRITIQUE ET nomi PERLITIQUE (K= 9) nal

épais poids Pres -ovali-

seur tyen sion sation de de sous paroi ervi O poids mm kg/m propre (%) bars

800 11,5 211 28,5 0,09

1000 13,2 303 28 0,13

1200 15,0 412 27,5

1400 16,8 536 27,3

1600 18,5 677 26,9

1800 20,3 833 26,5 0,30

2000 22 i 1 1006 26,3 0,34 TCH Ni QUE ANTEKRIEURE

TUBE FERRITIQUE ALLEGE

(avec revêtement) K

épais poids p ovali-

seur moyen sation de sous paroi bars poids mm kg/m propre mn kg/m(%

8 147,8 23 0,922

9,7 223,1 23,2 0,28

11,3 311,3 23

13,0 417,2 23,2

14,5 531 23

16,2 666,6 23 0,51

17,8 813 23 0,56

INVENTION

TUBE BAINITIQUE

allégé revêtu

épais poids Pres ovali-

seur m O yen siion sation de de sous paroi service poids PS mm kg/m PS prof (%) bars

,9 109,3 29 0,56

6,8 156,8 28,7 0,74

7,9 218,2 28,5 0,90

9,0 189,6 28,5 1,05

,0 367,2 28,4 1,21

11,1 458 28,3 1,36

12,3 563,3 28 1,47

en général, revêtement intérieur de mortier de extérieur de vernis noir 1_ -J N = 4 ' ra te O ciment centrifugé et revêtement On voit sur le tableau ci-dessus que le gain de poids unitaire que l'invention permet d'obtenir est d'autant plus important que le diamètre du tube est

plus grand.

A titre comparatif et à l'avantage du tube à structure bainitique de l'invention, les caractéristiques mécaniques obtenues sont les suivantes: limite élastique 55 à 75 da N/mm 2 (au lieu de 30 environ pour la structure ferritique) IO allongement supérieur à 10 % (comme le tube ferritique); résistance à la rupture 70 à 110 da N/mm 2

(tube ferritique 45 da N/mm 2 environ).

La Fig 7 représente une structure microgra-

I 5 phique bainitique Dans cette structure, les plages noi-

res que l'on aperçoit dans les angles supérieur et infé-

rieur de gauche sont des parties de nodules de graphite.

Les formes allongées ressemblant à des fougères sont des zones de ferrite; on voit qu'elles couvrent la plus grande partie de la surface de la micrographie Les zones

blanches les plus importantes correspondent à de l'austé-

nite résiduelle; on voit qu('elles ne couvrent qu'une fai-

ble partie de la surface de lamicrographie C'est l'ensem-

ble de cette structure, -reconnaissable seulement au grossissement 1000 et non au grossissement 100, que l'on

appelle "bainitique".

A titre comparatif, suivant la micrographie de la Fig 8 au grossissement 100, à l'attaque au NITAL,

il s'agit d'une fonte à graphite sphéroidal ferrito-perli-

tique, à 40 % de ferrite et à 50 % de perlite, le reste étant du graphite sphéroidal Les plages noires rondes sont des nodules de graphite Les nodules sont entourés

de zones blanches constituant la ferrite Les zones gri-

ses restantes sont de la perlite Il s'agit de la struc-

ture d'un tube centrifugé de type classique.

252229 i

Claims (6)

REVENDICATIONS -

1. Tube centrifugé en fonte à graphite spheroidal, caractérisé en ce que la fonte possède la composition suivant en poids: carbone: 2,5 à 4,0 % silicium: 2 à 4,0 % manganèse: 0,1 à 0,6 % nickel: à 3,5 % cuivre: O à 11 % magnésium: O à 0,5 % IO soufre: 0,01 % maximum phosphore: 0,06 % maximum le reste étant du fer,

cette fonte ayant une structure bainitique.

2. Tube suivant la revendication 1, caracté-

I 5 risé en ce que la fonte a la composition suivante: carbone: 3,6 % silicium: 2,4 % manganèse: 0,5 % nickel: 0,2 % cuivre: 0,5 % magnésium: 0, 03 % soufre 0,01 % -,phosphore 0,06 %,

le reste étant du fer.

3 Tube suivant l'une des revendications 1

et 2, caractérisé en ce qu'il correspond au tableau suivant: diamètre nominal 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 mm Paisseur nomnale

approxi-

6 7 8 9 10 il 12,5 paroi (mm)

4. Procédé de fabrication d'un tube sui-

vant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté-

risé en ce qu'on part d'une fonte à graphite sphéroidal ayant la composition indiquée, on coule cette fonte dans une coquille de centrifugation pourvue d'un revêtement réfractaire et refroidie extérieurement par de l'eau, on

laisse le tube centrifugé se refroidir en coquille jus-

qu'à une température de l'ordre de 800 à 1000 C pour acquérir une structure austénitique, puis, toujours en IO coquille, on refroidit énergiquement et uniformément sur toute sa longueur par pulvérisation d'eau ou d'un mélange air et eau sur sa paroi interne, jusqu'à environ 250 à

400 C, de manière à lui conférer une structure austéni-

tique ou bainitique, puis on démoule le tube de sa coquil-

I 5 le et on le place à l'intérieur d'un four maintenu entre

250 et 450 C en vue de créer ou de maintenir une struc-

ture bainitique, et l'on retire le tube du four pour le

laisser refroidir à l'air.

5. Procédé suivant la revendication 4, ca-

ractérisé en ce que l'on utilise comme revêtement réfrac-

taire-de la coquille de centrifugation un mélange aqueux

de silice et de bentonite.

6. Procédé suivant l'une des revendications

4 et 5, caractérisé en ce que pendant la première phase

de refroidissement jusqu'à environ 800 à 10000 C et pen-

dant la phase de refroidissement énergique par pulvéri-

sation humide sur la paroi interne du tube de 800-10000 C à 250-400 'C, on entraîne celui-ci en rotation au moyen de

la coquille de centrifugation.