FR2632977A1 - METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING A MULTILAYERED POLYMETALLIC COMPOSITE PRODUCT BY CASTING AROUND AN INSERT, SUSPENDED IN A LINGOTIERE - Google Patents
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- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/02—Casting compound ingots of two or more different metals in the molten state, i.e. integrally cast
Abstract
Description
La présente invention a pour objet un.The present invention relates to a.
procédé et un dispositif de fabrication d'un produit composite polymétallique multicouches tels qu'un fil, method and apparatus for producing a multilayer polymetallic composite product such as a wire,
une barre ou une t6le, notamment à base d'acier. a bar or a plate, in particular based on steel.
On sait qu'il est particulièrement intéres- sant pour de nombreuses applications de disposer d'un produit, nptamment à base d'acier, présentant des propriétés différentes dans l'âme et dans ses couches superficielles. En effet, l'âme d'une pièce en acier, telle qu'un fil ou une t6le mince emboutie, doit It is known that it is of particular interest for many applications to have a product, especially with steel, having different properties in the core and in its superficial layers. Indeed, the core of a steel part, such as a wire or a thin plate pressed, must
conférer à la pièce la résistance mécanique, l'apti- to give the part the mechanical resistance, the
tude à- l'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 alimentsl et posséder If the surface layers in contact with the external environment have to withstand the aggressiveness of this medium or its abrasive nature, do not alter its properties (case of the foodstuffs and possess
un aspect esthétique, entre autres. an aesthetic aspect, among others.
On a déjà proposé diverses solutions à ces contraintes parfois antinomiques entre le.métal de coeur et le métal de peau, qui consistent en des produits tels qu'une t6le polymétallique stratifiée, c'est-à-dire une f6ôle composite formée d'au moins deux couches dont la nature et la composition des métaux Various solutions have already been proposed to these sometimes antinomic constraints between the core metal and the skin metal, which consist of products such as a stratified polymetallic plate, that is to say a composite metal formed from minus two layers including the nature and composition of metals
constitutives de chaque couche est différente. constituent of each layer is different.
Pour fabriquer ces t6les 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 formation d'un These laminated polymetallic plates are made using various known methods such as hot and cold roll forming, explosive plating, reloading or forming of a laminate.
matériau sandwich par coulée en lingotière. sandwich material by casting in the mold.
Le colaminage est le plus courant. Le colaminage à chaud consiste à superposer deux couches ou plus par mise en contact de leurs grandes faces, a souder leurs bords et à laminer à chaud le stratifié Colaminage is the most common. Hot roll forming is the process of overlapping two or more layers by contacting their large faces, welding their edges and laminating the laminate
ainsi obtenu afin de réaliser une liaison métallurgi- thus obtained in order to achieve a metallurgical
que des diverses couches.that different layers.
Parmi les inconvénients de ce procédé, citons 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 Among the disadvantages of this method are the poor cohesion of the laminated layers and its restriction to the manufacture of plated plates. Cold roll-over relates to thin products and the bond is not as intimate as that obtained by the process forming the subject of the present invention. The method of explosive plating consists of making the metallurgical connection between two superposed sheets thanks to the high speed impact of the latter under the effect of the pressure generated by an explosive material disposed above
de la surface libre d'une des tôles. of the free surface of one of the sheets.
Les inconvénients de ce procédé tiennent aux The disadvantages of this process are
contraintes de mise en oeuvre ainsi qu'à l'impossibi- implementation constraints and the impossibility
lité de plaquer un métal d'apport relativement fragile. the ability to press a relatively brittle filler metal.
Le procédé à rechargement consiste à appor- The reloading process consists of
ter par soudage une couche-d'un métal de peau sur une tôle ou une structure ayant 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 ter by welding a layer of a skin metal on a sheet or a structure having already undergone the processing steps. The disadvantages of this process are the diffusion of the elements of one layer in the other, which imposes a large thickness of filler metal in several passes. This process is not recommended for thin sheets that tend to
se déformer sous l'effet thermique lors du soudage. to deform under the thermal effect during welding.
Les procédés consistant à former un matériau sandwich par coulée en lingotière d'un métal d'apport autour d'une plaque comportent tous les inconvénients inhérents à la diffusion des éléments constitutifs The methods of forming a sandwich material by casting a filler metal around a plate in a mold have all the disadvantages inherent in the diffusion of the constituent elements.
d un des métaux dans l'autre. D'autre part, l'épais- one of the metals in the other. On the other hand, the thick
seur finale de la couche superficielle n'est pas constante. La plupart de ces méthodes présentent des inconvénients à des titres divers et en particulier celui de ne pas pouvoir fabriquer les produits composites sur des lignes de laminage classique comportant un laminage, à chaud puis à froid, sans encourir un risque important de décohésion et de sortie du matériau interne de sa gaine lors du the final layer of the superficial layer is not constant. Most of these methods have disadvantages to various titles and in particular that of not being able to manufacture the composite products on conventional rolling lines with a rolling, hot and cold, without incurring a significant risk of decohesion and exit of the inner material of its sheath during
laminage.rolling.
La présente invention a pour but de remédier The present invention aims to remedy
à ces inconvénients en fournissant un.prôcédé indus-- these disadvantages by providing an indus-
triel de fabrication d'un produit composite polyme- triel manufacturing a polyme-
tallique présentant notamment de bonnes caractéristi- including good characteristics
ques mécaniques et des propriétés remarquables de mechanical properties and remarkable properties of
résistance à la corrosion et éventuellement d'embou- resistance to corrosion and possibly
tissabilité et de conductibilité thermique. wearability and thermal conductivity.
L'invention a ainsi-pour objet un procédé de fabrication - d'un produit composite polymêtallique comportant au moins deux couches métalliques différentes, caractérisé en ce que - on suspend un insert constituant le métal de base dans une lingotière homothétique audit insert, - on coule en source à une température et à une vitesse de montée déterminées un métal d'apport - recouvrant la totalité de l'insert pour l'obtention - d'un lingot polymétallique, - on soumet le lingot entouré par le métal d'apport à un processus de laminage à chaud, puis éventuellement à froid jusqu'à l'obtention du produit, dans les conditions usuelles de laminage, - puis on effectue un recuit adapté aux deux The subject of the invention is thus a process for producing a polymetallic composite product comprising at least two different metal layers, characterized in that an insert constituting the base metal is suspended in a homothetic mold to said insert, flows into a source at a determined temperature and a rate of rise determined a filler metal - covering the whole of the insert to obtain a polymetallic ingot, - the ingot surrounded by the filler metal is subjected to a hot-rolling process, then possibly a cold process until the product is obtained, under the usual rolling conditions, and then an annealing adapted to both
couches métalliques pour homogénéiser les caractéris- metal layers to homogenize the characteristics
tiques mécaniques du coeur et de la surface du - mechanical ticks of heart and surface of -
produit.product.
Selon une autre caractéristique de l'inven- According to another characteristic of the invention
tion, la température de coulée du métal d'apport the casting temperature of the filler metal
correspond à une surchauffe de 30'C à 200'C. corresponds to overheating from 30'C to 200'C.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la vitesse de montée du métal d'apport est comprise entre 0,5 m/mn et 5 m/mn et notamment According to yet another characteristic of the invention, the rate of rise of the filler metal is between 0.5 m / min and 5 m / min and especially
comprise entre 1,5 m/mn et 2,5 m/mn. between 1.5 m / min and 2.5 m / min.
L'invention a également pour objet un dispositif de fabrication d'un produit composite polymétallique formé d'au moins deux couches métalliques différentes, à partir d'une lingotière et d'un insert constituant le métal de base, caractérisé en ce que la lingotière est homothétique par rapport à l'insert et en ce qu'il comporte d'une part des moyens de centrage de l'insert et d'autre part des moyens de coulée en source d'un métal d'apport autour de l'insert. The invention also relates to a device for manufacturing a polymetallic composite product formed of at least two different metal layers, from an ingot mold and an insert constituting the base metal, characterized in that the mold is homothetic with respect to the insert and in that it comprises firstly means for centering the insert and secondly means for casting a source of filler metal around the insert .
La description ci-dessous d'un mode de The description below of a mode of
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 realization of a device for manufacturing a polymetallic product, given by way of non-limiting example and shown in the single figure of the accompanying drawing, will also highlight the advantages and
caractéristiques de l'invention.features of the invention.
Comme le montre cette figure, le dispositif constitué par une lingotière 1 par exemple en forme de tronc de pyramide ouvert à sa partie inférieure et à As shown in this figure, the device constituted by an ingot mold 1 for example in the form of a truncated pyramid open at its lower part and
sa partie supérieure.its upper part.
La lingotière 1 est fixée sur un plateau 2 de telle manière que sa petite base soit orientée vers le bas. A cet effet, le plateau 2 comporte des moyens The mold 1 is fixed on a plate 2 so that its small base is oriented downwards. For this purpose, the plate 2 comprises means
de centrage 3 de la lingotière.centering 3 of the mold.
Le plateau 2, constituant le fond de la lingotière, comporte d'une part dans l'axe de la lingotière un trou borgne 4 de centrage d'un insert 5 constituant le métal de base et d'autre part deux canaux 6 de coulée en source d'un métal d'apport comme The plate 2 constituting the bottom of the mold, comprises on the one hand in the axis of the mold a blind hole 4 for centering an insert 5 constituting the base metal and on the other hand two channels 6 for casting. source of a filler metal as
on le verra ultérieurement.we will see later.
L'insert 5 par 'exemple en acier ordinaire et en forme de tronc de pyramide comporte à sa partie inférieure, c'est-à-dire du côté de sa plus petite ba'se, un plot de centrage-7 constitué par le reste du canal de coulée, et à sa partie supérieure, une tige 8 The insert 5, for example made of ordinary steel and in the form of a truncated pyramid, has at its lower part, ie on the side of its smaller base, a centering stud 7 made up of the remainder. of the pouring channel, and at its upper part, a rod 8
de manutention et de centrage.handling and centering.
La. lingotière 1 est homothétique par rapport The mold 1 is homothetic with respect to
à l'insert 5.at the insert 5.
Le processus général de fabrication d'un lingot composite polymétallique est réalisé de la The general process of manufacturing a polymetallic composite ingot is made from the
façon suivante.following way.
Tout d'abord, on introduit dans la lingo- First, we introduce into the lingo
tière 1, l'insert 5 de telle manière que le plot de centrage 7 pénètre dans le trou borgne 4. Ce plot 7 a une hauteur déterminée de façon à ménager également un intervalle entre le fond de la lingotière et la 1, the insert 5 so that the centering pin 7 enters the blind hole 4. This stud 7 has a determined height so as to also provide a gap between the bottom of the mold and the
partie inférieure de l'insert.lower part of the insert.
Ens'uite, on ferme la lingotière 1 par un couvercle 10 qui ménage également un intervalle avec la partie supérieure de l'insert et on met en place un cadre 11 qui assure le centrage supérieur dudit insert Next, the mold 1 is closed by a cover 10 which also accommodates an interval with the upper part of the insert and a frame 11 is put in place which ensures the upper centering of said insert
par l'intermédiaire de'la tige 8.via rod 8.
Une fois cette opération réalisée, on coule en source -le métal d'apportconstitué par un exemple Once this operation is carried out, it flows in source - the filler metalconstituted by an example
par de l'acier -inoxydable qui pénètre dans l'inter- by stainless steel which enters the inter-
valle 9 par les canaux 6 et recouvre complètement l'insert, aussi bien les faces latérales que la tètn valle 9 by the channels 6 and completely covers the insert, both the side faces and the tètn
et le pied dudit insert en acier ordinaire. and the foot of said ordinary steel insert.
Le choix de la vitesse de montée et de la surchauffe du métal d'apport est primordial pour obtenir une solidification et un état de surface de l'acier inoxydable satisfaisant. Pour une épaisseur d'acier inoxydable désirée, cette vitesse est fixée par la hauteur du lingot et le diamètre des canaux de coulée. La température de coulée du métal d'apport correspond à une surchauffe par rapport au liquidus d'au moins 30'C, et comprise généralement entre 50' et C. A titre d'illustration, pour une hauteur de lingot de 2,1 m, la surchauffe de coulée de l'acier inoxydable est de l'ordre de 80'C, la vitesse de coulée est comprise entre 1,5 et 2, 5 m/mn, et le diamètre des canaux d'alimentation est compris entre The choice of the rise rate and overheating of the filler metal is essential to obtain satisfactory solidification and surface finish of the stainless steel. For a desired thickness of stainless steel, this speed is fixed by the height of the ingot and the diameter of the casting channels. The pouring temperature of the filler metal corresponds to overheating compared to the liquidus of at least 30 ° C, and generally between 50 'and C. By way of illustration, for an ingot height of 2.1 m , the overheating of casting of stainless steel is of the order of 80'C, the casting speed is between 1.5 and 2.5 m / min, and the diameter of the supply channels is between
40 et 80 mm.40 and 80 mm.
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'une tôle, une The polymetallic ingot thus obtained is extracted from the mold 1 and is then hot rolled. The rolling process is continued until the desired product, such as a sheet, a
barre ou un fil ayant l'épaisseur souhaitée, éven- bar or wire with the desired thickness,
tuellement complétée par un laminage à froid. L'acier inoxydable recouvrant l'âme en tête et en pied, le matériau interne ne sort pas de sa gaine lors du laminage. Après le laminage à chaud et/ou à froid, un recuit adapté aux deux matériaux en présence est effectué pour homogénéiser les caractéristiques supplemented by cold rolling. Stainless steel covering the core at the head and foot, the internal material does not come out of its sheath during rolling. After the hot and / or cold rolling, an annealing adapted to the two materials in the presence is performed to homogenize the characteristics
mécaniques du coeur et de la surface du produit. mechanics of the heart and the surface of the product.
Une large gamme de caractéristiques mécani- A wide range of mechanical characteristics
ques peut être obtenue suivant le choix du matériau composant l'âme et les recuits appliqués. L'acier inoxydable en surface confère au produit la résistance This can be obtained according to the choice of the material composing the core and the applied anneals. Surface stainless steel gives the product resistance
à la corrosion et à l'oxydation.corrosion and oxidation.
Compte-tenu des formes homothétiques de l'insert et de la lingotière, le produit final a une Given the homothetic shapes of the insert and the mold, the final product has a
épaisseur d'acier inoxydable homogène. thickness of homogeneous stainless steel.
A -titre d exemple, on décrira ci-après la fabrication d'un lingot composite dont l'âme est un acier doux et le métal d-'apport est un acier inoxydable, L'acier inoxydable coulé en source est du type Z 2CN 18.09, dont la composition chimique est la suivante C Si Mn Ni Cr Mo As an example, the manufacture of a composite ingot whose core is a mild steel and the metal of contribution is a stainless steel, will be described below. The stainless steel cast in source is of Z 2CN type. 18.09, whose chemical composition is as follows: C Si Mn Ni Cr Mo
0,019 0,307 1,294 - 9,148 - 18,36 0,430 0.019 0.307 1.294 - 9.148 - 18.36 0.430
Cu N W V Co SCu N W V Co S
0,235 0,064 0,038 0,073.0,155 0,0220.235 0.064 0.038 0.073.0.155 0.022
pu 0,027 (Z pondéraux) -L'insert de diamètre égale à 300 mm est du type XC200 et correspond environ 50 Z du produit total. La composition chimique,de l'insert est la suivante: C- Si Mn Ni Cr Mo 0.027 (Z-weight) - The 300 mm diameter insert is of the XC200 type and corresponds to about 50% of the total product. The chemical composition of the insert is as follows: C- Si Mn Ni Cr Mo
0,203 0,393 - 0,-874 0,169 0,853 0,410 0.203 0.393 - 0, -874 0.169 0.853 0.410
Cu Ai " - Sn W VCu Ai "- Sn W V
0,114 0,010 0,012 0,010 0,005 0,005- 0.114 0.010 0.012 0.010 0.005 0.005-
Co S P. 0,017 0,024 0,014 (< pondéraux> Co S P 0.017 0.024 0.014 (<by weight>
La température de coulée de l'acier inoxyda- The casting temperature of stainless steel
ble a été de 1539'C et la montée a été régulière en 1'10". Le diamètre des canaux de source était de 56 mm. Après épaillage, le lingot polymétallique a été dégrossi en un diamètre de 148 mm puis laminé à un The flow was 1539 ° C and the rise was steady in 1'10 ".The diameter of the source channels was 56 mm. After spalling, the polymetallic ingot was roughed to a diameter of 148 mm and then rolled to a
diamètre de 10,5 mm, à une température de 1120'C. diameter of 10.5 mm at a temperature of 1120 ° C.
Ensuite, un recuit du type hypertrempe et/ou Then, a annealing of the type hypertrempe and / or
revenu a été effectué pour homogénéiser les caracté- income was made to homogenize the characteristics
ristiques mécaniques, et éviter les décohésions à l'interface acier inoxydable acier doux. Un laminage à mechanics, and avoid decohesion at the interface stainless steel mild steel. Rolling to
froid a été effectué jusqu'au diamètre de 2 mm. cold was carried out up to a diameter of 2 mm.
L'aspect de surface des produits obtenus est excellente et la bonne adhérence du métal d'apport sur The surface appearance of the products obtained is excellent and the good adhesion of the filler metal to
le métal de base permet d'éviter toute décohésion. the base metal prevents any loosening.
D'une manière générale, le matériau composi- In general, the composite material
te mis au point selon le procédé faisant l'objet de l'invention présente une couche extérieure d'une grande propreté inclusionnaire et d'une' bonne adhérence. Par ailleurs, selon 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 Developed according to the method of the invention has an outer layer of high inclusiveness and good adhesion. Moreover, depending on the chemical compositions of the substrate and of the filler metal, the composite material may have one or more of the following characteristics: - good resistance to corrosion by the solutions - good resistance to hot oxidation - good mechanical properties - good thermal conductivity - good drawability flow-spinning ability - good magnetic property
- faible coefficient de dilatation. - - low coefficient of expansion. -
Les utilisations du produit ainsi obtenu selon l'invention sont nombreuses et variées grâce aux The uses of the product thus obtained according to the invention are numerous and varied thanks to
qualités particulières apportées par le mode d'obten- particular qualities provided by the method of obtaining
tion du matériau composite. Dans le das 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 of the composite material. In the case of an ordinary stainless steel-steel composite product, applications of long products, such as yarns, are, for example, vine and concrete reinforcing bars. The material obtained with a judicious combination
entre l'ame et la- couche extérieure apporte les carac- between the soul and the outer layer brings the characteristics
téristiques et la résistance à la corrosion, et son prix est inférieur à l'acier inoxydable "plein", si characteristics and resistance to corrosion, and its price is lower than "full" stainless steel, if
l'on choisit correctement les nuances. the nuances are correctly chosen.
On peut également fabriquer des tôles qui trouvent une application dans les échangeurs d.e It is also possible to manufacture plates which find application in the exchangers d.e
chaleur pour les industries chimiques, et pétrochi- heat for the chemical and petrochemical industries
miques, les diffuseurs et articles culinaires et les silencieux d'échappement peuvent être cités à titre engines, diffusers and cookware and exhaust silencers may be cited as
d'exemples.examples.
En particulier, une tôle composite polymétallique obtenue selon le procédé de la présente invention est particulièrement apprbprié - pour la fabrication de récipients de cuisson dont seules les couches superficielles sont en acier inoxydable et sur In particular, a polymetallic composite sheet obtained according to the process of the present invention is particularly suitable for the manufacture of cooking vessels of which only the surface layers are made of stainless steel and
une très faible épaisseur de l'ordre du dixième de mm. a very small thickness of about one-tenth of a millimeter.
On obtient ainsi un article ayant une bonne résistance This gives an article with good resistance
à la corrosion et une excellente conductibilité ther- corrosion and excellent thermal conductivity
mique qui permet de se dispenser des fonds rapportés which makes it possible to dispense with reported funds
diffuseurs de la chaleur.heat diffusers.
En outre, l'âme de la tôle composite permet In addition, the core of the composite sheet allows
une mise en forme aisée par emboutissage au fluotour- easy shaping by embossing with fluotour-
nage.swimming.
L'invention est particulièrement intéres- The invention is particularly interesting
sante pour les matériaux acier inoxydable extérieur - health for outdoor stainless steel materials -
acier ordinaire-intérieur. On peut toutefois utiliser ordinary-inner steel. However, we can use
l'invention avec d'autres matériaux. the invention with other materials.
Claims (9)
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1989
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