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PERFECTIONNEMENTS AUX PRODUITS EN FER FORGE ET A LEUR FABRICATION.
La présente invention est relative à. des perfectionnements appor- tés aux produits en fer forgé et laminé décrits dans le brevet principal et à leurs procédés de fabrication-, décrits également dans ledit brevet princi- pal.
L'invention est relative, en particulier, à un produit en fer forgé supérieur et à un nouveau procédé de laminage pour l'obtention dudit produit.
..u cours de l'histoire de la fabrication du fer forgé, dans la pra- tique du laminage à chaud du fer forgé, on laminait celui-ci presque entière- ment à des températures supérieures à la température à laquelle les inclusions de scories dans le fer forgé perdent leur plasticité, .cette température se trou- vant au voisinage de 103@ 70 On a considéré cette pratique comme étant néces- saire pour la production d'un fer forgé de haute qualité,' étant donné qu'il a été nécessaire d'allonger et d'affiner les inclusions de scories avec le métal qui les entourait pour donner au produit la texture désirée.
La limite de température qui a été jusqu'ici imposée dans le lami- nage à chaud du fer forgée a eu pour effet de fournir des limites déterminées à la longueur du produit laminé que l'on pouvait laminer sans réchauffage.
De plus, quand on a laminé, à la manière habituelle, dans un seul sens, le fer forgé, ses propriétés dans le sens transversal diminuent considérablement, de telle sorte qu'une nouvelle limite se trouve ainsi imposée.
On a obtenu des feuilles et des plaques de fer forgé par laminage transversal, c'est-à-dire en laminant la feuille ou la plaque transversalement au sens de laminage de la barre destinée à donner naissance à la feuille ou du lopin destiné à fournir la plaque, et cela en vue d'égaliser les propriétés (résistance à la traction et ductilité) Cependant, la longueur de la feuille ou de la plaque que l'on peut produire par un tel procédé de laminage transver- sal est également grandement réduite. car on obtient des propriétés sensible- ment égales dans la feuille ou dans la plaque lorsque l'on réduit l'épaisseur de la barre ou du lopin au voisinage de 1/12 de sa valeur initiale. Si l'on
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poursuit le laminage transversal, les propriétés deviennent à nouveau inégales.
La demanderesse a découvert comment laminer dans un seul sens du fer forgé présentant toute longueur désirée et une ductilité transversale su- périeure à celle du fer forgé classique laminé dans un seul sens et une ducti- lité longitudinale comparable à celle du fer forgé classique laminé dans un seul sens. Elle a découvert que l'on obtenait des résultats surprenants et inattendus lorsque l'on laminait le fer forgé à des températures inférieures à la température à laquelle les inclusions de scories perdent leur plasticité.
Lorsqu'on lamine le fer forgé à des températures aussi basses, les fibres des scories se brisent et le fer de la matrice du fer forgé remplit les interstices compris entre les particules de scories qui ont été rompues, grâce à quoi on augmente considérablement la résistance et la ductilité transversales du fer forgé. Ceci est contraire à toutes les conceptions antérieures.
La demanderesse peut préparer du fer forgé de qualité supérieure en le laminant dans un seul sens au-dessous de la température à laquelle les inclusions de scories perdent leur plasticité. Elle chauffe de préférence une billette ou une barre de fer forgé à la température habituelle pour le laminage à chaude c'est-à-dire à 1315 à 1371 C, puis elle les lamine dans un seul sens et elle continue le laminage après que la température du fer forgé est tombée au-dessous de la température à laquelle les inclusions de scories perdent leur plasticité. Comme on l'a dit plus haut, les inclusions de scories perdent leur plasticité lorsque la température du fer forgé descend au-dessous de 1037 7C.
Lors d'un laminage supplémentaire à des températures plus basses, le métal qui entoure les scories est encore relativement plastique et les fibres de scories se fracturent ou se brisent en petits fragments; le fer se fraie un chemin en- tre les masses de scories, et il constitue une structure présentant des ponts transversaux, ce qui augmente considérablement les propriétés transversales du fer forgé.
On a constaté que l'étendue de brisure des fibres de scories est fonction du degré de laminage au-dessous de 1037 7C, et on a en outre observé que les fibres de scories se brisent dans une mesure considérable lorsque l'é- paisseur du fer forgé, à la fin du laminage, n'est pas égale à plus de la moi- tié environ de son épaisseur au début du laminage au-dessous de 1037 7C. Les masses de scories relativement petites ainsi obtenues présentent des proprié- tés de résistance efficace à la corrosion au moins aussi grandes que celles des fibres de scories qui existent dans les fers forgés obtenus par les procé- dés classiques.
En même temps, les masses de scories relativement petites ont une influence moins défavorable sur les propriétés physiques transversales du fer forgé que ne le font les fibres de scories relativement longues et filamen- tèuses qui sont caractéristiques du fer forgé laminé habituel.
La demanderesse peut produire de la manière ci-dessus décrite un produit en fer forgé constitué par du fer enrobé dans des masses de scories en alignement, masses qui présentent, dans le sens de l'alignement¯, une dimen- sion égale à une faible fraction de la longueur des fibres de scories relati- vement longues et filamenteuses, caractéristiques du fer forgé classique ; masses de scories constituent des fragments de fibres de scories à l'origine longues et filamenteuses. Les masses de scories sont alignées parallèlement au sens du laminage, mais là où il existait une fibre longue et filamenteuse avant sa rupture, il existe un nombre appréciable de masses de scories relati- vement courtes, masses affectant en général l'apparence d'un bloc en section transversale prise parallèlement au sens de laminage.
La demanderesse a encore découvert que, lorsque l'on recuit, par le nouveau procédé ci-dessus décrit, du f.er laminé, le recuit étant conduit à une température qui n'est pas inférieure à celle à laquelle les masses de scories qui se trouvent dans le fer forgé perdent leur plasticité, ces masses de scories fusionnent entre elles et prennent des formes plus ou moins sphé- riques ou globulaires. Cette coalescence des masses de scories augmente encore les propriétés du fer forgé, dans la mesure où elles sont encore pleinement efficaces, du point de vue de la résistance à la corrosion, tandis que l'on diminue leur effet pernicieux sur les propriétés du produit.
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Le laminage du fer forgé aux basses températures précitées le dur- cit dans une certaine mesure, et ce fer ainsi laminé peut être recuit pour com- penser cette dureté. Le recuit, à des températures inférieures à 1037,7 C, adoucit d'une manière avantageuse le fer considéré indépendamment des inclusions de scories et, dans certains cas, de telles basses températures de recuit, par exemple au moins 596 C suffisent. Cependant, lorsque l'on effectue le recuit à 1037 7 C ou un peu- au-dessus, non seulement on obtient l'adoucissement dé- siré du fer, mais ce recuit provoque également la coalescence des masses de scories enrobées dans le fer, ainsi qu'on l'a expliqué avec les avantages pré- cités.
La demanderesse sait que l'on a proposé, d'une manière générale, un "procédé de finissage" applicable à l'acier et au fer forgé, et comportant un "laminage à froid" (voir, par exemple, brevet américain n Re. 7003), mais aucun procédé de finissage du fer forgé de ce genre n'a été mis jusqu'à présent en pratique, et l'effet de laminage à froid sur les inclusions de scories dans le fer forgé, ainsi que les limites de température pour le laminage et le trai- tement thermique, telles qu'on les fournit dans la présente addition, n'a pas été compris avant le dépôt de la présente addition,
On a représenté sur le dessin annexé des photo-micrographies de fer forgé habituel et de fer forgé réalisé conformément au procédé perfectionné ci-dessus décrit.
Sur ce dessin annexé :
La figure 1 est une photomicrographie de grossissement 100, d'une coupe de fer laminé à la manière habituelle, cette coupe étant prise parallèle- ment au sens du laminage;
La figure 2 est une photomicrographie de grossissement 1000 d'une coupe de fer laminé par le procédé classique, la coupe étant faite parallèlement au sens du laminage;
Le figure 3 est une photomicrographie de grossissement 100 d'une coupe de fer forgé réalisé selon le procédé ci-dessus décrit, le fer forgé ayant été recuit à une température supérieure à la température à laquelle les inclu- sions de scories perdent leur plasticité, cette coupe étant prise parallèlement au sens du laminage;
La figure 4 est une photomicrographie de grossissement 1000 d'une section de fer formé réalisé conformément au prpcédé perfectionné ci-dessus décrit ;
ce fer forgé ayant été recuit à une température supérieure à la tempé- rature à laquelle les inclusions de scories perdent leur plasticité, coupe prise parallèlement au sens du laminage; et
La figure 5 est une photomicrographie de grossissement 1000 d'une section de fer forgé réalisé conformément au procédé perfectionné ci-dessus décrit, à cette différence près que le fer forgé représenté n'a pas été recuit à une température supérieure à la température à laquelle les inclusions de sco- ries perdent leur plasticité, la coupe ayant été faite parallèlement au sens du laminage..
La figure 1 est, comme on l'a dit plus haut, une microphotographie de grossissement 100, d'une section de fer formé à la manière habituelle, cette coupe étant prise parallèlement en sens du laminage. C'est une coupe caracté- ristique du fer forgé laminé à la manière habituelle, c'est-à-dire du fer for- gé qui est laminé dans un.¯seul sens presque entièrement à des températures su- périeures à la température à laquelle les inclusions de scories perdent leur plasticité. Cette température se trouve, comme on l'a dit plus haut, au voisi- nage de 1037 70.
Le laminage habituel peut être considéré pour les applications actuelles comme un laminage dans lequel on réalise au moins 90 % de réduction d'épaisseur au-dessus de 1037 7Co Parfois, au cours du laminage habituel, la température peut tomber légèrement au-dessous de 1037 7C dans les derniers 10 % d'amincissement ou pour un amincissement inférieur du fer forgé, mais cette faible proportion de laminage au-dessous de 1037 7C ne permet pas d'atteindre les résultats visés par la demanderesse.
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On peut voir une partie de la figure 1 en d à la page 327 du manuel de l'United States Steel Corporation, intitulé : "The Making, Shaping and Trea- ting of Steel", sème édition ; la demanderesse a fourni la matière du chapitre qui, dans ce manuel, est relatif au fer forgé; cependant, sur la figure 1, la 'demanderesse a représenté une zone de l'échantillon qui est plus grande que celle qui est représentée sur le manuel précité, afin d'englober certaines fibres de scories relativement importantes qui apparaissent près du bas de la figure 1. Les fibres de scories de la figure 1 sont désignées par le chiffre de référence 2. Ces fibres sont constituées par des masses de scories relati- vement longues et filamenteuses, masses dont la forme prend naissance par lami- nage à chaud du fer forgé.
Les masses de scories de la figure. 1 ne sont pas brisées ; dans certains cas, elles sont "divisées" par laminage à chaud, c'est- à-dire qu'on les lamine en les rendant assez minces pour qu'elles se divisent tout en restant plastiques, en fibres individuelles alignées, longues et fila- menteuses.
Pour montrer plus clairement le caractère des fibres de scories dans le fer forgé, laminé par le procédé habituel, la demanderesse a prévu une figure 2 qui, comme indiqué plus haut, est une microphotographie de grossisse- ment 1000 d'une coupe de fer forgé, laminé à la manière habituelle, coupe prise parallèlement au sens du laminage. Les fibres de scories sont représentées par le chiffre 2 sur la figure 2. Ces fibres sont constituées par de longues masses filamenteuses de scories, masse orientées d'une manière générale paral- lèlement au sens du laminage. Les longues fibres de scories filamenteuses ré- duisent considérablement la résistance à la traction et la ductilité transver- sales du fer forgé.
Du fer forgé laminé dans un seul sens à la manière habi- tuelle présente une ductilité ou un allongement d'environ 5 % dans un essai de tension transversale. La meilleure.ductilité transversale du fer forgé la- miné dans un seul sens à la manière habituelle est inférieure à 7 %.
La figure 3 est une photomicrographie de grossissement 100 d'une image coupé de fer réalisé conformément au procédé perfectionné objet de l'in- vention, ce fer forgé ayant été recuit à une température supérieure à la tem- pérature à laquelle les inclusions de scories perdent leur plasticité, et la section étant prise parallèlement au sens du laminage. La réduction d'épais- seur du fer forgé représenté sur la figure 3 a été réalisée en grande partie à des températures inférieures à la température à laquelle les fibres de sco- ries perdent leur plasticité, d'est-à-dire en grande partie au-dessous de 1037 70C.
Pour obtenir les résultats de la demanderesse, il est nécessaire de réaliser une réduction d'épaisseur du fer forgé qui est supérieure à 10 %, au-dessous de la température à laquelle les fibres de scories perdent leur plasticité.
La demanderesse préfère réaliser une diminution d'épaisseur du fer forgé de la moitié ou davantage à des températures inférieures à 1037 70C.
Lorsqu'on lamine du fer forgé au-dessous de 1037 7C, de telle sorte que l'on réduise son épaisseur d'au moins 10 % et de préférence d'au moins 50%, les fibres de scories qui ne sont plus plastiques au-dessus d'environ 1037 7C, se fracturent ou se brisent sous l'effet de ce laminage en donnant naissance à une série de masses de scories qui sont alignées dans le sens du laminage.
Une seule longue fibre de scories filamenteuses qui existe à 1037 7C peut se briser pour donner naissance à un nombre important de petites masses alignées, lorsque le laminage se poursuit au-dessous de 1037 70C.
La figure 4 est une photomicrographie de grossissement 1000 d'une coupe de fer forgé telle que représentée sur la figure 3, coupe montrant clai- rement les masses de scories alignées et distinctes réalisées par fracturation des longues fibres filamenteuses non plastiques de scories. Le fer forgé re- présenté sur les figures 3 et 4 a été traité à chaud à une température supérieu- re à la température à laquelle les inclusions de'scories perdent leur plastici- té, c'est-à-dire à une température supérieure à 1037 7C, par exemple à 1093 70C.
Le traitement thermique produit une coalescence ou une transformation en nodu- les des masses de scories formées par la rupture des longues fibres filamenteu- ses initiales des masses de scories. Ces masses prennent généralement une for- me arrondie ou sphérique, comme on le voit sur les figures 3 et 4, mais comme on le voit plus clairement sur cette dernière figure. Les nodules de scories sont désignés par le chiffre 3 sur les figures 3 et 4.
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La figure 5 est une photomicrographie de grossissement 1000 d'une coupe de fer forgé réalisé conformément au procédé perfectionné ci-dessus dé- crit, sous réserve que le fer forgé représenté n'a pas été recuit à une tempé- rature supérieure à la température à laquelle les inclusions de scories perdent leur plasticité, cette coupe étant prise parallèlement au sens du laminageo Les masses de scories brisées ou fracturées sont clairement visibles sur la fi- gure 5, mais elles prennent en sectiontransversale une forme qui est plus rec- tangulaire que sphérique ou qui a plutôt l'aspect de blocs. Ces masses sont désignées par le chiffre de ,référence 4.
Si l'on recuit le fer forgé visible sur la figure 5 à une température supérieure à 1037 7C, il prend l'aspect du fer forgé représenté sur la figure 4.
Bien que la demanderesse préfère traiter thermiquement le fer for- gé à une température supérieure à 1037 7 C pour réaliser la coalescence des masses de scories brisées ou la formation de nodules dans ces masses de scories brisées, comme on l'a expliqué précédemment, il n'est pas toujours nécessaire de traiter thermiquement le fer forgé de cette sorte, et ce fer forgé peut pré- senter des propriétés transversales considérablement améliorées, même s'il n'est pas traité thermiquement de cette manière.
La demanderesse peut, par exemple, à la demande, traiter thermiquement le fer forgé à une température inférieure' à 1037 7C pour affiner la structure du grain du métal sans déterminer la forma- tion de nodules dans les masses de scories; on prépare ainsi un produit amélio- ré, bien que ses propriétés ne soient pas aussi améliorées que lorsque l'on crée des nodules dans les masses de scories.
La demanderesse a constaté également qu'aucun traitement thermique n'est nécessaire si l'on arrête le laminage à une température qui n'est pas sensiblement inférieure à environ 871 Ca Si l'on réduit l'épaisseur du fer forgé de plus de 10 %, et, de préférence, jusqu'à près de 50 % ou davantage, au cours d'un laminage réalisé entre 1037 7 et 871 C, les longues fibres de scories filamenteuses se fracturent ou se brisent pour donner naissance à des masses alignées, comme on l'a expliqué plus haut, tandis que la structure du grain du métal n'est pas sensiblement affectée pour endommager sérieusement les propriétés du fer forgé ; dans ce cas, aucun recuit n'est nécessaire.
Si on le désire, cependant, on peut recuire le fer forgé, on recuit à une tempé- rature inférieure à 1037 7 C - par exemple à 927' à 982 C - affine d'une maniè- re désirable la structure du graun du fer, mais ne crée pas de nodules dans les masses de scories, tandis qu'un traitement thermique à une température su- périeure à 1037 7C - par exemple à 1093 C- améliore d'une manière désirable la structure du grain du fer et, en même temps, crée des nodules dans les mas- ses de scories..
Lorsque le laminage à chaud du fer forgé se termine à une tempéra- ture inférieure à environ 871 C, il est nécessaire pour la plupart des appli- cations de recuire le fer forgé. Ce recuit peut être réalisé à des températu- res inférieures à 1037 7C pour améliorera une manière désirable la structure du grain du fer sans créer de nodules dans les fibres de scories; ou bien on peut réaliser le recuit à des températures supérieures à 1037 70 pour améliorer de manière désirable la. structure du grain du fer et en même temps créer des nodules dans les fibres de scories.
On peut, à l'aide du procédé objet de la présente addition, donner à la ductilité transversale du fer forgé une valeur bien supérieure à celle du fer forgé laminé dans un seul sens à la manière habituelle, et cette valeur peut être plusieurs fois supérieure. Un spécimen typique de fer forgé comme représenté sur la figure 3 présente un allongement transversal d'environ 17 %; ou bien un allongement voisin de trois fois l'allongement transversal d'un fer forgé très bien laminé dans un seul sens à la manière habituelle. Le fer for- gé perfectionné objet de la présente addition présente un allongement transver- sal qui est au minimum voisin de 7 %, allongement qui est supérieur au meilleur allongement transversal du fer forgé laminé dans un seul sens par le procédé habituel.
Les ductilités sont mesurées par l'allongement en % d'un échantil- lon de 20 cm 3 pris sur un spécimen pour essai transversal, specimen de section transversale normale, cet allongement étant réalisé au cours d'un essai de trac- tion standard. Les dimensions des sections transversales de l'éprouvette d'es-
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sai peuvent être, par exemple, de l'ordre de 3 cmo 8 x 2 cm.5.
Tandis que la demanderesse améliore considérablement les propriétés transversales du fer forgé, les propriétés longitudinales demeurent sensible- ment les mêmes que celles du fer forgé laminé dans un seul sens à la manière habituelle. Ainsi, les propriétés longitudinales du fer forgé objet de la pré- sente addition demeurent inchangées, tandis que les propriétés transversales sont améliorées presque dans la proportion du triple.
Dans le mode de réalisation préféré du procédé objet de l'invention, la demanderesse peut chauffer la billette de fer forgé à environ 1371 C et laminer la billette jusqu'à ce que la température du fer forgé soit descendue à une température sensiblement inférieure à 1037 70C. Apres que la température du fer forgé est descendue au-dessous de 1037 70C. les inclusions de scories perdent leur plasticité et, lors d'un nouveau laminage, elles se brisent ou se fragmentent comme ci-dessus décrit en masses, présentant dans le sens de l'alignement, une dimension égale à une faible fraction de la longueur de la fibre initiale. Les masses de scories sont alignées dans le sens du laminage et dans le sens de la longueur des fibres initiales.
Elles se présentent géné- ralement sous un aspect analogue à un bloc suivant une section transversale prise parallèlement au sens de laminage,. comme représenté sur la figure 5.
On continue avantageusement le laminage jusqu'à ce que l'épaisseur du fer for- gé ne soit pas sensiblement supérieure à la moitié de celle du fer forgé au début de la partie du laminage qui suit le refroidissement du fer forgé à 1037 70C. On assure ainsi la fragmentation d'un nombre relativement important de fibres de scories. Le fer ainsi laminé est, de préférence, recuit par chauf- fage à 1037 7C ou à une température quelque peu supérieure, pour provoquer la coalescence des fragments de scories avec obtention des avantages ci-dessus exposés.
Grâce à l'invention, la demanderesse peut produire par un laminage dans un seul sens et sans recuit un fer forgé dont la ductilité transversale est de beaucoup supérieure à celle du fer forgé laminé dans un seul sens par les procédés classiques, et au moins égale à la ductilité dans l'une ou l'autre direction transversale de fer forgé laminé transversalement, fer dont la ducti- lité dans les deux sens rectangulaires de laminage est à peu près la même.
La ductilité longitudinale du fer forgé perfectionné objet de l'invention est beaucoup plus grande que la ductilité dans les sens respectifs du laminage du fer laminé transversalement, et elle est au moins égale à la ductilité longi- tudinale de la plupart des fers laminés dans un seul sens par les procédés classiques. Le produit laminé peut être de toute longueur désirée, aucune limite n'étant imposée à sa longueur si ce n'est les dimensions de la billette qui peut être obtenue et laminée.
Le procédé perfectionné objet de l'invention est susceptible de nombreux usages et présente une grande utilitéo A titre d'exemple, il convient d'une manière idéale aux tubulures d'échangeurs de chaleur, tubulures dont les parois sont minces et dont les extrémités passent à travers des trous pratiqués dans des plaques tubulaires et sont rabattures par laminage contre les plaques.
Lorsque l'on utilise le procédé perfectionné objet de l'invention, on peut réa- liser une tubulure d'échangeur de chaleur de toute longueur désirée, et on peut la laminer contre la plaque porte-tube sans danger de fissuration.
Bien que l'on ait décrit et représenté un mode de réalisation pré- féré de la présente invention ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre préféré, il est clair que cette invention ne doit pas être limitée au mode de mise en oeuvre décrit, et que l'on peut y apporter divers changements, sans pour cela s'écarter de l'esprit de l'inventiono REVENDICATIONS.
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