CH651768A5 - Tube centrifuge et procede pour sa fabrication. - Google Patents

Description

La présente invention est relative à la fabrication de tubes en fonte à graphite sphéroïdal par coulée centrifuge et plus particulièrement à un traitement thermique consécutif à la coulée centrifuge visant à doter le tube centrifugé d'une structure permettant son allégement.

Les tubes — c'est-à-dire les tuyaux cylindriques d'épaisseur constante — en fonte à graphite sphéroïdal ont actuellement, après 5 coulée par centrifugation et traitement thermique, une structure fer-ritique 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 traitement thermique après la coulée centrifuge, soit io 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 wet-spray), soit dans une coquille dépourvue d'un tel revêtement.

Dans le cas de la présence d'un revêtement de wet-spray sur la 15 coquille, on soumet le tube, extrait 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 750° C, pendant un temps de l'ordre de 20 à 25 min, puis on le laisse se refroidir naturellement.

20 Dans le cas d'absence de revêtement de wet-spray sur la coquille, on extrait le tuyau de sa coquille de coulée et on l'introduit rapidement dans un four où on lui fait subir un recuit de graphitisation à une température de l'ordre de 950° C pendant un temps de l'ordre de 20 à 25 min, puis un maintien de ferritisation à une température de 25 l'ordre de 750°C pendant un temps de l'ordre de 15 à 20 min.

Le problème s'est posé d'obtenir économiquement des tubes en fonte coulés par centrifugation qui soient plus légers que les tubes actuels, sans perte sensible de caractéristiques mécaniques.

On a cherché à obtenir ce résultat en conférant au tube en fonte 30 à graphite sphéroïdal, au lieu de la structure ferritique habituelle, une structure bainitique, qui présente une résistance à la traction et une caractéristique d'allongement ainsi qu'une caractéristique de ré-silience égales ou supérieures à celles de la structure ferritique. La structure bainitique de la fonte sphêroïdale a déjà été recher-35 chée pour des pièces en fonte coulées en coquille, notamment pour des organes mécaniques d'automobiles, comme le montre par exemple le brevet FR N° 1056330, en raison des bonnes caractéristiques mécaniques conférées par une telle structure.

Dans un article de la revue «Hommes et Fonderie», N° 84, 40 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 successives 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'austénitisation.

Cependant, suivant la technique décrite dans cet article, étant donné la faible aptitude à la trempe de la fonte à graphite sphéroïdal, non seulement il faut un contrôle très serré des teneurs en so carbone, en silicium et en manganèse de la fonte, mais encore, si l'on veut traiter des pièces relativement épaisses, il faut 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 55 étagée évite la formation de perlite et aboutisse à la formation de bainite.

On s'est au contraire posé le problème d'obtenir des tubes centrifugés en fonte bainitique à graphite sphéroïdal sans apport d'éléments spéciaux onéreux même en faible quantité, tels que le molyb-60 dène.

A cet effet, l'invention a pour objet un tube centrifugé en fonte à graphite sphéroïdal, caractérisé en ce que la fonte possède la composition suivante en poids:

carbone 2,5 à 4,0%

65 silicium 2 à 4,0%

manganèse 0,1 à 0,6%

nickel 0 à 3,5%

cuivre 0 à 11 %

3

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magnésium 0 à 0,5%

soufre 0,01% maximum phosphore 0,06% maximum le reste étant du fer cette fonte ayant une structure bainitique.

Pour réaliser un tube conformément au procédé de l'invention, on part d'une fonte à graphite sphéroïdal ayant la composition indiquée à la revendication 1, 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 pendant une première phase jusqu'à une température de 800 à 1000°C pour acquérir une structure austénitique puis, toujours en coquille, on le refroidit uniformément pendant une seconde phase, sur toute sa longueur par pulvérisation d'eau ou d'un mélange air et eau sur sa paroi interne, jusqu'à une température comprise entre 250 et 400° C, 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 maintenu 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 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 détail à l'aide des dessins anexés, 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, 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;

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 bainitisation, à l'intérieur d'un four, du procédé de l'invention;

les fig. 5 et 6 sont des diagrammes comparatifs du traitement thermique du procédé de l'invention (courbes en trait plein) par rapport à des traitements thermiques antérieurs connus, respectivement pour l'obtention d'une structure bainitique avec chauffage d'austéni-tisation 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 sphéroïdal, respectivement à structure bainitique au grossissement 1000, et à structure ferrito-perlitique 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 sphéroïdal par coulée centrifuge.

Le procédé conforme à l'invention consiste à partir d'une composition de fonte à graphite sphéroïdal 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 0 à 3,5%, et notamment 0,2%

cuivre 0 à 11 %, et notamment 0,5%

magnésium 0 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 fabrication de tuyaux en fonte à graphite sphéroïdal à structure 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 habituelle 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 composition de fonte à graphite sphéroïdal dans une machine à centrifuger illustrée schémati-quement aux fig. 1 à 3.

Cette machine comprend un chariot A mobile en translation grâce à un vérin B. Ce chariot A porte une coquille métallique 1 de centrifugation, d'axe X-X à peu près horizontal, par l'intermédiaire de galets C dont l'un au moins est entraîné par un moteur M. La coquille 1 offre une cavité de moulage cylindrique 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 emboîtement. Le tube T a par exemple une longueur de 6 à 8 m pour un diamètre intérieur qui peut aller de 60 à 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 laquelle doit être coulé le tube T.

Bien que, pour les raisons exposées plus loin, ce soit pour les grands diamètres que le procédé de l'invention 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 pénètre 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 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 transversalement par rapport à l'axe X-X, c'est-à-dire suivant une direction de bout par rapport au plan de la fig. 1. 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 correspondant 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 pulvérisation 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 l'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 représentés.

La coquille 1 est pourvue, avant chaque coulée, d'un revêtement réfractaire 1° dit de wet-spray, c'est-à-dire d'un mélange de poudre de silice et de bentonite 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 (i et 10 à 40 g de bentonite par litre d'eau. Les organes de pulvérisation de ce revêtement, connus en soi, n'ont pas été représentés.

5

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

651 768

4

Il est à noter qu'à la fig. 1, où 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 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 partiellement, dans un but de clarté. Cela apparaît bien à la fig. 3.

A l'aide de cette installation, on procède à la coulée d'un tube T par centrifugation en introduisant dans la coquille le canal de coulée E, puis en versant de la fonte par ce canal tout en l'extrayant progressivement 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 centrifugé 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 tube 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 laisse le tube T à l'intérieur de la coquille 1 de centrifugation pour lui faire subir une trempe de bainitisation, en passant par l'austénitisation, sans chauffage, en profitant de la chaleur 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 1150°C (après le passage du point a au point b sur la courbe en trait plein des fig. 5 et 6).

Du fait que la coquille 1 est refroidie extérieurement, 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 à 1150° C et de 1150 à 1000°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 température entre la paroi interne et la paroi externe, inférieur à 20° C. C'est ce tube T à température homogène qui se trouve ainsi austénitisé, c'est-à-dire avec une structure austénitique au point c, sans apport de chaleur, mais par le refroidissement qui s'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'intérieur de la coquille de centrifugation à l'aide de la 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 déplacement 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 irrégularités locales de température de la coquille 1,

bien que l'on cherche à rendre constant et uniforme le refroidissement extérieur de celle-ci.

En procédant ainsi, le tube T se refroidit de manière homogène. Cette phase de trempe est représentée 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 1000 (ou moins, par exemple 800) à environ 350° C.

L'eau de pulvérisation est vaporisée à l'intérieur du tuyau en rotation et évacuée de façon appropriée par des moyens non représentés.

En fait, la température de fin de trempe se situe ente 250 et 450° C. Dans cette zone de température qui se situe soit un peu au-dessus soit un peu au-dessous de la valeur de 350° C 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 exempte 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 certaine distance du tronçon c-d.

5 La seconde phase du traitement thermique consiste en un maintien en température pour consolider ou fixer la structure bainitique (maintien de bainitisation). Pour cela, à la suite de la phase de refroidissement rapide ou trempe précédente, on extrait le tube T de la coquille de centrifugation soit en arrêtant la rotation de celle-ci, soit io en continuant de la faire tourner pendant l'extraction, suivant le dispositif extracteur dont on dispose. Comme représenté à la fig. 4, on introduit le tube T démoulé dans un four-tunnel 5 à buses de chauffage 6, de type connu, réglé de manière à maintenir le tuyau à une température constante comprise entre 250 et 450° C, par exemple à 15 350° C, pendant 5 à 120 min (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 min près.

Le temps de maintien en température vise à obtenir une structure bainitique homogène offrant les caractéristiques mécaniques optima-20 les 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 refroi-zs dissement 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 courbes 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. 30 L'ensemble des tronçons c-d-e-f de la courbe de refroidissement 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 antérieurs connus, représentés par les courbes 35 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 interrompu de la fig. 5, le traitement classique d'obtention d'une structure bainitique d'une pièce moulée statiquement (qui n'est donc pas un tube centrifugé) 40 comporte un tronçon h-j-k-1 similaire au tronçon c-d-e-f du procédé de l'invention, mais décalé dans le temps d'environ 1 à 2 h en raison des deux phases préalables O-g de chauffage d'austénitisation, qui peut durer de 20 min à 2 h suivant les applications, et g-h de maintien d'austénitisation à une température d'environ 1000° C, plus gé-45 néralement comprise entre 800 et 1000° C. Le traitement antérieur connu nécessite donc un apport de chaleur pour amener les pièces traitées à la température d'austénitisation au lieu de traiter les pièces dans le moule, immédiatement après leur coulée. Il est donc clair que le procédé de l'invention, en économisant le chauffage d'austénitisa-50 tion, apporte une importante économie d'énergie par rapport à un tel traitement.

A la fig. 6, le traitement thermique de l'invention est comparé à la technique antérieure de traitement thermique de ferritisation (recuit). Le traitement thermique antérieur (courbe en trait interrompu) 55 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-p-q est sensiblement différent de la courbe c-d-e-f du procédé de l'invention. Dans le processus de ferritisation, on laisse le tube à l'intérieur de sa coquille de centrifugation suivant la courbe a-b-c-m: cela correspond à un re-60 froidissement à vitesse modérée, du fait du refroidissement extérieur de la coquille de centrifugation et du refroidissement interne naturel du tube centrifugé. De a à c, la structure austénitique se forme. Au-delà de c, cette structure n'est pas maintenue, mais le refroidissement continue jusqu'en m, point où l'on procède à l'extraction hors de sa 65 coquille du tube suffisamment refroidi pour éviter une ovalisation notable. Il s'ensuit un refroidissment à l'air un peu plus lent jusqu'à ce que l'on introduise le tube dans un four de recuit de ferritisation à une température de l'ordre de 750"C. Comme on le voit, un apport

5

de chaleur est nécessaire, à l'intérieur du four de recuit, pour l'ob-tentin de la structure ferritique, suivant la partie ascendante m-n de la courbe, ainsi que pour le maintien en température suivant le tronçon n-p. Cet apport de chaleur est sensiblement supérieur à celui qui est nécessaire au maintien de bainitisation suivant le tronçon d-e de 5 la courbe en trait plein, dans le four de maintien 5, et ce d'autant plus que la température de maintien de bainitisation est beaucoup plus basse (350e C environ) que la température de maintien de ferritisation (environ 750° C). On remarque en particulier que la température de maintein de bainitisation est suffisamment basse pour que io l'extraction du tube à cette température 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 technique antérieure de traitement thermique de ferritisation des tubes en fonte centrifugés, le procédé de l'invention permet également une écono- is mie 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 refroidissement 20 naturel et pendant la trempe par arrosage, le refroidissement du tuyau est homogène.

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 avanta- 25 geuse 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 phase c-d de la courbe de traitement thermique, à travers toute l'épaisseur du tube centrifugé, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter à la composition de la fonte des éléments 30 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 sensible sur la composition de la fonte.

On a vu également que le traitement d'austénitisation et de baini- 35 tisation suivant les phases b-c-d de la courbe de traitement thermique du tube T à l'intérieur 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 cylin- 40 drique, et cela malgré la réduction notable d'épaisseur qui augmente sa tendance à l'ovalisation. 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 suivant l'invention, et 45 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

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particulièrement simple et économique par rapport à un traitement classique de trempe en bain de sel, qui nécessiterait 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 permet 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 sphéroïdal à structure bainitique. L'arrosage de l'intérieur du tuyau centrifugé 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 alors qu'elle se situe au point d, 5 à 10 min avant, dans le procédé de l'invention.

Il en résulte avantageusement pour la coquille de centrifugation une réduction sensible des contraintes thermiques, car la chaleur à évacuer est inférieure d'environ 30 à 40%, par rapport à la technique antérieure de fabrication des tubes 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 allongée par rapport à la technique antérieure.

Enfin, le tube de l'invention centrifugé en fonte à graphite sphéroïdal à structure bainitique, malgré sa réduction sensible d'épaisseur, qui apporte un allégement facilitant sa manutention, conserve des caractéristiques mécaniques sensiblement équivalentes à celles des tubes antérieurs ferritiques au prix d'une plus grande sensibilité à l'ovalisation, 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 mécaniques du tube suivant l'invention, le tableau 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 terre de 4 m et pour des tuyaux de grand diamètre, c'est-à-dire supérieur à 700 mm de diamètre nominal. Les valeurs 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 tableau, le coefficient K, défini par la norme internationale ISO 2531, caractérise l'épaisseur du tuyau suivant la formule:

e = K (0,5 + 0,001 DN) dans laquelle:

e = épaisseur en millimètres de la paroi du tube, DN = diamètre nominal.

(Tableau en page suivante)

On voit sur le tableau 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 daN/mm2 (au lieu de 30 environ pour la structure ferritique);

— allongement supérieur à 10% (comme le tube ferritique);

— résistance à la rupture 70 à 110 daN/mm2 (tube ferritique 45 daN/mm2 environ).

La fig. 7 représente une structure micrographique bainitique. Dans cette structure, les plages noires que l'on aperçoit dans les angles supérieur et inférieur de gauche sont des parties de nodules de

55 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'austénite résiduelle; on voit qu'elles ne couvrent qu'une faible partie de la surface de la micrographie. C'est 60 l'ensemble 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 sphéroïdal ferrito-perlitique, à 40% de ferrite et à 50% de perlite, le 65 reste étant du graphite sphéroïdal. Les plages noires rondes sont des nodules de graphite. Les nodules sont entourés de zones blanches constituant la ferrite. Les zones grises restantes sont de la perlite. Il s'agit de la structure d'un tube centrifugé de type classique.

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TUBES GRANDS DIAMÈTRES Hauteur de couverture prévue = 4 m

Diamètre nominal

TECHNIQUE ANTÉRIEURE TUBE FERRITIQUE ET PERLITIQUE (K = 9)

TECHNIQUE ANTÉRIEURE TUBE FERRITIQUE ALLÉGÉ (avec revêtement)*

INVENTION TUBE BAINITIQUE (allégé revêtu)*

Epaisseur de paroi (mm)

Poids moyen (kg/m)

Pression de service PS (bar)

Ovalisation sous poids propre (%)

Epaisseur de paroi (mm)

Poids moyen (kg/m)

Pression de service PS (bar)

Ovalisation sous poids propre (%)

Epaisseur de paroi (mm)

Poids moyen (kg/m)

Pression de service PS (bar)

Ovalisation sous poids propre (%)

800

11,5

211

28,5

0,09

8

147,8

23

0,22

5,9

109,3

29

0,56

1000

13,2

303

28

0,13

9,7

223,1

23,2

0,28

6,8

156,8

28,7

0,74

1200

15,0

412

27,5

11,3

311,3

23

7,9

218,2

28,5

0,90

1400

16,8

536

27,3

13,0

417,2

23,2

9,0

189,6

28,5

1,05

1600

18,5

677

26,9

14,5

531

23

10,0

367,2

28,4

1,21

1800

20,3

833

26,5

0,30

16,2

666,6

23

0,51

11,1

458

28,3

1,36

2000

22,1

1006

26,3

0,34

17,8

813

23

0,56

12,3

563,3

28

1,47

* En général, revêtement intérieur de mortier de ciment centrifugé et revêtement extérieur de vernis noir.

R

3 feuilles dessins

Claims (6)

651768

1. Tube centrifugé en fonte à graphite sphéroïdal, caractérisé en ce que la fonte possède la composition suivante en poids :

carbone 2,5 à 4,0%

silicium 2 à 4,0%

manganèse 0,1 à 0,6%

nickel 0 à 3,5%

cuivre 0 à 11 %

magnésium 0 à 0,5%

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, caractérisé en ce que la fonte à 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.

2

REVENDICATIONS

3. Tube suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il correspond au tableau suivant:

Diamètre nominal (mm)

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Epaisseur nominale approximative de paroi (mm)

6

7

8

9

10

11

12,5

4. Procédé de fabrication d'un tube suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on part d'une fonte à graphite sphéroïdal ayant la composition indiquée à la revendication 1, 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 pendant une première phase, jusqu'à une température de 800 à 1000° C pour acquérir une structure austénitique, puis, toujours en coquille, on refroidit uniformément pendant une seconde phase, sur toute sa longueur, par pulvérisation d'eau ou d'un mélange air et eau sur sa paroi interne, jusqu'à une température comprise entre 250 et 400° C, de manière à lui conférer une structure austénitique ou bainitique, puis on démoule le tube de sa coquille et on le place à l'intérieur d'un four maintenu 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.

5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise comme revêtement réfractaire de la coquille de centrifugation un mélange aqueux de silice et de bentonite.

6. Procédé suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que, pendant les deux phases de refroidissement, on entraîne le tube en rotation au moyen de la coquille de centrifugation.