FR2582579A1 - Procede de revetement d'une tige-noyau en acier avec un autre metal - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET UN PROCEDE DE REVETEMENT D'UNE TIGE-NOYAU D'ACIER A TENEUR MOYENNE OU ELEVEE EN CARBONE, AVEC UN AUTRE METAL. ON UTILISE UN BAIN D'EAU CHAUDE 56 A UNE TEMPERATURE COMPRISE ENTRE ENVIRON 70C ET LA TEMPERATURE D'EBULLITION ET, DE PREFERENCE, D'ENVIRON 90 A 96C, PUIS ON EFFECTUE UN REFROIDISSEMENT DANS L'EAU 72 A UNE TEMPERATURE INFERIEURE A LA TEMPERATURE DU PREMIER BAIN, ET DE PREFERENCE, A LA TEMPERATURE AMBIANTE. LE MATERIAU REVETU EST SENSIBLEMENT DEPOURVU DE PARTICULES D'OXYDES OU DE PARTICULES SPONGIEUSES A LA SURFACE, CE QUI EST FACHEUX ET LE NOYAU D'ACIER EST PRATIQUEMENT DEPOURVU DES PRODUITS ACICULAIRES DE TRANSFORMATION CE QUI PERMET UN TRAITEMENT CONTINU PAR DEFORMATION TEL QUE LE TREFILAGE DES FILS.

Description

La présente invention concerne un procédé per-

fectionné de revêtement d'une tige-noyau en acier avec un

autre métal de façon à résister à la formation d'oxydes nui-

sibles. On sait déjà pour des raisons variées, revêtir une

tige de métal avec un autre métal afin d'obtenir certaines pro-

priétés avantageuses de la matière de noyau ainsi que les caractéristiques, superficielles ou autresdésirées du matériau de revêtement,tout en tirant certains avantages économiques grâce à l'utilisation relativement limitée de la matière de revêtement qui est-en général plus coûteuse (voir notamment les brevets US 3.714.701, 4.227.061 et 4.331.283). Dans des procédés connus, on a suggéré l'utilisation d'un ou deux rubans de revêtement métalliques en un matériau tel que le

cuivre, par exemple, que l'on préchauffe et qu'on peut pré-

former pour permettre la liaison en phase solide autour de la circonfé-

rence d'un membre d'une tige-noyau préchauffé qui peut être en acier.

Pour de nombreux usages, on réduit le diamètre du produit revêtu, par exemple par une opération d'étirage, pour obtenir ainsi un produit uniformément revêtu ayant les

dimensions désirées.

L'un des problèmes qui se sont posés au sujet d'un procédé continu de revêtement, en particulier concernant les noyaux en acier à moyenne et à haute teneur en carbone, est que les stades lents de refroidissement qu'on utilise pour éviter le durcissement du noyau en acier ont également provoqué la formation de proportions inadmissibles d'oxydes

à la surface du matériau revêtu.

On a déjà cherché à obtenir une surface de tige propre en vue d'un traitement ultérieur par un nettoyage

chimique, par exemple par décapage ou par l'enlèvement méca-

nique de la couche d'oxyde à la surface. Il est également connu d'enfermer la totalité de la zone de refroidissement lent dans une enceinte contenant une atmosphère inerte ou réductrice. Ces traitements annexes du procédé principal sont

assez fastidieux.

La Demanderesse a précédemment suggéré de faire passer la tige revêtue après une réduction convenable de la température par refroidissement à l'air, à travers une chambre à atmosphère réductrice contenant, par exemple, de l'ammoniac craqué en vue de réduire la couche d'oxydes précédemment formée à sa forme métallique initiale. Un problème significatif avec une telle façon d'aborder le problème est que la couche métallique réduite est poreuse et mécaniquement

instable en résultat direct du procédé gazeux de réduction.

Cette couche tend à se désintégrer pendant le stade ultérieur d'étirage ou de déformation pour former des paillettes à la surface ou de la poussière ce qui prête fortement à objection et peut gêner les traitements ultérieurs ou l'utilisation du

produit revêtu.

Alors qu'on savait antérieurement refroidir les produits en acier en les trempant dans l'eau bouillante afin d'effectuer un refroidissement raisonnablement rapide tout en évitant la formation indésirable de produits aciculaires de transition, on n'a pas suggéré précédemment d'utiliser des immersions dans l'eau bouillante des produits en acier revêtus afin de réaliser les objectifs de l'invention ( voir notamment: Tendler: "Controlled Cooling of Rods", Wire Journal, Février 1981, pages 84-91; "Hardening of Rail Steels by Quenching in Boiling Water", Industrial Heating, Mars 1981, pages 8 à 10 et Economopoulos et al, " The EDC process: Metallurgical Background and Industrial Applications", Wire

Journal, March, 1981, pages 90 à 95.

Il subsiste néanmoins un besoin important et très

réel pour un procédé de production d'un article propre conti-

nuellement revêtu que l'on peut traiter par la suite et

utiliser sans enceintes de refroidissement encombrantes conte-

nant une atmosphère spéciale ou sans opérations de nettoyage chimique ou mécanique pour éliminer la formation des oxydes ou la perte du métal par formation de l'oxyde ou par formation d'un métal spongieux qu'on doit ensuite enlever ou qui tombe

de lui même.

La présente invention a résolu le problème précité.

Apres la liaison de la matière de revêtement à la tige d'acier, on plonge le produit revêtu dans de l'eau chaude qui est à une température légèrement inférieure ou égale à la température d'ébullition de l'eau. Après ce re- froidissement, on plonge le produit dans un second milieu

d'immersion qui peut être de l'eau à une température réduite.

La première immersion est à une température d'environ 71 à C selon la teneur en carbone du noyau d'acier en cours de traitement, et on préfére un intervalle de 90 à 96 C. L'action de refroidissement est de préférence réalisée sous

pression atmosphérique.

Le procédé est particulièrement efficace pour ce qui est des tiges à teneur moyenne ou haute teneur en carbone

qu'on utilise comme noyau.

En conséquence, les principaux buts de l'invention sont: - de fournir un procédé perfectionné pour résister à la formation indésirable d'oxydes à la surface du produit en acier revêtu; - de résister à la formation d'oxydes à la surface

des produits revêtus sans exiger de stades d'enlèvement chi-

mique des oxydes comme le décapage ou de stades d'enlèvement mécanique des oxydes avant le traitement ultérieur tel que l'étirage; - de fournir un tel procédé dont l'utilisation est économique et dont l'emploi est efficace; - de produire une surface revêtue brillante et d'éviter la formation d'une couche superficielle de métal spongieux réduit;

- de fournir un tel procédé qui supprime la néces-

sité d'un refroidissement à l'air ou d'autres moyens de re-

froidissement tel que le placement dans une atmosphère inerte ou réductrice; et - de réaliser d'autres buts qui ressortiront de la

description qui va suivre en regard du dessin annexé sur lequel:

la figure 1 est une coupe transversale d'un produit préparé par la présente invention; et

la figure 2 est une vue partiellement schéma-

tique d'une installation destinée à servir avec le procédé

de l'invention.

Dans le présent mémoire, l'expression " acier à teneur moyenne en carbone" désigne un acier contenant environ 0,16 à 0,30% de carbone et "acier à haute teneur en carbone" désigne un acier ayant une teneur en carbone

de plus de 0,30% environ.

Alors que le procédé de manutention des rubans individuels de revêtement et de la tige-noyau ainsi que le procédé de liaison à l'-état solide de ceux-ci ne font pas partie de la présente invention et qu'on peut utiliser

tout moyen acceptable en amont du-procédé unique de refroi-

dissement, selon l'invention, on va se référer à un moyen

de revêtement pour rendre la description plus complète.

Le moyen particulier qui est représenté est décrit dans

le brevet US 4.227.061.

Comme on le voit sur la figure 1, le produit final consiste en un ou plusieurs rubans de revêtement 2,4

liés à un noyau 6.

Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, un noyau d'acier 10 qui peut être une tige est acheminé par un poste de nettoyage 12 qui nettoie la

surface extérieure de la tige 10. La tige qui peut commo-

dément provenir d'une bobine de matériau non représentée, progresse dans le sens indiqué par la flèche. Elle est amenée à effectuer une liaison solide avec les rubans métalliques de revêtement 18 et 20 entre les rouleaux de liaison 14 et 16 dont chacun présente une gorge pour recevoir une partie de l'ensemble du noyau et du ruban de revêtement. Les rubans de revêtement 18 et 20 sont ou bien nettoyés ou bien ont été nettoyés pendant une partie du procédé et sont passés entre des rouleaux tendeurs 24 et 26 respectivement et ensuite par des patins électriques de contact électriquement excités 34 et 35 respectivement qui servent à chauffer les rubans 18 et 20 par résistance et sont excités par une source de courant 36 et des conducteurs 30 et 32. La source

de courant 36 est également connectée aux rouleaux de liai-

son 14 et 16 par un fil conducteur 38 pour former ainsi

l'extrémité basse tension du circuit.

La tige-noyautest également préchauffée. On

effectue ce préchauffage par une bobine à induction élec-

trique 40 qui est enroulée autour d'un tube non conducteur 42. Un capuchon terminal 44 est muni d'une entrée tubulaire par laquelle on peut introduire dans le tube 18 un gaz qui empêche l'oxydation de la tige. Une chambre de pression positive 46 est prévue dans les zones recevant la tige 10 de les rubans de revêtements 18, 20 et elle est réalisée de façon à recevoir un gaz réducteur qui résiste à l'oxydation

de la tige et des rubans avant la liaison.

Dans un mode de mise en oeuvre préféré, le noyau d'acier 10 est construit en un acier à moyenne ou-haute teneur en carbone. Parmi les matériaux préférés de revêtement, on peut citer les métaux qui ne sont pas sensibles aux taux de refroidissement provoqués par l'immersion dans l'eau chaude et ne subissent pas d'oxydation superficielle quand ils sont exposés à l'eau ou à une solution aqueuse d'une base tamponnée de façon convenable à des températures allant de

l'ambiante jusqu'au point de l'ébullition de l'eau, le maté-

riau pouvant être, par exemple, un alliage Monel. Le matériau de revêtement préféré est choisi parmi le cuivre, les alliages

de cuivre, le nickel et les alliages de nickel.

Après liaison, le produit revêtu 50 sort de

l'équipement de liaison et passe par une chambre de tran-

sition 51 contenant un gaz inerte ou réducteur tel que l'am-

moniac craqué. Le matériau composite qui progresse avanta-

geusement à une vitesse d'environ 14 à 18 m/min traverse d'abord une cuve 52 à déversement de trop-plein qui contient de l'eau 54 sensiblement à la même température que l'eau 58 dans la première cuve d'immersion 56. L'amoniac craqué provenant de la chambre 51 est également admis dans la cuve 52 et recouvre l'eau 54. Ainsi, aussi bien l'eau 54 que l'ammoniac protègent le produit revêtu 50 des environnements corrosifs ou oxydants. La cuve 56 contient de l'eau 58 à

une température entre environ 71 C et le point d'ébullition.

Avec de l'eau pure, le point d'ébullition est de 100 C sous une pression de 1 bar. De préférence, la température de l'eau est entre environ 90 et 96 C. Alors que l'article

composite 50 émerge de l'équipement de liaison, sa tempé-

rature est normalement comprise entre environ 900 et 982 C ou plus. Le refroidissement à l'eau chaude est suffisant,

en considérant la température de l'eau et la durée de l'im-

mersion, pour réduire le noyau en acier à une température

inférieure à environ 593 C dans la première cuve de re-

froidissement 56. On fait alors passer la tige composite

refroidie 50 dans une seconde cuve 66 à déversement du trop-

plein qui contient de l'eau et un gaz tel que l'azote dans l'espace surmontant l'eau. La tige 50 est ensuite admise dans la seconde cuve de refroidissement 72 contenant de l'eau 74 à température réduite par rapport à l'eau 58 et, de préférence, inférieure à environ 27 C ou à la

température ambiante.

Les cuves 52, 56, 66, 72 et 76 peuvent être

en un matériau approprié quelconque tel que l'acier inoxy-

dable ou l'acier enduit, par exemple, et peuvent être sensiblement rectangulaires vus en plan. Les cuves 52, 56, 64 et 66 ont en général un couvercle étanche sur le dessus alors que les cuves 72 et 76 peuvent être ouvertes ou fermées Il y a lieu de constater qu'entre le moment o le noyau en acier revêtu émerge d'entre les rouleaux

14, 16 jusqu'à sa sortie de la seconde cuve de refroidis-

sement 72, ce noyau ne subit aucune exposition notable à des environnements corrosifs ou oxydants. Dans l'exemple représenté, on réalise ce résultat par l'environnement gazeux de protection dans la chambre 51 et par maintien du produit revêtu 50 dans l'atmosphère protectrice et/ou sous le niveau de l'eau dans les cuves 52, 56, 66 et 72. Des ouvertures sont pratiquées dans les parois des cuves 52, 56, 66 et 72 pour permettre le passage de la tige revêtue 50.- Eventuellement, on peut prévoir des moyens d'obturation. Pour autant que l'eau 58 sort de la cuve 56 du côté amont, elle est reçue dans la cuve 52 à déversement du trop-plein. Cette eau est indiquée par " 54 ". Une seconde cuve à déversement du trop-plein 66 est divisée par une cloison 67 et contient de l'eau 68 à température élevée provenant de la cuve 56 en amont et de l'eau plus froide 69 provenant de la cuve 72 en aval. Les conduites , 71, 64 et la pompe 62 permettent à l'eau 54 de la cuve

52 et à l'eau 68 de la cuve 66 de revenir à la cuve 56.

L'eau qui sort de la cuve 72 par la paroi adja-

cente à la cuve de trop-plein 66 pénètre dans cette cuve

66 comme l'eau 69 et peut être soutirée par une vidange 70.

Une certaine quantité d'eau 74 est admise dans la 3ème cuve à déversement de trop-plein 76 sous forme de l'eau 78,

avec décharge possible par la vidange 79.

Des sources convenables d'eau de réapprovision-

nement ( non représentées) et des dispositifs de chauf-

fage ( non représentés) tels que des éléments de chauffage par immersion, des éléments de chauffage à la vapeur ou des échangeurs de chaleur, par exemple, peuvent être prévus pour la mise en route et le réglage. La chaleur contenue dans la tige revêtue peut être adéquate pour maintenir

l'eau 58 à la température désirée.

Eventuellement, on peut faire passer le produit revêtu 50 par un stade de dosage ( non représenté) afin de rogner la matière superflue de revêtement comme par exemple les ailettes dépassant à l'extérieur. La tige refroidie peut alors être enroulée sur une bobine de reprise 80. On peut soumettre le composite à une opération

d'étirage soit directement à la sortie du poste de refroi-

dissement, soit en après rebobinage sur la bobine 80 pour stockage et/ou transport en vue d'un traitement ultérieur. La durée de séjour ( à la vitesse de progression indiquée plus haut) d'un segment quelconque de la tige revêtue dans la cuve 56 est d'environ 15 à 50 secondes, et, de

préférence, d'environ 25 à 45 secondes.

Exemple

Pour élucider encore la nature de l'invention,

on va en donner un exemple.

On peut prévoir une chaîne de revêtement pouvant être d'un type approprié quelconque pour faire avancer la tige et le ou les rubans qu'on devralier à la tige, y compris les moyens appropriés de préchauffage et les rouleaux de liaison. Le noyau peut être une tige-noyau en acier C1060 ayant environ 8,7 mm de diamètre et deux rubans de revêtement ayant chacun une largeur égale à

environ la moitié de la circonférence de la tige d'acier.

Les rubans de revêtement peuvent être, en cuivre CDA 102

ayant 15,87 mm de largeur et environ 0,8 mm d'épaisseur.

On préchauffe le noyau d'acier à environ 982 C par exemple par chauffage par induction à haute fréquence et on chauffe les rubans de cuivre à environ 650 C par exemple par chauffage par résistance. La température de sortie du produit revêtu d'entre les rouleaux de liaison est d'environ 9270 C. La tige revêtue présente un diamètre qui est d'environ 91% de la somme du diamètre de la tige et de l'épaisseur des deux rubans initiaux comportant la réduction

effectuée pendant le passage entre les rouleaux de liaison.

On fait avancer la tige revêtue à environ 16,5m/min. Le premier bain de refroidissement à l'eau contient de l'eau et présente environ 200 mm de largeur,

environ 152 mm de profondeur et environ 9 m de longueur.

Il contient de l'eau à une température d'environ 94 C. Chaque segment de la tige revêtue séjourne dans l'eau chaude pendant environ 33 secondes lors de son passage par la première cuve de refroidissement et il en sort à une température d'environ 510 à 538 C. On introduit ensuite, de préférence, la tige revêtue dans une autre eau de refroidissement qui est dans une auge ayant environ cm de largeur et 15 cm de profondeur pour 240 cm de

longueur, et contenant de l'eau à température ambiante.

On constate que le produit revêtu est dépourvu d'accumu-

lations fâcheuse d'oxydes superficiels et que son aspect

est propre.

On conçoit que le procédé de l'invention assure un refroidissement efficace du composite d'une manière qui réduit la température du noyau d'acier tout en résistant à la formation du produit aciculaire de transformation

et aussi en résistant à toute oxydation notable ou éventuel-

lement gênante sur la surface extérieure de la matière de

revêtement. On conçoit encore qu'on réalise tous ces résul-

tats sans avoir besoin d'un nettoyage chimique du produit tel que le décapage ou d'un nettoyage mécanique et tout en évitant le refroidissement de l'air avec une réduction ultérieure de l'oxyde dans l'ammoniac craqué donnant par

exemple un produit spongieux qui peut être gênant.

On conçoit encore que si on le désire on peut réaliser le refroidissement sous une pression autre que l'atmosphérique, à la condition d'effectuer un réglage correspondant des températures d'ébullition de l'eau et,

bien que ces modifications soient destinées à des cas par-

ticuliers, on les envisage comme englobées par le cadre de l'invention. D'autre part, on peut introduire certains additifs qui peuvent modifier le point d'ébullition. Quand il est question du "liquide de refroidissement" et de son poids d'ébullition, on désire englober l'eau avec ou sans additif et sous pression atmosphérique et sous une pression différente, ainsi que les points d'ébullition que l'eau aura avec de tels additifs ou sous l'effet des pressions modifiées. On conçoit que si pour une raison de commodité, on a représenté un agencement comportant deux rubans

distincts de revêtement 18 et 20, on pourrait éventuel-

lement effectuer le revêtement avec un seul feuillard ou

avec plus de deux feuillards.

On conçoit encore que si il a été question d'un noyau " en forme de tige " et en règle générale d'une section sensiblement cylindrique, on pourrait utiliser

éventuellement d'autres profilés.

Il va de soi qu'on peut apporter diverses modifications aux modes de réalisation décrits et représentés,

sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Procédé de revêtement d'une tige-noyau (10) en acier avec au moins un ruban de revêtement (18,20) en un autre métal, en préchauffant ladite tige-noyau et ledit ruban, en installant le ruban autour du noyau et en effectuant une liaison en phase solide (14, 16) dudit ruban de revêtement au noyau (10) pendant que le noyau et le ruban avancent, caractérisé en ce qu'après ladite liaison, on plonge ladite tige d'acier revêtu dans un premier bain liquide de refroidissement (56) à une température comprise entre environ 70 C et la température d'ébullition dudit liquide de refroidissement, et on plonge ensuite ladite

tige revêtue dans un second bain de liquide de refroidis-

sement (72) ayant une température plus basse que le premier

liquide de refroidissement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de l'eau avec ou sans additifs comme

premier et second liquides de refroidissement (56, 72).

3. Procédé selon l'une des revendications l ou2, caractérisé

en ce qu'on effectue la première immersion dans l'eau à une température comprise entre environ 71 et 100 C.

4. Procédé selon l'une des revendications là 3, caractérisé

en ce que l'eau de refroidissement du second bain est à

une température inférieure à environ 27 C.

5. Procédé sleon l'une des revendications à 4, caractérisé

en ce qu'on utilise deux rubans de revêtement (18, 20).

6. Procédé selon l'une des revendications à 5, caractérisé

en ce qu'on effectue la première immersion à une température d'environ 90 à 960 C.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise un matériau de revêtement sélectionné à partir du groupe qui consiste en

cuivre, alliage de cuivre, nickel ou alliage de nickel.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 7, caractérisé en ce qu'on réduit la température du noyau d'acier à une valeur inférieure à environ 593 C

dans le premier bain de refroidissement.

9. Procédé selon l'une des reverndicationslà 8, caractérisé

en ce qu'on effectue le premier refroidissement sensi-

blement sous pression atmosphérique.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendiea-

tions 1 à 9, caractérisé en ce qu'on effectue le revêtement sur une tige d'acier qui est un acier à teneur moyenne

ou à haute teneur en carbone.

11. Procédé selonl'une quelconquedes revendicationsl à 10,

caractérisé en ce qu'on effectue le revêtement sur une tige

d'acier contenant plus de 0,16 % de carbone environ.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 11, caractérisé en ce qu'on effectue le second refroidissement à l'eau sensiblement à la temperature ambiante.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 12, caractérisé en ce qu'on fait avancer la tige revêtue par le premier bain de refroidissement- à une

vitesse d'environ 13,5 à 18 m/min.

14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on utilise une tige d'acier (10) ayant un diamètre

inférieur à 1,27 cm environ.

15. Procédé selon 1l'une des revendicationsl à 14, caractérisé

en ce que chaque partie de la tige revêtue séjourne dans le bain d'eau chaude de refroidissement pendant environ

à 50 secondes.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite durée de séjour dans l'eau chaude est

d'environ 25 à 45 secondes.