FR2559692A1 - Methode de preparation de demi-produits metalliques stratifies, notamment en acier, et dispositif de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION RESIDE EN UNE PREPARATION DE DEMI-PRODUITS POLYMETALLIQUES STRATIFIES QUI CONSISTE A COULER EN CONTINU UNE BARRE SERVANT DE METAL DE BASE A (GENERALEMENT UNE BRAME) ET, AU COURS DE SON EXTRACTION, ON DECALAMINE LA SURFACE 3 A REVETIR A LA SORTIE DE LA ZONE DE DECINTRAGE 2, PUIS ON DECAPE EVENTUELLEMENT CETTE SURFACE PAR EPANDAGE D'UNE POUDRE 10 CONSTITUTIVE D'UN LAITIER, PUIS ON EFFECTUE LE DEPOT DU METAL D'APPORT SOUS FORME D'UNE BANDE UNIQUE OU D'UNE PLURALITE DE BANDES JUXTAPOSEES 14 A L'AIDE D'UNE BATTERIE DE DEVIDOIRS 13 ET CONJOINTEMENT ON EFFECTUE UN APPORT CALORIFIQUE 16 LOCALISE A L'ENDROIT DU CONTACT ENTRE LE METAL D'APPORT ET LE METAL DE BASE, CET APPORT CALORIFIQUE ETANT REALISE DE MANIERE A PROVOQUER LA FUSION MOMENTANEE DE LA BANDE 14 SOIT COMPLETEMENT AU MOMENT OU ELLE EST DEPOSEE OU JUSTE APRES, SOIT SUPERFICIELLEMENT SEULEMENT SUR SA FACE DESTINEE A VENIR AU CONTACT AVEC LE METAL DE BASE, ENFIN A PARFAIRE L'ASPECT DE SURFACE EN EFFECTUANT UN SURFACAGE PAR COMPRESSION ENTRE DEUX ROULEAUX 17.

Description

METHODE DE PREPARATION DE DEMI-PRODUITS NETALLIQUES STRATIFIES,
NOTAMMENT EN ACIER, ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE
L'invention se situe dans le domaine des produits polymétalliques stratifiés. Plus précisément, elle concerne une méthode de préparation de produits polymétalliques stratifiés, ainsi que l'installation de mise en oeuvre de ladite méthode.

Pour de nombreuses applications, les utilisateurs de métaux, notamment d'acier, désirent de plus en plus que le métal ait des propriétés différentes à coeur et en peau. En effet, le coeur d'une pièce en acier, par exemple une tôle pour carrosserie d'automobile, assure généralement la résistance mécanique et la ductilité alors que la peau doit résister au mieux, selon les cas, à l'usure, à l'abrasion, à la fatigue et surtout à la corrosion par oxydation.

On sait qu'une solution à ce problème peut etre trouvée dans les produits polymétalliques dits "stratifiés". On entend, par ce vocable, qualifier des produits composites formés de deux couches, ou plus, de métaux pouvant être de natures différentes ou de même nature mais de compositions différentes, de façon à présenter des propriétés bien différenciées, voire opposees, mais qui par synergie confèrent au produit une bonne aptitude aux contraintes d'usage désiré.

On connait différentes méthodes de préparation de produits polymétalliques, soit par des traitements de surface après laminage, comme la galvanisation, l'électrozinguage, soit par des opérations réalisées en vue d'un placage du métal d'apport sur le métal de base avant le laminage (brevet français 1538830) ou par le laminage lui-meme (brevets français 2027296 et 2306022).

Mais toutes ces méthodes nécessitent une suite d'opérations longues qui les rendent souvent peu productives et pénalisent le prix de revient du produit final obtenu.

L'invention a pour but une réalisation économique de produits métalliques stratifiés, adaptée à une production de masse et capable de fournir un produit final de qualité comparable, voire meilleure, de celle des produits similaires actuellement connus.

A cet effet, l'invention a pour objet une méthode de préparation de produits polymétalliques stratifiés, notamment en acier, caractérisée en ce que
- on coule "en continu" un demi-produit constituant le métal de base, et au cours de son extraction de l'installation de coulée
- on effectue un décalaminage de la surface à revetir du métal de base
- puis, on effectue sur toute la surface à revêtir du métal de base, un dépit d'un métal d'apport se présentant sous la forme d'une bande, ce dépôt étant fait conjointement avec un apport calorifique localisé à la zone de contact entre le métal d'apport et le métal de base.

Selon deux mises en oeuvre différentes, l'apport calorifique qui est destiné à favoriser le collage des métaux, peut etre réalisé de manière à fondre momentanément la bande de métal d'apport, soit complètement juste au moment où elle se dépose sur le métal de base ou immédiatement après, soit seulement superficiellement sur sa face inférieure avant sa venue en contact avec le métal de base.

Conformément à une variante, les éventuelles irrégularités de surface du produit obtenu peuvent etre éliminées en effectuant une opération de surfaçage par compression du métal d'apport sur le métal de base.

Conformément à une autre variante, il est envisageable de parfaire la préparation de la surface du métal de base à rev8- tir, en effectuant à la suite du décalaminage, un décapage en déposant sur cette surface une matière de formation d'un laitier fusible et décapant. Avantageusement, ce laitier de décapage assure également un inertage de la surface du métal de base jusqu'au moment du dépôt de la bande de métal, où il est alors naturellement chassé de la surface.

L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention.

Cette installation est caractérisée en ce qu'elle est située dans la partie "aval" de la machine de coulée continue du métal de base et en ce qu'elle comprend les éléments suivants qui se succèdent dans le sens du défilement du métal de base en cours d'extraction
- tout d'abord des moyens de décalaminage de la surface à revêtir du métal de base
- puis des moyens de dépot du métal d'apport sous forme d'une -bande sur la surface décalaminée du produit métallique de base, lesdits moyens de dépôt étant associés avec des moyens d'apport calorifique situés à l'endroit du contact entre le métal d'apport et le métal de base.

Conformément à une première variante, les moyens d'apport calorifique sont disposés "en amont" des moyens de dépôt de métal d'apport, de telle façon que l'apport calorifique soit localisé au confluent de la surface à revêtir du produit métallique de base et du métal d'apport.

Conformément à une autre variante, les moyens d'apport calorifique sont disposés "en aval" des moyens de dépot de métal d'apport de façon à pouvoir fondre la bande de métal d'apport au moment où elle entre en contact avec le métal de base.

Comme on le comprend facilement, la première variante assure une fusion superficielle du métal d'apport et/ou du métal de base qui facilite ensuite le collage des deux couches de métaux.

Par contre, la seconde variante implique la fusion de la bande de métal d'apport déposée sur le métal de base B9adhérence, dans ce cas précis, est obtenue par resolidîfication du métal d'apport sur le métal de base.

Diverses sources d'énergie calorifique sont susceptibles de donner de tels résultats, notamment des torches à arc ou à plasma. Bien entendu, les torches qui seront utilisées en aval de l'opération de dépôt de métal devront avoir une puissance nettement supérieure à celles que l'on utilise en amont.

Selon une autre variante, des moyens de décapage de la surface du métal de base à revêtir sont prévus entre les moyens de décalaminage et les moyens de dépôt du métal d'apport.

Selon une autre variante, des moyens de surfaçage du produit obtenu par mise en compression du métal d'apport sur le métal de base sont prévus à la suite des moyens de dépôt du métal d'apport sur le métal de base.

Ainsi qu'on l'aura sans doute déjà compris, l'invention propose donc une préparation de demi-produits polymétalliques stratifiés a' partir d'un métal de base qui est une barre (de préférence une brame) issue directement d'une ligne de coulée continue. La mise en oeuvre de l'invention bénéficie ainsi de l'avantage d'un métal de base encore chaud, ce qui permet entre autre de minimiser les pertes de temps et aussi les pertes thermiques. L'invention est parfaitement applicable et adaptable aux installations existantes de coulée continue sans modifications sensibles des conditions et paramètres de marche.

D'autres avantages et caractéristiques apparaitront au vu de la description qui va suivre, donnée en référence à la planche de dessins annexée sur laquelle
- la figure 1 représente une coupe schématique longitudinale d'une installation de préparation d'un demi-produit à deux couches selon l'invention, à partir d'une brame coulée en continu
- la figure 2 représente une vue schématique de dessus de l'installation montrée sur la figure 1.

Suivant l'exemple de l'installation de la figure 1, la brame de base (A) en acier au carbone classique, sortant d'une lingotière 1 d'une machine de coulée continue est redressée horizontalement dans la zone de décintrage 2 où elle présente une épaisseur d'une dizaine de centimètres. Ensuite, la surface supérieure 3 de la brame (A) est soumise à une opération de décalaminage primaire par projection d'un fluide sous pression.

Pour ce faire, on utilise une rampe de distribution 4 de fluide, disposée au-dessus du produit (A). La rampe 4, reliée à une conduite d'alimentation 5 est munie d'ajutages de sortie 6.

Dans l'exemple représenté, le fluide projeté sur la surface 3 à décalaminer est de l'eau sous pression.

De préférence, les jets sont orientés dans le sens inverse du déplacement de la brame (A) de façon à ne pas perturber les traitements ultérieurs auxquels la brame (A) sera soumise.

Ensuite, cette brame est conduite à un dispositif de décapage 7 qui est principalement composé d'une rampe de réparti tion 8 d'un laitier fusible et décapant. Cette rampe est alimentée par un distributeur 9 rempli de poudre 10, et comporte des orifices 11 permettant de déposer sur la surface 3 à traiter la poudre 10 qui après fusion s'étale et forme le laitier décapant.

On utilise généralement des laitiers à base de "borax" en raison de leur bonne fusibilité et de leurs bonnes propriétés décapantes.

Le laitier ainsi formé dissout les traces d'oxydes métalliques et procure de surcroît un inertage de la surface 3, ce qui est favorable à une bonne adhésion du métal d'apport. Il est alors possible de procéder au revêtement de la surface 3 de la brame (A) sans risque d'oxydation. Pour ce faire, la brame (A) est conduite à un dispositif 12 de revetement qui comprend principalement une pluralité de dévidoirs 13 sur lesquels sont enroulées des bandes de métal d'apport 14 en acier inoxydable d'environ 1 cm d'épaisseur (soit dans un rapport de 1 à 10 environ avec l'épaisseur de la brame de base). Les dévidoirs 13 sont portés par un portique 15 surplombant la brame (A).

De préférence3 les dévidoirs 13 sont, comme on le woit sur la figure 2, disposés en quinconce selon la largeur de la brame. Cette disposition permet de juxtaposer aisément les bandes de métal d'apport 14 sur la surface 3 de la brame (A) défilant dans le dispositif 12. On obtient alors un revetement bien uniforme de la brame (A) par les bandes de métal d'apport.

En amont de chaque dévidoir, on dispose une torche 163 à arc ou à plasma, de façon à ce que l'apport calorifique de la torche 16 soit localisé au confluent de la surface 3 de la brame (A) et des bandes de métal d'apport 14. La quantité de chaleur apportée par la torche 16 favorise le collage de la bande de métal d'apport au moment de son contact avec la surface 3. Le film de fluide protecteur constitué par le laitier est alors naturellement chassé au niveau du contact entre le produit (A) et les bandes 14.

Ensuite, le produit stratifié (B) ainsi obtenu est soumis à une compression, avantageusement réalisée dans une cage à cylindre 17 du type à laminoir, qui assure le surfaçage en éliminant les aspérités et les rugosités dues aux éventuelles imperfections de surface du produit de base, et qui permet de parfaire l'adhérence entre le métal d'apport-et le métal de base.

Enfin, le produit stratifié (B) est découpé en tronçons de longueurs voulues au poste de découpage 19.

Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes.

En particulier, les moyens d'apport calorifique peuvent très bien servir à poursuivre le chauffage au-delà du simple ramollissement de la ou des surfaces à coller et aller jusqu'à fondre complètement le métal d'apport. Dans ce cas, il est préférable comme on le comprend aisément d'assurer cette fusion après le dépôt de la bande d'apport ou au moment du dépôt, ou encore juste avant de manière que la frange de métal solide avant fusion se trouve à proximité immédiate de la surface du métal de base à revêtir.

Les moyens d'apport calorifique peuvent rester localisés sous la bande d'apport au confluent avec le métal de base comme dans l'exemple décrit aux figures.

Il sera toutefois préférable, pour des raisons de sécurité, de les placer au-dessus de la bande d'apport, notamment dans le cas des torches à plasma ou de brûleurs.

Bien entendu, tout autre moyen de chauffage, tel que des bobines à induction, ou par conduction électrique, etc peuvent également convenir.

De même, l'installation de préparation de produits polymétalliques stratifiés selon l'invention est tout à fait envisageable en aval d'une machine de coulée continue horizontale.

De même, on peut procéder à la découpe du produit de base (A) (par exemple la brame (A) dans notre description) juste après l'opération de décintrage, ou juste après l'opération de décalaminage. Toutefois, la découpe sera faite de préférence sur le produit final (B), après l'opération de dépôt de métal d'apport ou après l'opération de surfaçage.

En ce qui concerne l'inertage de la surface à revêtir après décapage, diverses techniques bien connues dans l'art du soudage sont envisageables. Ainsi qu'il l'a été mentionné précédemment, le dépôt d'un laitier fusible et décapant permet d'assurer à la fois la protection (ou l'inertage) ainsi que le décapage de la surface à revêtir. On peut également obtenir le même résultat en travaillant par exemple sous atmosphère contrôlée. Notamment dans le cas où l'on procède à la fusion de la bande de métal d'apport sur le métal de base, cette opération sera faite de préférence sous atmosphère inerte, par exemple d'argon.

Selon une autre variante, le métal d'apport se présente sous la forme d'une seule bande, de largeur égale à celle du produit (A) à revêtir.

Bien entendu, la méthode selon l'invention peut être répétée plusieurs fois sur le meme produit métallique. En effet, il est parfaitement possible de superposer sur le produit (B) plusieurs autres couches de métaux d'apport de compositions différentes, et ceci aussi bien sur la surface 3 déjà revêtue, que sur la surface opposée à la surface 3, après retournement du produit.

Eventuellement, avant toutes opérations de revêtement, le produit (B) sera soumis à une opération de réchauffage afin de s'assurer que la température de la surface à revêtir soit suffisamment élevée pour favoriser ltndhérence.

Comme on le comprend, un intérêt majeur de l'invention réside dans le fait qu'elle permet d'assureur une production "en continu" de produits polymétalliques stratifiés.

De plus, l'invention s'applique à la production de tous les produits stratifiés polymétalliques.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1) Méthode de préparation de demi-produits polymétalliques stratifiés, notamment en acier, caractérisée en ce que

- on coule "en continu" une barre (A) constituant le métal de base et, au cours de son extraction de l'installation de coulée

- on effectue un décalaminage de la surface (3) à revêtir du métal de base

- puis on effectue sur toute la surface à revêtir (3) du métal de base, un dépôt de métal d'apport, sous la forme d'une bande (14), ce dépôt étant fait conjointement avec un apport calorifique localisé au niveau du contact entre le métal d'apport et le métal de base (A).

2) Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on effectue l'apport calorifique de manière à provoquer une fusion superficielle de la bande de métal d'apport (14) sur sa face destinée à être mise au contact du métal de base (A) à revêtir.

3) Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on effectue l'apport calorifique de manière à provoquer la fusion totale de la bande de métal d'apport (14) juste après son dépôt ou au cours même de son dépôt sur le métal de base (A) à revêtir.

4) Méthode selon les revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que l'on localise l'apport calorifique sous la bande de métal d'apport (14) au confluent avec le métal de base (A).

5) Méthode selon les revendications 1 ou 3 caractérisée en ce que l'on localise l'apport calorifique sur la bande de métal d'apport (14).

6) Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que le métal d'apport est déposé en une bande unique de largeur égale à celle du métal de base (A).

7) Méthode selon l'une quelconque des revendications I à 5 caractérisée en ce que le métal d'apport est déposé sous la forme de bandelettes (14) juxtaposées selon la largeur du métal de base (A).

8) Méthode selon la revendication 5 caractérisée en ce que l'on décape et on protège la surface à revêtir (3), préala blement décalaminée en y déposant une matière (10) de formation d'un laitier fusible et décapant.

9) Méthode selon les revendications 1 ou 8 caractérisée en ce que l'on achève la préparation du demi-produit polymétallique stratifié en le soumettant à un surfaçage par compression du métal d'apport (14) sur le métal de base (A).

10) Installation de mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est située en aval de la machine de coulée continue de la barre (A) constituant le métal de base et en ce qu'elle comprend les éléments suivants, dans le sens du défilement de la barre (A) constituant le métal de base

- tout d'abord des moyens de dêcalaminage (4,5,6) primaire de la surface à revetir (3) du métal de base,

- puis des moyens (12) de dépôt de métal d'apport sous forme de bande (14) sur la surface (3) traitée du produit (A), lesdits moyens de dépôt étant associés à des moyens d'apport calorifique (16) situés à l'endroit du contact entre le métal de base (A) et le métal d'apport.

11) Installation selon la revendication 10 caractérisée en ce que les moyens de dépôt du métal d'apport sont constitués par une pluralité de dévidoirs (13) répartis selon la largeur du métal de base et à partir desquels sont déroulées des bandes (14) de métal d'apport et que conjointement à chaque dévidoir (13) des moyens d'apport calorifique (16) sont disposés au niveau du contact entre le métal de base (A) et les bandes de métal d'apport.

12) Installation selon la revendication 10 caractérisée en ce que les moyens de dépôt du métal d'apport sont constitués par un dévidoir unique (13) à partir duquel est déroulée une bande (14) de métal d'apport de largeur sensiblement égale à celle de la surface (3) à revêtir, et que conjointement à ce dévidoir (13), les moyens d'apport calorifique sont disposés au niveau du contact entre le métal de base (A) et la bande de métal d'apport.

13) Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisée en ce que les moyens d'apport calorifique (16) sont disposés en amont des moyens de dépôt de métal d'apport et sous ledit métal d'apport de façon que l'énergie calorifique soit apportée au confluent du métal de base (A) et du métal d'ap port.

14) Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisée en ce que les moyens d'apport calorifique sont disposés en aval des moyens de dépôt de métal d'apport et au-dessus dudit métal d'apport de façon que l'énergie calorifique soit apportée sur le métal d'apport.

15) Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 14 caractérisée en ce que des moyens (7) de protection et de décapage de la surface (3) à revêtir sont prévus à la suite des moyens de décalaminage et en ce que ces moyens t7) sont principalement constitués par une rampe de distribution (8) répandant sur la surface (3) une poudre (10) fusible et décapante.

16) Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 15 caractérisée en ce que des moyens de surfaçage (17) par compression sont prévus en fin de préparation du produit (A) revêtu d'une couche de métal d'apport dans une cage à cylindre de type laminoir.

17) Demi-produit polymétallique stratifié obtenu par la méthode selon l'une quelconque des revendications 1, 6, 7, 8, 9 ou 10 caractérisé en ce que les épaisseurs du métal d'apport et du métal de base sont dans un rapport de 1 à 10 environ.