BE1027395B1

BE1027395B1 - Boulets de broyage forges pour broyeur semi-autogene

Info

Publication number: BE1027395B1
Application number: BE20205031A
Authority: BE
Inventors: Michel Bonnevie; Marc Babineau
Original assignee: Magotteaux Int
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2021-01-29
Also published as: AU2021207260A1; WO2021144347A1; CA3167890A1; CN114929906A; EP4090779A1; US20230071728A1; BR112022013975A2; ZA202207221B; EP4090779B1

Abstract

La présente invention se rapporte à un boulet de broyage (19) comprenant en poids: - du carbone avec une teneur comprise entre 1 et 2%, - du chrome avec une teneur comprise entre 7 à 16%, de préférence 12% - du manganèse avec une teneur comprise entre 0,5 et 3%, de préférence 1,1% - du silicium avec une teneur comprise entre 0,2 à 1,5%, de préférence 0,8% - du molybdène avec une teneur inférieure à 1,5%, - du nickel avec une teneur inférieure à 1,5%, - des impuretés éventuelles avec une teneur totale inférieure à 0.5%, - la balance pour obtenir 100% étant du fer, caractérisé en ce que ledit boulet de broyage (19) comprend une répartition discrète de carbures de chrome (5) par opposition à une répartition en réseau.

Description

BOULETS DE BROYAGE FORGES POUR BROYEUR SEMI-AUTOGENE Objet de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte à des boulets de broyage en fonte à haute teneur en chrome, destinés au broyage semi-autogène. Elle se rapporte également au procédé de fabrication desdits boulets. Etat de la technique

[0002] Le broyage dans l’industrie minière est destiné à libérer les particules valorisables de minéraux métalliques hors de la gangue constituée de minéraux stériles mais souvent très abrasifs. Les usines sont constituées de stations de concassage, de broyage puis de sections de concentration généralement par flottation pour les minerais sulfurés tels que le cuivre ou le plomb et le zinc, souvent associés.

[0003] Dans la section de broyage de ces usines, le procédé actuel est basé sur un broyeur rotatif semi-autogène et un ou plusieurs broyeurs rotatifs à boulets. Une telle ligne de procédé peut être dupliquée suivant le débit souhaité ou les types de minerais existant dans la mine.

[0004] Le broyeur semi-autogène se caractérise par une conception originale. Le diamètre est très important, plus de cinq mètres en général, avec une longueur proportionnellement courte. On le caractérise par un rapport longueur sur diamètre généralement inférieur à 1, de préférence compris entre 0,5 et 1. L'alimentation en minerais, faite en continu, provient directement de la mine ou d’une section de concassage. Une quantité variable d’eau est ajoutée aux blocs de minerais de différentes dimensions. Les débits sont très importants, souvent très supérieurs à 1000 tonnes par heure.

[0005] Ces broyeurs sont protégés par des blindages permettant de soulever la matière à broyer. Les figures 1A et 1B montrent un broyeur semi- autogene 1.

Ces broyeurs comportent des blindages 2 avec des parties protubérantes appelées releveurs 3, qui permettent un relevage très intensif. Lorsque le broyeur est en rotation autour de son axe horizontal, les morceaux de roches sont soulevés et retombent sur le lit de roches dans la partie inférieure. De plus, par un mouvement relatif entre blocs et les impacts liés à la rotation, la matière se réduit en dimension de manière importante, ce qui justifie le vocable « broyage autogène ».

[0006] Pour certains minerais très durs, la taille des roches ne se réduit plus lorsqu'elles atteignent une certaine dimension critique et s'accumulent dans le broyeur en diminuant son efficacité. Pour limiter cet effet, une petite quantité de gros boulets est ajoutée, occupant généralement entre 8 et 12% du volume disponible dans le broyeur. Ces boulets ont des dimensions supérieures à 100 mm, souvent 125 mm et parfois 160 mm et pèsent jusqu’à 16kg chacun. Entraînés par les releveurs, ils vont s’écraser dans le meilleur des cas, après une chute de 5 à 7 m, sur les roches et aider au concassage des blocs durs et difficiles à broyer. Cette méthodologie correspond à l’appellation de broyage semi-autogène. Le broyeur semi-autogène est décrit en détail aux pages internet suivantes : ° https://www.911metallurgist.com/blog/sag-mill-ball-size- evaluator-evaluation-factors ° htto://ffden-

2.phys.uaf.edu/211 fall2002.web.dir/keith palchikoff/grinding mill_2.html La matière suffisamment fine peut sortir du broyeur au travers d’une grille de décharge, et est envoyée vers les étapes suivantes de traitement.

[0007] Les boulets de broyage utilisés dans les broyeurs semi- autogènes doivent présenter une bonne résistance à l'impact ainsi qu’une bonne résistance à l’usure. En effet, les boulets utilisés dans le broyeur semi- autogène sont soumis à une usure importante par abrasion et à de nombreux impacts. Ceci est dû à l’action combinée de minéraux très durs sous forme de gros blocs et présentant souvent des arêtes coupantes et à une destruction par rupture et écaillage, en relation avec les conditions d’impacts à l’intérieur de cet équipement. Les boulets usés ou cassés de dimension plus réduites ne sont plus efficaces dans leur rôle de concassage des blocs de taille critique qui s'accumulent dans le broyeur. Ces petits boulets sortent d’ailleurs du broyeur par des orifices ouverts existant dans la grille de décharge du broyeur semi- autogène.

[0008] Pour combiner au mieux les propriétés de résistance à lusure et de résistance à l'impact, on utilise généralement deux types de boulets.

[0009] Il y a, d’une part, les boulets en acier au carbone peu allié.

Ces aciers comportent en poids de 0.4 à 0.9% de carbone, moins de 1% de manganèse, de chrome et de silicium ainsi que des éléments en plus faibles quantités tels que le molybdène, le vanadium, le titane, le niobium ainsi que des impuretés plus néfastes comme le soufre et le phosphore par exemple. Ces boulets sont mis en forme par forgeage d’une barre issue de la coulée.

[0010] Il y a, d'autre part, les boulets en fonte au chrome, avec une teneur en chrome supérieure ou égale à 5% en poids, qui sont directement mis en forme par coulée dans un moule en sable ou métallique. Ces alliages ont pour caractéristique de comporter des carbures de chrome, dits primaires, qui apparaissent lors de la solidification à la coulée. II s’agit de carbures de type MzCz. Lors de la solidification, des cellules d'austénite vierges de carbures apparaissent en premier. Ensuite, des carbures en réseau se forment au point eutectique autour de ces cellules d’austénite. Les figures 2A et 2B représentent typiquement la répartition des carbures dans une fonte mise en forme par coulée dans un moule. On observe à la figure 2A la répartition en réseau des carbures 5 qui s’est formée entre les dendrites d'austénite lors de la solidification. La figure 2B représente schématiquement ces mêmes carbures en réseau. On observe ainsi un réseau de carbures 5 distribués au sein d’une matrice 4 dépourvue de carbures primaires. Ces carbures permettent d'améliorer les propriétés d’usure par rapport aux aciers susmentionnés mais par contre leur répartition inhomogène et grossière détériore les propriétés de résistance à l'impact comparé à ces mêmes aciers.

[0011] La mise en forme par forgeage sur les alliages en fonte au chrome a par ailleurs toujours été proscrite car ces carbures grossiers initient la formation de fissures lors du forgeage. Les aciers peu alliés, dépourvus par definition de carbures de chrome, ne sont pas confrontés à ce problème, ce qui a permis d’élaborer des procédés de mise en forme par forgeage sur ces nuances.

[0012] On a ainsi, selon l’art antérieur, d’une part, des aciers peu alliés qui ont une bonne résistance à l'impact et une résistance à l’usure moyenne et, d'autre part, des fontes à haut chrome qui ont une bonne résistance à l’usure mais une résistance à l'impact moyenne.

[0013] Du document US 4 221 612, on connaît des boulets de broyage forgés en fonte blanche au chrome obtenus partant d’une barre fabriquée par moulage en coquille ou par coulée continue. Les boulets de broyage ont en poids une teneur en carbone comprise entre 1 et 3% et une teneur en chrome comprise entre 2 et 8%.

[0014] Du document US 3 961 994, on connaît des boulets de broyage forgés en fonte blanche à haute teneur en chrome obtenus partant d’une barre fabriquée par coulée continue. Les boulets de broyage ont en poids une teneur en carbone comprise entre 1.5 et 3% et une teneur en chrome comprise entre 8 et 25%.

[0015] Du document CN 103 710 646, on connaît des boulets de broyage obtenus par moulage. Les boulets de broyage ont en poids une teneur en carbone comprise entre 1.7 et 2.15% et une teneur en chrome comprise entre 5.3 et 8%.

Buts de l’invention

[0016] La présente invention propose un boulet de broyage présentant les avantages des aciers peu alliés ainsi que les avantages des fontes au chrome, c’est-à-dire présentant aussi bien une bonne résistance à l'impact qu’une bonne résistance à l’usure. Pour se faire, la composition et le procédé de fabrication sont optimisés pour obtenir les propriétés améliorées. Elle propose ce type de boulet en particulier pour une utilisation dans le cadre d’un procédé de broyage semi-autogène.

Résumé de l’invention

[0017] La présente invention se rapporte à un boulet de broyage comprenant en poids: - du carbone avec une teneur comprise entre 1 et 2%, - du chrome avec une teneur comprise entre 7 à 16%,

- du manganèse avec une teneur comprise entre 0,5 et 3%, - du silicium avec une teneur comprise entre 0,2 à 1,5%, - du molybdène avec une teneur inférieure à 1,5%, - du nickel avec une teneur inférieure à 1,5%, 5 - des impuretés éventuelles avec une teneur totale inférieure à 0.5%, - la balance pour obtenir 100% étant du fer, ledit boulet de broyage comprenant une répartition discrète de carbures de chrome par opposition à une répartition en réseau, ce qui confère au boulet des propriétés de résistance à l'impact améliorées.

[0018] Lesdits carbures sont ainsi finement répartis au sein de la microstructure du boulet. Préférentiellement, ils ont une taille maximum qui est inférieure à 100 um, et plus préférentiellement, inférieure à 50 um.

[0019] La microstructure comprend une matrice dans laquelle sont répartis les carbures de chrome. Préférentiellement, la microstructure comprend de la martensite avec un pourcentage supérieur à 50%, de l’austénite résiduelle avec un pourcentage compris entre 7 et 25%, une fraction totale de perlite et de bainite comprise entre 2 et 10%, la balance étant constituée des carbures de chrome avec un pourcentage inférieur ou égal à 22%.

[0020] La présente invention se rapporte également au procédé de fabrication de ce boulet de broyage comportant les étapes suivantes : - Elaboration par coulée continue d’une barre ayant la composition chimique précitée pour obtenir la répartition discrète de carbures de chrome, - Mise en forme par déformation en une ou plusieurs séquences de la barre pour obtenir une ébauche de la forme du boulet de broyage, - Traitement thermique en un ou plusieurs cycles de l’ébauche pour obtenir le boulet de broyage avec une microstructure majoritairement martensitique. Brève description des fiqures

[0021] La figure 1A représente une vue schématique d’un broyeur semi-autogène.

[0022] La figure 1B illustre le mécanisme de broyage au sein du broyeur semi-autogène.

[0023] La figure 2A est une métallographie optique d’un boulet en fonte à haut chrome mis à forme par coulée dans un moule selon l’art antérieur. La figure 2B est une représentation schématique de la répartition des carbures de la figure 2A.

[0024] La figure 3A représente deux métallographies optiques d’un boulet en fonte à haut chrome mis à forme par forgeage après la coulée continue selon l'invention. La figure 3B est une représentation schématique de la répartition des carbures de la figure 3A.

[0025] Les figures 4A et 4B illustrent la méthode de mesure du nombre de grains mesurés respectivement selon l’axe X et l'axe Y permettant d'évaluer la taille moyenne des grains.

[0026] La figure 5 est une représentation schématique de l’étape de coulée continue mise en œuvre dans le procédé selon l'invention.

[0027] La figure 6 illustre schématiquement à la suite de la figure 5 l'étape optionnelle de laminage de la barre issue de la coulée continue.

[0028] La figure 7 illustre schématiquement à la suite de la figure 5 ou de la figure 6 l’étape de forgeage de la barre issue de la coulée continue ou du laminage.

[0029] La figure 8 illustre plus en détail l'étape de forgeage.

[0030] Légende

1. Broyeur semi-autogène

2. Blindage

3. Releveur

4. Matrice

5. Carbure

6. Four à induction a. de coulée b. de réchauffage

7. Four à arc

8. Poche de coulée

9. Coquille

10. Systeme d'extraction

11. Système de brassage magnétique

12. Barre a. Partie liquide

13. Equipement de découpe

14. Four poussant

15. Laminorr

16. Presse de forgeage a. Partie fixe b. Partie mobile

17. Couteau 18 Lopin

19. Boulet de broyage Description détaillée de l'invention

[0031] La présente invention se rapporte au procédé de fabrication des boulets de broyage et aux boulets de broyage plus spécifiquement destinés à une application dans un broyeur semi-autogène. Typiquement, il s'agit de boulets ayant un diamètre compris entre 90 mm et 150 mm.

[0032] Le boulet de broyage est réalisé dans une fonte à haut chrome ayant la composition suivante en poids : - du carbone avec une teneur comprise entre 1 et 2%, - du chrome avec une teneur comprise entre 7 à 16%, - du manganèse avec une teneur comprise entre 0,5 et 3%, - du silicium avec une teneur comprise entre 0,2 à 1,5%, - du molybdène avec une teneur inférieure à 1,5%, - du nickel avec une teneur inférieure à 1,5%, - des impuretés/contaminations éventuelles telles que le vanadium, le niobium et le titane avec une teneur totale inférieure à 0.5%, - la balance pour obtenir 100% étant du fer.

[0033] Préférentiellement, il a la composition suivante en poids : - du carbone avec une teneur comprise entre 1,1 et 1,4%, - du chrome avec une teneur comprise entre 10 et 14%,

- du manganèse avec une teneur comprise entre 0,8 et 1,5%, - du silicium avec une teneur comprise entre 0,6 et 1%, - du molybdène avec une teneur inférieure à 1%, - du nickel avec une teneur inférieure à 1%, - des impuretés éventuelles telles que le vanadium, le niobium et le titane avec une teneur totale inférieure à 0.5%, - la balance pour obtenir 100% étant du fer.

[0034] Plus préférentiellement, il a la composition suivante en poids : - carbone : 1,2%, - chrome: 12%, - manganèse : 1,1%, - Silicium : 0,8%, - molybdène : < 1,5%, - nickel: < 1,5%, - impuretés éventuelles avec une teneur totale inférieure à 0.5%, - la balance pour obtenir 100% étant du fer.

[0035] Il présente une microstructure majoritairement martensitique, c.à.d. avec un pourcentage de martensite supérieur à 50%, avec une fine et homogène répartition de carbures de chrome, dits carbures primaires, de type M7C3 au sein de la matrice.

[0036] Le procédé de fabrication du boulet de broyage selon l'invention comporte les étapes suivantes : - Une étape de coulée continue d’une barre, qu’on qualifiera aussi de billette, de la composition précitée permettant d’obtenir cette fine répartition des carbures primaires.

- Une étape de mise en forme de la barre par déformation en une ou plusieurs séquences, pour obtenir une ébauche de la forme du boulet de broyage.

- Une étape de traitement thermique de l’ébpauche, en un ou plusieurs cycles, pour obtenir le boulet de broyage avec la microstructure majoritairement martensitique.

[0037] L’étape de coulée continue est illustrée à l’aide de la figure 5, plus spécifiquement pour une coulée continue horizontale. Cette technique favorise la solidification à grains fins par un refroidissement rapide dans une coquille 9 refroidie par une circulation d’eau.

[0038] L’installation comprend un réservoir de métal liquide, dit poche de coulée 8, servant de tampon entre l'équipement de fusion qui est un four à induction 6a ou un four à arc 7, et la coulée continue horizontale. La solidification (la partie liquide est référencée 12a) est initiée dans la coquille 9 en alliage de cuivre alliant une bonne conductibilité thermique et une bonne resistance à l'usure par frottement, suivie éventuellement d’une partie en graphite englobée dans une enveloppe de cuivre refroidie à l’eau et éventuellement suivie par un refroidissement secondaire par jets d’eau. La morphologie interne de cette coquille en cuivre ou composite tient compte de la contraction spécifique liée à la composition de l’alliage qui va passer de l’état liquide à l’état solide.

[0039] La barre 12 ou billette, généralement de forme ronde, commence à se solidifier dans cette partie de l'équipement et continue ensuite à se solidifier vers le centre dans l’air ambiant avec un mouvement exercé par un système d'extraction 10. Parfois, certains mouvements courts à contre sens de l'extraction sont possibles pour améliorer la qualité de la surface de la billette. La barre 12 est ensuite soumise à un système de brassage magnétique 11 avant l'équipement de découpe 13 qui sectionne la barre 12 à la longueur choisie. On précisera que plusieurs systèmes de brassage magnétiques peuvent le cas échéant être utilisés sur la ligne de coulée continue.

[0040] En outre, différents moyens peuvent être mis en ceuvre en fonction de l’alliage afin d'assurer une absence de porosité liée à la solidification (retassure ou soufflure de gaz).

[0041] Un premier paramètre, bien connu de l'homme de l’art, est la température de coulée qui doit être la plus proche possible de la température de solidification mais compatible avec une production industrielle. Une surchauffe de 5 à 40°C au-dessus de la température de solidification sera la règle, en préférant cependant une surchauffe de 10 à 15°C. Cette technique permet d'assurer une bonne santé interne de la billette en réduisant le retrait dans le métal liquide. Les jets d’eau seront pilotés pour accélérer la solidification tout en évitant la formation de fissures en surface.

[0042] En outre, la vitesse d'extraction et le pas d'extraction hors de la coquille devront être adaptés à l’alllage coulé. La programmation de la vitesse d’extraction peut être complexe avec des arrêts et des à-coups, voire des accélérations et des freinages. A titre d'exemple, le pas d’extraction pour une billette ronde de 90 mm sera compris entre 4 et 12 mm et préférablement vers 7 à 8 mm. La vitesse d'extraction sera comprise entre 50 et 250 pas par minute et préférablement vers 150 pas par minute.

[0043] En outre, des brasseurs magnétiques peuvent être placés à différents endroits pour assurer la santé interne de la barre. En effet, la solidification est du type dendritique et se développe à partir de la surface initialement en contact avec la coquille de cuivre. Ensuite, les dendrites continuent à croître vers le centre, celles correspondant au bas de la billette croîtront plus rapidement compte tenu de la gravité: des gradients de températures peuvent aussi se créer dans le volume non encore solidifié de la billette en solidification, ce qui augmente parfois le risque de défaut central. Un premier brasseur électromagnétique peut être positionné autour de la coquille permettant une température de coulée relativement basse mais homogène. Un deuxième brasseur peut être positionné en fin de coulée quand l'épaisseur solidifié sera de 20 mm environ. Il permettra, outre une homogénéisation de température du métal liquide, l’élimination de dendrites trop longues qui pourraient empêcher d’obtenir la structure interne désirée. A titre d’exemple, pour une billette de 90 mm de diamètre, on pourra placer le brasseur — électromagnétique à une distance correspondant à la fin de solidification de ladite billette soit à 7 m environ de la coquille.

[0044] A l'issue de l’étape de coulée continue selon l’invention, la structure comporte une fine répartition de carbures de chrome, dits carbures primaires, de type M7C3, qui apparaissent lors de la solidification eutectique.

Deux microscopies optiques et leurs représentations schématiques sont données respectivement aux figures 3A et 3B (après forgeage). Contrairement aux structures de solidification selon l’art antérieur pour une fonte à haut chrome coulée à dimension dans un moule (figures 2A et 2B), les carbures 5 ne se présentent pas sous forme de réseau mais plutôt avec une répartition discrète au sein de la matrice. Ces carbures primaires, répartis de manière ponctuelle ou en d’autres mots discrète par opposition à une répartition en réseau, confèrent une résistance à l’abrasion améliorée sans détériorer les propriétés de résistance à l'impact. On notera que les carbures peuvent présenter une certaine orientation qui est donnée par les séquences de déformation ultérieures.

[0045] Par ailleurs, la taille du grain de solidification est réduite grâce à la solidification rapide et dirigée de l'étape de coulée continue selon l’invention ainsi que par l’utilisation du ou des brasseurs magnétiques. Cette finesse de grains contribue également, mais dans une moindre mesure, à l'amélioration de la résistance à l'impact.

[0046] Pour l’évaluation de la taille des grains, on utilise la méthode de l’interpolation. Pour une longueur connue, on compte le nombre de grains traversés dans le sens X comme décrit sur la figure 4A Une longueur de référence est choisie arbitrairement, soit 200 um par exemple. Les chiffres sur le côté droit donnent le nombre d'intersections. Cette méthode est répétée dans l’autre direction Y. Dans l'exemple illustré, une valeur moyenne de 35 um est obtenue en X et de 100 um en Y, soit une moyenne générale de 67 um.

[0047] Selon l'invention, pour une barre ayant un diamètre ou une épaisseur supérieure à 85 mm, la taille du grain de solidification est inférieure à 90 um, de préférence inférieure à 80 um et de manière particulièrement préférée comprise entre 30 et 70 um surtout dans les 15 premiers millimètres sous la surface, de préférence les 20 mm, voire 25 mm sous la surface. En …— comparaison, la taille de grain obtenue par fonderie en moule de sable est de 100 à 400 um et de 100 à 200 um en moule métallique.

[0048] Après la coulée continue, vient l’étape de mise en forme qui peut être réalisée par laminage et/ou forgeage. Elle est illustrée à l’aide des figures 6 à 8. Elle peut être réalisée par laminage dans un train de cylindres cannelés formant progressivement le boulet. Plus souvent, elle est réalisée par forgeage dans une presse 16 d’un lopin 18 découpé dans la barre 12 tel qu'illustré aux figures 7 et 8. Il est également envisageable de réaliser un premier laminage pour réduire le diamètre de la barre tel qu'’illustré à la figure 6 et ensuite de mettre en forme de boulet dans la presse de forgeage les lopins issus de la barre. Il est également envisageable de réaliser à la suite du forgeage dans la presse une séquence de laminage pour parfaire la sphéricité du boulet issu de la presse.

[0049] Durant la séquence optionnelle de laminage à la figure 6, la barre 12 est réchauffée dans un four poussant 14 ou au travers d’une série de fours à induction 6b dans le domaine austénitique avant d’être laminée dans les cages de laminage 15, pour réduire l’épaisseur de la barre et refermer les éventuelles porosités. Ensuite, la barre laminée 12 est à nouveau réchauffée dans ces mêmes types de fours 14,6b dans le domaine austénitique avant d’être introduite dans la presse de forgeage 16 (figure 7). Typiquement le réchauffage est réalisé à une température comprise entre 950 et 1250°C. La barre 12 est ensuite coupée par le couteau 17 en un lopin 18 qui est introduit dans la presse 16 comprenant dans l'exemple illustré une partie fixe 16a et une partie mobile 16b. Le lopin 18 est déformé en une ébauche ayant la forme du boulet 19 par la partie mobile 16b déplacée vers la partie fixe 16a. Optionnellement, comme mentionné précédemment, la sphéricité de l'ébauche peut ensuite être améliorée en la faisant passer entre deux cylindres ayant une forme proche d’une vis d’Archimède.

[0050] L’ébauche sous forme de boulet est ensuite soumise à un traitement thermique en un ou plusieurs cycles pour obtenir le produit final. IL y a un premier cycle d’austénitisation et de trempe destiné à former la microstructure majoritairement martensitique. L'austénitisation est réalisée dans une gamme de température comprise entre 880 et 1075°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 3 heures. Eventuellement, ce cycle peut être réalisé en plusieurs paliers avec un premier palier de maintien à une température comprise entre 620 et 730°C pendant un temps compris entre 15 minutes et deux heures suivi du second maintien entre 880 et 1075°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 3 heures. Ensuite, l’'ébauche est soumise à une trempe jusqu’à une température inférieure à 220°C pour former la martensite. La trempe peut être réalisée dans de l’huile, de Veau, de l’air soufflé, dans un polymère, etc. Ce cycle d’austénitisation et de trempe peut être suivi d’un revenu de détente à une température comprise entre 150 et 400°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 6 heures. Ce revenu de détente a pour objet de réduire légèrement les tensions internes générées par la transformation de l’austénite en martensite.

[0051] On précisera que le procédé décrit ci-dessus peut être réalisé en continu de manière à éviter ou du moins limiter les phases de réchauffage entre la coulée et la mise en forme par exemple ou encore entre la mise en forme et le traitement thermique.

[0052] A Tissue du procédé de fabrication, on obtient une microstructure avec une matrice comprenant de la martensite dans un pourcentage supérieur à 50%, de préférence compris entre 60 et 80% , de l’austénite résiduelle avec un pourcentage compris entre 7 et 25% et de préférence entre 10 et 20%, et une fraction de perlite et de bainite comprise au total entre 2 et 10%. Hormis les structures précitées, la microstructure comporte les carbures primaires répartis dans la matrice et éventuellement quelques carbures secondaires de type M23Ce, formés lors des cycles de traitement thermique. La microstructure comporte ainsi pour un pourcentage total de 100%, les structures précitées avec une balance constituée par les carbures de chrome avec un pourcentage pouvant atteindre 22%. La fraction d’austénite résiduelle est mesurée par diffraction RX selon la norme ASTM E975-13 et les fractions des autres phases sont mesurées par analyse d'images. Les propriétés finales sont une dureté de 54 à 65 Rc et plus généralement proche de 60 Rc.

[0053] Les boulets de broyage selon l'invention ont ainsi une excellente résistance à l’usure conférée de manière connue par la dureté élevée de l’alllage obtenue grâce à la présence de martensite et des carbures de chrome. Par contre, de manière surprenante, cette excellente résistance à l'usure est conjuguée à de très bonnes propriétés de résistance à l'impact grâce à la fine distribution de carbures primaires ainsi qu’à la taille réduite des grains de solidification.

[0054] Les propriétés de résistance à l'impact ont été testées et comparées avec celles de boulets de broyage en fonte à haute chrome mis en forme par coulée selon l’art antérieur. Le test est basé sur un article technique du US Bureau of Mines (R. Blickensderfer and J.H. Tylczak, Minerals &

Metallurgical processing, May 1989, pp 60-66). Le test consiste à laisser tomber pour chacun des deux types de boulets, 46 boulets d’un diamètre de 125 mm depuis une hauteur de 10 m. Le test est réalisé par cycle avec chacun des boulets lâché successivement et puis réintégré dans la boucle pour être lâché à nouveau. Les boulets sont régulièrement pesés. Si la perte de poids est supérieure à 50%, le test est stoppé. Pour un acier au carbone mis en forme par forgeage, la spécification de base est de minimum 60000 impacts. Pour les boulets de broyage en fonte à haute chrome mis en forme par coulée, le test a été arrêté après 47000 impacts, ce qui est un résultat médiocre. Pour les boulets de broyage de même composition mis en forme par forgeage selon l'invention, le cap des 200000 impacts a été dépassé sans que le critère de perte de poids de 50% n'ait été atteint.

[0055] Les boulets de broyage selon l'invention présentent ainsi une excellente résistance à lusure avec des propriétés de résistance à l'impact au moins égales à celles des aciers au carbone forgés conventionnels.

Claims

REVENDICATIONS

1. Boulet de broyage (19) comprenant en poids: - du carbone avec une teneur comprise entre 1,1 et 1,4%, - du chrome avec une teneur comprise entre 10 et 14%, - du manganèse avec une teneur comprise entre 0,8 et 1,5%, - du silicium avec une teneur comprise entre 0,6 et 1%, - du molybdène avec une teneur inférieure à 1%, - du nickel avec une teneur inférieure à 1%, - des impuretés éventuelles avec une teneur totale inférieure à 0.5%, - la balance pour obtenir 100% étant du fer, ledit boulet de broyage (19) comprenant une répartition discrète de carbures de chrome (5) et ayant une microstructure avec un pourcentage de martensite supérieur à 50%.

2. Boulet de broyage (19) selon la revendication 1, comprenant en poids : - du carbone avec une teneur de 1,2%, - du chrome avec une teneur de 12%, - du manganèse avec une teneur de 1,1%, - du silicium avec une teneur de 0.8%, - du molybdène avec une teneur inférieure à 1.5%, - du nickel avec une teneur inférieure à 1.5%, - des impuretés éventuelles avec une teneur totale inférieure à 0.5%, - la balance pour obtenir 100% étant du fer.

3. Boulet de broyage (19) selon Pune des revendications précédentes, caractérisé en ce que les carbures de chrome (5) ont une taille inférieure à 100 um, de préférence à inférieure 50 um.

4. Boulet de broyage (19) selon Pune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il a une microstructure comprenant de la martensite dans un pourcentage supérieur à 50%, de l’austénite résiduelle avec un pourcentage compris entre 7 et 25%, une fraction totale de perlite et de bainite comprise entre 2 et 10% et des carbures de chrome avec un pourcentage inférieur ou égal à 22%.

5. Boulet de broyage (19) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il a une microstructure comprenant de la martensite dans un pourcentage compris entre 60 et 80%, de l’austénite résiduelle avec un pourcentage compris entre 10 et 20%, et une fraction totale de perlite et de bainite comprise entre 2 et 10%.

6. Boulet de broyage (19) selon Pune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il a une dureté Rockwell C comprise entre 54 à 64.

7. Boulet de broyage (19) selon Pune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a un diamètre compris entre 90 mm et 150 mm.

8. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon l’une des revendications 1 à 7 comportant les étapes suivantes : - Elaboration par coulée continue d’une barre (12) ayant une composition chimique selon l’une des revendications 1 à 2, l'élaboration par coulée continue permettant d'obtenir la répartition discrète de carbures de chrome (5), - Mise en forme par déformation en une ou plusieurs séquences de la barre (12) pour obtenir une ébauche de la forme du boulet de broyage (19), - Traitement thermique en un ou plusieurs cycles de l’ébauche pour obtenir le boulet de broyage (19) avec une microstructure majoritairement martensitigue, l’étape de traitement thermique comportant un cycle d’austénitisation à une température comprise entre 880 et 1075°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 3 heures suivi d’une trempe jusqu’à une température inférieure à 220°C pour transformer l’austénite au moins partiellement en martensite.

9. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pour une barre (12) ayant un diamètre ou une épaisseur supérieure à 85 mm, la taille du grain de solidification à l'issue de létape d’élaboration de la barre (12) par coulée continue est inférieure à 80 um dans les 15 premiers millimètres sous la surface de la barre (12).

10. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la taille du grain de solidification est comprise entre 20 et 75 um dans les 15 premiers millimètres sous la surface de la barre (12).

11. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la taille du grain de solidification est comprise entre 30 et 70 um dans les 15 premiers millimètres sous la surface de la barre (12).

12. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la coulée continue est réalisée à une température de 5 à 40°C, de préférence 10 à 15°C, au-dessus de la température de solidification.

13. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon l’une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la solidification de la barre (12) est initiée dans une coquille (9) au moins partiellement métallique et refroidie.

14. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon l’une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que la solidification de la barre (12) est — initiée en présence d’un ou plusieurs brasseurs magnétiques (11).

15. Procédé de fabrication du boulet de broyage (19) selon l’une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que l'étape de mise en forme est réalisée par laminage et/ou forgeage.

16. Procédé de broyage de roches dans un broyeur semi-autogène (1) comportant l’utilisation d’un boulet de broyage (19) selon l'une des revendications 1 à 7.