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" TUYAUX EN FONTE ET PROCEDE POUR LES FABRIQUER "
Cette invention a trait à la fabrication des tuyaux ou pièces annulaires en fonte de fer par le procédé bien connu dans lequel le métal fondu est coulé sous forme d'un tuyau dans un moule centrifuge métallique refroidi extérieurement et dans lequel la pièce de fonte ainsi constituée est ensuite soumise à un recuit pour décomposer les composés de carbone combinés qui communiquent au tuyau la dureté qui caractérise son refroidissement. L'objet de l'invention est en premier lieu d'établir par moulage centrifuge un tuyau de fonte recuit de ductilité notablement augmentée et, par conséquent, moins fragile que les tuyaux qui avaient été fabriqués jusqu'à ce jour par le procédé décrit.
L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication perfectionné de tuyaux de ce genre par lequel des tuyaux de qualité et de caractéristiques améliorées peuvent être fabriqués industriellement.
Les tuyaux tels qu'ils sont moulés dans un moule
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centrifuge refroidi à l'aide des fontes dont on se sert habituellement dans le moulage centrifuge possèdent usuellement la structure suivante . La partie située le plus à l'extérieur du tuyau , c'est-à-dire celle qui s'étend sur une distance variable de la surface externe vers l'intérieur, est principalement composée de ce qui semble être un eutectique de carbure de fer avec de l'austénite à divers stades de décomposition, parsemé dans toute sa masse de fines particules de phos- phure de fer .La composition de la fonte change d'une façon perceptible à mesure qu'on se rapproche des parties centrales et internes de la paroi tubulaire.
Il existe généralement une transition graduelle entre les caracté- ristiques de la partie externe du tuyau et celles de la partie interne où la texture peut comprendre un eutectique de ferrite , de perlite et de phosphure. La partie de la paroi du tuyau située le plus à l'intérieûr est généralement graphitique. La profondeur de la partie refroidie et les caractéristiques des autresparties du tuyau varient avec ;, la composition de la fonte, l'épaisseur du tuyau et d'autres facteurs bien connus de l'homme du métier.
Pour diminuer la dureté et la fragilité des tuyaux de fonte ainsi que pour éliminer ou modifier les efforts internes susceptibles d'y avoir été engendrés , il était de pratique courante de recuire les tuyaux. Toutefois, les méthodes de recuit telles qu'elles ont été appliquées jusqu'à ce jour employaient des températures et périodes de chauffage telles que le carbone combiné ne pouvait pas être réduit au pourcentage de tolérance admis soit 0,15 % au moins, sans provoquer en même temps la dissolution
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d'une quantité excessive de phosphore. La demanderesse a découvert que ,d'une façon générale , la ductilité de la pièce coulée est d'autant plus grande que le pourcentage de phosphore dissous dans la fonte est plus petit.
Une caractéristique plus particulière de la présente invention réside par conséquent dans un procédé de recuit par lequel on peut sensiblement éliminer le carbone combiné d'un tuyau de fonte refroidi tout en empéchant la dissolution de plus de 65 % environ du phosphore ; et le présent procédé comprend un cycle de recuit dans lequel la température du tuyau est élevée à une valeur suffisante pour commencer la décomposition du carbone combiné, ce chauffage étant suivi d'un refroidissement rapide jusqu'à une température à laquelle le carbone combiné restant continue à se décomposer mais à laquelle le phosphore ne se dissout pas à un degré appréciable dans la fonte.
Pour mettre en pratique le présent procédé, un four du type général décrit dans le brevet américain délivré au nom de Clark sous le N 1. 856.863 en date du 3 mai 1932 est satisfaisant. Le four employé possède ënviron 19 mètres de longueur. Il est muni de brûleurs à huile et d'ouvertures de ventilation permettant de régler la température des différentes zones à travers lesquelles le tuyau passe dans son mouvement de l'une à l'autre des ouvertures d'entrée et de sortie prévues aux extrémités.
Pour recuire des tuyaux d'environ 10 centimètres de diamètre avec une épaisseur de paroi d'environ 8 millimètres, lesquels tuyaux avaient été moulés dans un moule
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centrifuge refroidi et possédaient la structure précédemment décrite , on a adopté le mode opératoire suivant :
Après avoir enlevé le tuyau du moule à une température voisine de 649 C , on place ce tuyaudans le four à recuire.
On élève la température de la pièce à environ 937 C au cours d'une période de 13 minutes environ et l'on maintient cette température pendant environ 5 minutes pour effectuer un commencement suffisant de décomposition des carbures les plus réfractaires, On refroidit alors progressivement la température de la pièce à une température comprise entre 787 C et 731 C environ , ce refroidissement pouvant être effectué d'une façon satisfaisante au cours d'une période de 7 minutes environ . On maintient la pièce à cette dernière échelle de températures pendant environ 5 minutes ou jusqu'à ce que le carbone combiné ait été réduit à 0,15 % environ de la masse de la pièce.
Le traitement restant consiste uniquement dans la préparation du tuyau en vue de son refroidissement par l'air sans risque de résultats nuisibles et consiste à refroidir progressivement la pièce de 731 C à 6490 C et à la refroidir @ alors dans l'air.
Pour recuire un tuyau de composition similaire ayant environ 61 centimètres de diamètre et une paroi de 20 millimètres environ d'épaisseur , on chauffe le tuyau, à partir d'une température d'entrée de 649 C environ , à une température de 926 C environ , au cours d'une période de 27 minutes ; et l'on a trouvé recommandable , pour assurer le commencenent de décomposition des carbures les plus réfractaires , de maintenir la pièce pendant environ 10 minutes à une température comprise entre 8990 C et 9370 C.
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On refroidit alors la pièce de cette échelle de températures élevées à environ 787 C,ce refroidissement étant effectué progressivement au cours d'une période d'environ 16 minutes ; puis,, pour effectuer une décomposition sensible du carbone combiné restant , on maintient la température de la pièce entre 787 et 7310 C pendant environ 10 minutes.
On la refroidit alors progressivement jusqu'à 6490 C , puis dans l'air.
Pour recuire des tuyaux de plus grand diamètre et de parois plus épaisses , on augmente les périodes d'exposition aux différentes températures ,mais les résultats des présentes recherches ont abouti à cette conclusion qu'on peut obtenir des résultats satisfaisants en effectuant le recuit des tuyaux les plus gros et les plus lourds de la façon suivante : On élève la température de ces tuyaux au cours d'une période n'excédant pas environ 40 minutes jusqu'à une valeur comprise entre l'échelle initiale de 899 et 9370 C. On maintient la température des tuyaux entre les limites de cette échelle pendant un temps n'excédant pas environ 15 minutes , puis on la diminue progressivement jusqu'à 787 C au cours d'une période n'excédant pas 24 minutes.
On maintient alors la température de la pièce entre 787 et 731 C environ pendant une période n'excédant pas environ 16 minutes. Dans le cas de tuyaux très lourds, la période de refroidissement de 731 à 6490 C peut s'élever jusqu'à 14 minutes , de façon à préparer convenablement la pièce en vue de son refroidissement à l'air.
Le présent procédé permet d'établir un tuyau recuit dont le carbone combiné est sensiblement éliminé et dont la proportion de phosphore à l'étatdissous n'est pas supérieure à 65 % environ de la teneur totale en phosphore.
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On remarquera que le but envisagé est de décomposer le carbone combiné tout en maintenant le phosphore hors de la solution dans une mesure aussi grande que cela est prati- cable dans des opérations industrielles. Pour réduire la quantité de phosphore passant dans la solution , on chauffe la pièce aussi rapidement que cela est pratiquement possible à une température comprise entre 899 et 9370 C et on ne la maintient entre ces limites de température que pendant un temps suffisant pour commencer la décomposition des carbures les plus réfractaires , puis on ré duit la température aussi rapidement que cela est pratiquement possible à une valeur comprise entre 787 et 731 C .
Il importe que la pièce ne soit maintenue entre'ces limites de 787 à 7310 C que pendant un temps tel qu'il en résulte l'élimination à peu près complète du carbone combiné , par exemple dans une mesure ntexcédant pas 0,15 % environ de la masse du métal.
Le tuyau recuit suivant l'invention a conservé la texture cristalline qui est particulière au tuyau sortant du moule refroidi. La teneur en phosphore que la texture de la pièce retient sous forme de phosphure de fer à l'état non dissous et (ou) d'eutectique de fer-phosphure n'est pas inférieure à environ 35 % de sa teneur totale en phosphore à l'état dissous et n'excède pas 65 % environ de cette dernière. De plus, le carbone combiné est réduit à une valeur relativement faible,soit approximativement 0,15 % de la masse de métal.
Les pourcentages spécifiés précédemment eu égard à la quantité de phosphore passant dans la solution et à la quantité de carbone combiné restant ne sont indiqués qu'à
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titre d'exemples de résultats réalisés dans des opérations industrielles. Ces résultats peuvent être améliorés par le recuit de tuyaux d'une épaisseur différente , en particulier de tuyaux plus minces , et en établissant des appareils permettant d'effectuer le chauffage et le refroidissement plus rapidement.
Le présent procédé est applicable à toutes les fontes couramment employées dans le moulage centrifuge des tuyaux, contenant du phosphore et dont la teneur en silicium n'est pas trop élevée pour empêcher un refroidis- sement . Ces fontes rentrent habituellement dans les limites de la composition suivante :
C Si S Mn p 3-3,85 1;20-3 0,05-0,15 0,20-0,80 0,20-2 ., @ @ @ '
Une fonte typique qui a.été employée avec succès est la suivante
C Si S Mn P
3,77 1,80 0,076 0,57 0,50
Des essais physiques comparatifs ont démontré que le tuyau possède une ductilité notablement supérieure à celles des pièces coulées à l'aide d'une fonte similaire et ayant été soumise au recuit par les procédés connus et appliqués jusqu'à ce jour.