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"Procédé de fabrication de billettes composites pour tubes métalliques.garnis et autres applications".
La présente invention a trait à la fabrication de billettes composées de plusieurs métaux, plus spécialement en vue de la fabrication de tubes métalliques garnis ou plaqués.
Conformément à cette invention, des billettes com- posites, plus spécialement destinées à la fabrication des tubes métalliques garnis, sont fabriquées par un procédé consis- tant à établir une âme ou noyau fait d'un premier métal (appelé ci-après "métal intérieur"), à déposer une couche superficielle d'acier sur la surface de ce métal intérieur par une opération de soudure par fusion, à disposer ladite âme dans un corps
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extérieur fait d'un second métal (appelé ci-après "métal exté- rieur") et à unir les deux métaux (intérieur et extérieur) par une opération de laminage ou de forgeage à chaud qui effectue l'union entre la couche d'acier déposée et le métal extérieur.
L'invention comprend en outre les billettes composites fabriquées par le procédé spécifié dans le paragraphe précédent.
La billette composite peut être convertie en un tube garni par des procédés connus par lesquels on effectue le façonnage de tubes à partir de billettes, par exemple par filage à la presse. L'opération est effectuée à chaud conformément à la pratique courante.
L'invention peut utiliser comme métal intérieur un acier spécial relativement coûteux et comme métal extérieur un fer ou acier ordinaire moins coûteux, quoique l'invention ne soit pas limitée à l'application de ces métaux ni même, en fait, à l'application de métaux ferreux. L'invention est toutefoi plus spécialement applicable à la fabrication de tubes en acier doux garnis ou plaqués d'acier inoxydable.
En ce qui concerne le dépôt d'une couche d'acier par une opération de soudure par fusion, la Demanderesse préfère l'acier doux, mais on peut substituer à l'acier doux un acier spécial à faible teneur en éléments d'alliage, de telles manières devant être considérées comme comprises dans le terme "acier", tel qu'il est utilisé ci-après.
Selon une modification, le métal extérieur a préala- blement été revêtu sur sa surface d'une couche d'acier par une opération de soudure par fusion, l'union du métal intérieur et du métal extérieur étant ainsi effectuée entre les deux couches déposées d'acier, par laminage ou forgeage à chaud.
La présente invention est applicable, en ce qui concerne le métal intérieur, à tous les métaux auxquels une couche superficielle d'acier peut être unie par une opération
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de soudure par fusion et, en ce qui concerne le métal extérieur, elle est aussi applicable à tous les métaux auxquels une couche superficielle d'acier peut être unie par une soudure par fusion, quoique, pour ce qui est dudit métal extérieur, elle soit princi- palement applicable à tous les métaux qui peuvent être unis par forgeage ou laminage à chaud à ladite couche soudée ou déposée par fusion sur le premier métal.
Des résultats satisfaisants ont été obtenus en dé- posant la couche d'acier par une soudure à l'arc électrique ou au chalumeau à gaz.
L'invention est ainsi applicable à l'union mutuell. de métaux intérieur et extérieur tels que, entre autres, le nickel, le métal Monel (marque de fabrique enregistrée) ou d'autres métaux ferreux ou non ferreux sur lesquels un dépôt d'acier soudé par fusion peut être constitué comme il est dit plus haut.
Le présent procédé peut comprendre, en outre, l'o- pération consistant à souder des plaques d'acier supplémentaires par-dessus la couche déposée par soudure, dans le cas où le noyau est polygonal, par exemple carré, en section, ledit noyau étant ensuite laminé ou forgé jusquà ce qu'il ait été réduit à une section circulaire du diamètre voulu. De préférence, on fait usage à cet effet de plaques en acier doux de dimensions relati- vement petites. La surface des plaques est en contact avec la couche soudée par fusion, dont la surface a préalablement été préparée par dressage à la meule et mise à nu/l'aide du jet de sable ou par décapage, ou par meulage.
Ces plaques peuvent être de toute épaisseur déterminée à l'avance, selon l'épaisseur totale d'acier doux désirée, et sont posées à plat en une seule épaisseur sur le dépôt d'acier doux soudé par fusion revêtant l'acier spécial (ou son équivalent) relativement coûteux dont est fait le métal intérieur ou noyau, en ménageant aux angles
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de la périphérie un intervalle convenable, qu'on remplit ulté- rieurement d'acier doux rapporté par soudure, ce qui fixe ferme- ment chacune des plaques au dépôt d'acier doux sous-jacent, le tout étant ébarbé ou fini avec suppression des saillies.
Le noyau en acier spécial, à revêtement superficiel en acier doux constitué de la manière décrite plus haut à toute épaisseur dési- rée, est ensuite laminé à chaud ou forgé à la section requise, les plaques d'acier en acier doux qui constituent la couche superficielle s'unissant sans difficulté au dépôt sous-jacent d'acier doux soudé par fusion. De cette manière, on obtient une âme ou noyau en acier spécial dont la surface est uniformément recouverte d'une couche relativement mince d'acier doux, et qui constitue économiquement une âme ou noyau convenant en vue de la production subséquente, par laminage ou forgeage à chaud, de billettes composites.
Des formes de réalisation de l'invention seront maintenant décrites à titre d'exemples en se référant aux dessins annexés sur lesquels
Figure 1 représente la section transversale d'une forme d'âme préférée, préalablement au laminage ou forgeage.
Figure 2 est une vue en élévation latérale d'une billette composite avant l'opération finale de forgeage ou de laminage.
Figure 3 est une coupe par la ligne III-III de la figure 2.
Selon une forme de réalisation préférée, l'âme (voir figure 1) est fabriquée à partir d'une billette d'acier inoxydable 10 de section carrée, par exemple de 30 x 30 cm. Deux épaisseurs 11 d'acier doux sont alors déposées par soudure sur les surfaces de cette billette, à l'aide de l'arc électrique ou du chalumeau à gaz, et la couche résultante est alors usinée et finie sur sa surface. Des plaques d'acier doux supplémentaires
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8 sont alors posées à plat en simple épaisseur sur la couche déposée d'acier doux, et l'on remplit les échancrures 2 de métal de soudure, comme représenté, ce qui fixe fermement chacune des plaques au dépôt d'acier doux sous-jacent, le noyau assemblé étant alors laminé ou forgé jusqu'à ce qu'il ait été réduit à une section circulaire du diamètre voulu.
Le noyau résultant, qui est convenablement fini par usinage sur sa surface, comprend une âme d'acier inoxydable 10A, pourvue d'un revêtement extérieur en acier doux 11A, comme représenté à la figure 3. On prépare alors un corps extérieur en acier doux à l'aide de deux plaques épaisses 12, en pratiquant par usinage une rainure longitudinale 13 dans chacune de ces plaques. Les deux plaques rainurées 12 sont alors juxtaposées comme représenté, le noyau étant placé dans l'ouverture constituée par les deux rainures 13, voir figure 3. Les éléments de la billette composite entière sont alors fixés entre eux par soudure le long des bords des faces en contai du noyau et des plaques d'acier doux, comme indiqué en il+-, et entre les bords des plaques d'acier doux elles-mêmes, comme indiqué en 15.
Le tout est alors laminé ou forgé à environ 1350 C, de telle sorte qu'on obtient une union effective entre le noyau intérieur en acier inoxydable 10 et le corps extérieur en acier doux, et peut subir une réduction supplémentaire en diamètre.
Dans un essai réalisé, une billette (stabilisée) de 50 mm. de diamètre en acier inoxydable, de la composition donnée ci-dessous, a été préparée
C %/0.14 Si % En% Ni % Cr % Ti %/0.80
EMI5.1
0.1'+ 1.12 0-'5 .2 17.2 ÔTBO
La billette, qui devait constituer le noyau, a alors été revêtue, à l'aide d'une soudure électrique, de deux couches d'acier doux. Ce revêtement a été fini à la machine.
Deux plaques d'acier doux de 90 cm x 12,5 mm x 6,25 mm, présen- tant chacune une rainure longitudinale semi-circulaire destinée
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à recevoir le noyau, ont été préparées, et l'on a assemblé et soudé ces plaques et le noyau de la manière décrite plus haut.
Le tout a alors été laminé à 1350 C pour donner une barre de 107 mm de diamètre. Le laminage n'a donné lieu à aucune difficulté.
Après tronçonnage et rejet des deux bouts, des disques de 25 mm d'épaisseur ont alors été découpés, usinés et polis. Il a été difficile de déterminer la position des surfaces d'union réelles dans la portion en acier doux.
Une billette composite telle que celle qui vient d'être décrite peut être obtenue de diverses autres manières.
Par exemple, les plaques rainurées peuvent être directement façonnées par laminage à la section rainurée requise. A titre de variante on peut constituer le corps extérieur en acier doux en coulant un lingot ou billette d'acier doux présentant un espace creux à noyau. Après qu'elle a été usinée intérieurement, cette billette offre une excellente surface pour l'union de ladite billette avec un noyau en acier inoxydable.
Selon une autre variante, on peut percer un lingot ou billette en acier massif et l'usiner ensuite.
Des tubes en acier doux pourvus d'une garniture ou placage continu peuvent alors être fabriqués à partir de l'une quelconque desdites billettes composites, par perçage (lorsque la billette résultante n'est pas creuse) et réduction à l'épaisseur de paroi requise de la manière dont on procède habituellement pour la fabrication des tubes.
Dans un exemple d'application de l'invention à la fabrication de tubes d'acier doux pourvus d'une garniture en acier inoxydable, trois billettes ayant 96,5 mm de diamètre extérieur et 178 mm de longueur, qui comportaient un noyau en acier inoxydable dont le diamètre était approximativement de 38 mm ont été préparées. Ces billettes ont été percées et filées à la presse de manière à donner des corps creux de 40 mm de
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diamètre extérieur x 28 mm de diamètre intérieur, dont deux ont ensuite été étirés à froid.
Les billettes, qui étaient numérotées de 1 à 3, ont été filées à la presse aux températures suivantes
Billette N Température au Température départ du four de finissage
EMI7.1
<tb> 1 <SEP> 1230 C <SEP> 1170 C
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1230 C <SEP> 1180 C
<tb>
<tb> 3 <SEP> 1240 C <SEP> 1190 C
<tb>
Le filage des billettes s'est effectué très faci- lement. Après filage, on a laissé les corps creux refroidir librement dans l'air.
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"Manufacturing process of composite billets for lined metallic tubes and other applications".
The present invention relates to the manufacture of billets composed of several metals, more especially with a view to the manufacture of lined or clad metal tubes.
In accordance with this invention, composite billets, more especially for the manufacture of lined metal tubes, are manufactured by a process of establishing a core or core made of a first metal (hereinafter referred to as "inner metal. "), in depositing a surface layer of steel on the surface of this inner metal by a fusion welding operation, in placing said core in a body
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exterior made of a second metal (hereinafter referred to as "exterior metal") and to unite the two metals (interior and exterior) by a hot rolling or forging operation which effects the union between the layer of filed steel and metal exterior.
The invention further includes composite billets produced by the process specified in the previous paragraph.
The composite billet can be converted into a lined tube by known methods by which the shaping of tubes from billets is effected, for example by press spinning. The operation is performed hot in accordance with current practice.
The invention may use as the inner metal a relatively expensive special steel and as the outer metal a less expensive ordinary iron or steel, although the invention is not limited to the application of these metals or even, indeed, to the application. of ferrous metals. The invention is however more particularly applicable to the manufacture of mild steel tubes lined or clad with stainless steel.
As regards the deposition of a layer of steel by a fusion welding operation, the Applicant prefers mild steel, but mild steel can be substituted by a special steel with a low content of alloying elements, such manners to be considered as included within the term "steel" as used hereinafter.
According to a modification, the outer metal has previously been coated on its surface with a layer of steel by a fusion welding operation, the union of the inner metal and the outer metal being thus effected between the two deposited layers of steel, by hot rolling or forging.
The present invention is applicable, with regard to the inner metal, to all metals to which a surface layer of steel can be united by an operation.
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of fusion welding and, as regards the outer metal, it is also applicable to all metals to which a surface layer of steel can be joined by a fusion weld, although, as regards the said outer metal, it is Mainly applicable to all metals which can be joined by forging or hot rolling to said welded or melt deposited layer on the first metal.
Satisfactory results have been obtained by depositing the steel layer by electric arc or gas torch welding.
The invention is thus applicable to mutual union. interior and exterior metals such as, among others, nickel, Monel metal (registered trade mark) or other ferrous or non-ferrous metals on which a deposit of fusion welded steel can be formed as described above high.
The present method may further comprise the step of welding additional steel plates over the weld deposited layer, in the case where the core is polygonal, for example square, in section, said core then being rolled or forged until it has been reduced to a circular section of the desired diameter. Preferably, mild steel plates of relatively small dimensions are used for this purpose. The surface of the plates is in contact with the fusion welded layer, the surface of which has previously been prepared by grinding and grinding and sandblasting or by pickling, or by grinding.
These plates can be of any predetermined thickness, depending on the total thickness of mild steel desired, and are laid flat in a single layer on the fusion welded mild steel deposit coating the special steel (or its equivalent) relatively expensive from which the inner metal or core is made, by keeping the angles
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from the periphery a suitable gap, which is subsequently filled with welded mild steel, which firmly secures each of the plates to the underlying mild steel deposit, the whole being trimmed or finished with removal of the protrusions.
The special steel core, surface coated with mild steel made as described above to any desired thickness, is then hot rolled or forged to the required cross section, the mild steel steel plates forming the layer. shallow bonding smoothly to the underlying deposit of fusion-welded mild steel. In this way, a special steel core or core is obtained, the surface of which is uniformly covered with a relatively thin layer of mild steel, and which economically constitutes a suitable core or core for subsequent production, by rolling or forging. hot, composite billets.
Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 shows the cross section of a preferred web shape, prior to rolling or forging.
Figure 2 is a side elevational view of a composite billet prior to the final forging or rolling operation.
Figure 3 is a section through the line III-III of Figure 2.
According to a preferred embodiment, the core (see FIG. 1) is made from a stainless steel billet 10 of square section, for example 30 x 30 cm. Two layers 11 of mild steel are then deposited by welding on the surfaces of this billet, using the electric arc or the gas torch, and the resulting layer is then machined and finished on its surface. Additional mild steel plates
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8 are then laid flat in single thickness on the deposited layer of mild steel, and the notches 2 are filled with weld metal, as shown, which firmly fixes each of the plates to the underlying mild steel deposit , the assembled core then being rolled or forged until it has been reduced to a circular section of the desired diameter.
The resulting core, which is suitably machined finished on its surface, comprises a stainless steel core 10A, provided with an outer coating of mild steel 11A, as shown in Figure 3. An outer body of mild steel is then prepared. using two thick plates 12, by machining a longitudinal groove 13 in each of these plates. The two grooved plates 12 are then juxtaposed as shown, the core being placed in the opening formed by the two grooves 13, see figure 3. The elements of the entire composite billet are then fixed together by welding along the edges of the faces. contai of the core and the mild steel plates, as indicated in il + -, and between the edges of the mild steel plates themselves, as indicated in 15.
The whole is then rolled or forged at about 1350 ° C, so that an effective union is obtained between the inner stainless steel core 10 and the outer mild steel body, and can undergo further reduction in diameter.
In a test carried out, a billet (stabilized) of 50 mm. of stainless steel diameter, of the composition given below, was prepared
C% / 0.14 Si% In% Ni% Cr% Ti% / 0.80
EMI5.1
0.1 '+ 1.12 0-'5 .2 17.2 ÔTBO
The billet, which was to constitute the core, was then coated, using electric welding, with two layers of mild steel. This coating was machine finished.
Two 90 cm x 12.5 mm x 6.25 mm mild steel plates, each with a semi-circular longitudinal groove intended for
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to receive the core, were prepared, and these plates and the core were assembled and welded in the manner described above.
The whole was then rolled at 1350 C to give a bar 107 mm in diameter. The rolling did not give rise to any difficulty.
After cutting and rejecting both ends, 25 mm thick discs were then cut, machined and polished. It was difficult to determine the position of the actual union surfaces in the mild steel portion.
A composite billet such as that just described can be obtained in various other ways.
For example, grooved plates can be directly formed by rolling to the required grooved section. Alternatively, the outer body can be made of mild steel by casting a mild steel ingot or billet having a hollow core space. After it has been internally machined, this billet provides an excellent surface for the union of said billet with a stainless steel core.
According to another variant, it is possible to drill a solid steel ingot or billet and then machine it.
Mild steel tubes with a continuous liner or cladding can then be made from any of said composite billets, by drilling (when the resulting billet is not hollow) and reducing to the required wall thickness. in the usual way for the manufacture of tubes.
In an example of application of the invention to the manufacture of mild steel tubes provided with a stainless steel liner, three billets having an outside diameter of 96.5 mm and 178 mm in length, which had a steel core stainless steel with a diameter of approximately 38 mm were prepared. These billets were drilled and extruded with the press so as to give hollow bodies of 40 mm of
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outer diameter x 28mm inner diameter, two of which were then cold drawn.
The billets, which were numbered 1 to 3, were press spun at the following temperatures
Billet N Temperature at the outlet temperature of the finishing furnace
EMI7.1
<tb> 1 <SEP> 1230 C <SEP> 1170 C
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1230 C <SEP> 1180 C
<tb>
<tb> 3 <SEP> 1240 C <SEP> 1190 C
<tb>
The billet spinning was done very easily. After spinning, the hollow bodies were allowed to cool freely in air.