Matière pour cylindre de laminoir.
La présente invention est relative à une matière pour cylindre en adamite afin de constituer
la couche externe d'un cylindre composite d'un laminoir, comme produit par le procédé de coulée centrifuge par exemple et utilisé dans des opérations de laminage de bande à chaud ou de laminage à coeur ou
en profondeur. De manière plus particulière, la présente invention est relative à une matière pour cylindre en adamite où 1'on obtient une bonne solution ou dispersion du réseau de cémentite, si bien que la matière en question présente une résistance améliorée à l'usure, une bonne dureté ou ténacité et une rugosité superficielle améliorée.
La matière pour cylindre en adamite appliquée à des cylindres en adamite pour le laminage à chaud contient normalement du fer, Fe, à titre de constituant principal, 1,0 à 2,8 % de carbone, C, 0,3 à 1,5 % de silicium, Si, 0,3 à 1,5 % de manganèse, Mn, 0,3 à 2,0 %
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de molybdène, Mo, la matière contenant habituellement aussi des traces d'impuretés à base de phosphore, P et de soufre, S, les proportions indiquées ci-dessus étant des pourcentages pondéraux, comme toutes les autres proportions qui suivent. Cette constitution entraîne la précipitation de cémentite, avec comme résultat que la matière possède une excellente résistance à l'usure et une bonne ténacité ou dureté et convient par conséquent parfaitement bien à la construction de cylindres de dégrossissage de première passe ou de cylindres finisseurs dans des laminoirs pour bandes à chaud, ou
de cylindres de dégrossissage, de laminage intermédiaire et finisseurs pour le laminage de barres d'acier. Cependant, dans la matière du type adamite, la quantité de carbone est supérieure à celle de la composition fer-carbone eutectique et, par conséquent, au cours
du refroidissement, au fur et à mesure que la température tombe subséquemment à la cristallisation princi-
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l'austénite est précipité sous la forme d'un réseau proeutectoïde de cémentite aux frontières ou limites des grains, une partie de cette cémentite étant précipitée sous la forme de cémentite aciculaire et
il est difficile d'obtenir l'entrée en solution de
ce réseau de cémentite dans l'austénite par un traitement thermique de diffusion subséquent. Il s'ensuit
que les forces imposées au cours de l'emploi de cylindres en adamite provoquent l'arrachement de la cémentite et l'apparition d'une rugosité superficielle, une faiblesse et une durée de service des rouleaux abrégée consécutivement à cet arrachement de la oémentite. On peut améliorer la résistance des rouleaux à l'usure en général, ainsi que les effets conduisant à une bonne ténacité et à une rugosité superficielle améliorée, lorsque le réseau de cémentite est rendu fin et est convenablement dispersé et, à cette fin, on a émis plusieurs propositions. Selon l'une de ces propositions, on réduit la quantité de carbone ajouté, afin d'empêcher la précipitation de cémentite aux limites ou frontières das grains. Cependant, ce résultat entraine une moindre formation de carbures et, par conséquent, on ne peut
pas obtenir une résistance suffisante à l'usure. On a également proposé de pallier le problème susmentionné
en refroidissant plus rapidement un cylindre d'adamite après la coulée. Cependant, étant donné que les cylindres doivent être de grandes dimensions et épais pour pouvoir servir dans un laminoir, il existe des limites à la vitesse tolérable de refroidissement et, par conséquent, aux résultats que l'on peut obtenir par mise en oeuvre de cette proposition. On a également suggéré de disperser le réseau de cémentite par la mise en oeuvre de traitements thermiques, mais étant donné la teneur en adamite des cylindres en adamite, l'obtention d'environ 1 % de dispersion de Cr du réseau de cémentite n'est pas aisée, outre le fait qu'un traitement thermique supplémentaire représente également des coûts supplémentaires lors de la production des cylindres.
Ces problèmes sont rendus plus graves encore lors de la fabrication de cylindres de laminage par
le procédé de coulée centrifuge qui, bien que généralement considéré comme étant le meilleur procédé de fabrication des cylindres, tend à entraîner une plus
forte production de cémentite que les autres procédés
de coulée. Ici encore, une certaine quantité de réseau de cémentite peut, en effet, être éliminée par un traitement thermique de diffusion subséquent, mais,
si la matière du cylindre est maintenue à une température suffisamment élevée pour provoquer l'entrée totale satisfaisante en solution de la cémentite dans l'austénit-de la matière, d'autres propriétés de la matière en sont désavantageusement affectées et, classiquement,
il a été considéré qu'en pratique, les courbes de traitement thermique idéal sont obtenues au cours de la mise en oeuvre de procédés de traitement thermique connus et qu'une amélioration des propriétés des cylindres d'adamite ne peut être que difficilement espérée.
En considération des problèmes susmentionnés, la présente invention a pour objet une matière de cylindre en adamite utilisée pour des cylindres en adamite
de laminoirs dans laquelle le réseau de cémentite est aisément dispersé, si bien que la matière présente une remarquable résistance à l'usure et une remarquable résistance aux forces susceptibles d'engendrer une rugosité superficielle. Conformément à la présente invention, selon le procédé de coulée du cylindre, la quantité de chrome ajoutée est amenée approximativement à 0,8 ou à moins de 0,8 %, en opposition à la valeur de 1 % qui est normale pour une matière en adamite et un ou plusieurs éléments formateurs de carbure, par exemple, du titane, Ti, du zirconium, Zr, du vanadium, V, du tungstène, W et du niobium Nb, sont ajoutés en une
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de préférence, à ces éléments, si bien que la précipitation d'une quantité excessive de réseau de cémentite est empêchée, la cémentite formée avec le carbone résiduel étant pratiquement totalement du Fe3C qui est aisément dispersé et la nucléation des carbures TiC, ZrC,... étant séparé de la formation de la cémentite.
Il s'ensuit que la matière du cylindre, comme un tout, possède le même type de ténacité ou dureté qu'une matière à faible teneur en carbone et, par conséquent, n'a pas tendance à devenir rugueuse en surface, une résistance satisfaisante à l'usure étant conférée à la matière en question par suite du durcissement secondaire des carbures formés avec Ti, Zr, V, W ou Nb, la quantité totale desdits éléments formateurs de carbure supplémentaires étant proportionnelle à la quantité combinée de carbone et de chrome dans les matières précitées.
La présente invention a par conséquent pour objet une matière pour cylindre de laminoir constituée principalement de fer, de carbone dans la gamme de 1,4 à 2,8 % en poids, de silicium dans la gamme de 0,4 à 1,5 % en poids, de manganèse dans la gamme de 0,4 à 1,5 % en poids, de nickel dans la gamme de 4,0 % en poids ou moins encore, de chrome dans la gamme de 0,5 % en poids ou moins encore, de molybdène dans la gamme de 2,0 %
en poids ou moins encore et d'un ou plusieurs des éléments choisis parmi le vanadium, le niobium, le titane, le zirconium et le tungstène, en une quantité totale dans la gamme de 0,3 à 3,0 % en poids.
Selon une autre forme de réalisation encore de la présenteinvention, une matière pour cylindre
en adamite convenant à la production de la couche externe d'un cylindre composite produit par la mise en oeuvre d'un procédé selon lequel la couche externe est formée par un procédé de coulée centrifuge et la partie formant l'âme centrale est fabriquée d'une pi�ce avec ladite couche externe au cours d'un procédé de coulée centrifuge ou d'un procédé de coulée en moule stationnaire, est constituée par du carbone dans la gamme de 1,4 à 3,0 % en poids, de silicium dans la gamme de 0,4 à
1,5 % en poids, de manganèse dans la gamme de 0,4 à
2,0 % en poids, de nickel en une quantité allant jusqu'à 4,0 % en poids, de chrome en une quantité allant jusqu'à 0,8 % en poids, de molybdène en une quantité allant jusqu'à 2,0 % en poids et d'un ou plusieurs des éléments choisis parmi le vanadium, le niobium, le titane, le zirconium et le tungstène, en une quantité totale dans la gamme de 0,5 à 3,5 % en poids, le reste de la matière en question étant constituée sensiblement de fer.
La présente invention sera décrite à présent plus en détail en référence aux dessins et photographies ci-annexées, où:
- les figures 1 à 6 représentent des microphotographies à un agrandissement da 60 fois, montrant la structure de la matière du cylindre de laminoir d'exemples de comparaison, la figure 1 représentant une matière de cylindre en adamite classique contenant 1 % de chrome, les figures 2 à 6 représentant respectivement une matière qui contient, en plus de la matière représentée sur la figure 1, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2,0 et 2,5 % de vanadium;
- la figure 7 représente une microphotographie, à un agrandissement de 60 fois, montrant la structure d'une matière de cylindre de laminoir conforme à la présente invention;
- la figure 8 représente un graphique montrant la relation qui existe entre la teneur en carbone de la matière du cylindre et la quantité des éléments formateurs de carbure supplémentaires que l'on doit ajouter pour obtenir une dispersion efficace de la cémentite, lorsque la teneur en chrome de la matière du cylindre est de l'ordre de 0,25 et
de 1,0% et que l'on utilise un procédé de coulée en moule immobile pour la production des rouleaux;
- les figures 9 à 17 représentent des microphotographies, à agrandissement de 65 fois, de la structure de la matière da cylindre de laminoir avec laquelle des cylindres sont produits par mise en oeuvre d'un procédé de coulée centrifuge, la figure 9 représentant une matière de cylindre en adamite classique contenant 1 % de chrome, les figures 10, 11, 12 et 13 la même matière que celle représentée sur la figure 9 mais contenant en plus 0,5%, 1%, 1,5% et 2,5% de vanadium, la figure 14 représentant une matière contenant 0,25% de chrome et 0,5% de vanadium, la figure 15 représentant une matière contenant 0,5% de chrome et 0,5% de vanadium, la figure 16 représentant une matière contenant 0,
25% de chrome et 1% de vanadium et la figure 17 représentant une matière contenant 0,5% de chrome et 1% de vanadium;
- la figure 18 représente un graphique montrant la relation qui existe entre la teneur en carbone de la matière du cylindre et la quantité d'éléments formateurs de carbure supplémentaires que l'on doit ajouter pour obtenir une dispersion efficace de la cémentite lorsque la teneur en chrome de la matière du cylindre est de l'ordre de 0,25% et de 1,0 % et que les cylindres sont produits par un procédé de coulée centrifuge; et
- les figures 19 et 20 représentent des microphotographies, à un agrandissement de 65 fois, représentant respectivement la structure d'une matière de cylindre en adamite classique et d'une matière de cylindre conforme à la présente invention où la teneur en <EMI ID=4.1>
les cylindres étant produits par un procédé de coulée centrifuge.
On a produit une première série d'échantillons de cylindres en adamite 1-7 en coulant de la matière à adamite dans des blocs de type AY et en traitant ensuite à chaud les produits coulés à 980[deg.]C pendant 6 heures. Les compositions des échantillons 1-7 sont indiquées dans le tableau 1, le reste des pourcentages pondéraux, n'apparaissant pas dans le tableau, étant constitué de Fe pour chaque échantillon.
Tableau I
Composition chimique des échantillons d'essais 1-'
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L'échantillon 1 constitue un exemple représentatif d'une matière en adamite classique contenant 1% de Cr et les échantillons 2-6 sont des exemples d'une matière en adamite possédant une composition similaire à celle de l'échantillon 1 mais contenant, en outre, un élément formateur de carbure sous la forme de vanadium, la contenance en vanadium s'accroissant d'environ 0,5% dans les échantillons successifs. La structure obtenue avec les compositions des échantillons 1, 2, 3, 4, 5, 6
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et 7 respectivement, la cémentite apparaissant sous les formes des parties blanches des photographies. L'échantillon 1 constitue un exemple typique d'une matière de cylindre classique qui, ainsi que le fait apparaître la figure 1, comporte une dispersion très inégale de la cémentite et, par conséquent, soumise à l'apparition facile d'une rugosité superficielle dans les cylindres. A partir des figures 2 à 6 on peut déduire que lorsque la teneur en chrome est maintenue autour
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une dispersion appropriée de la cémentite varie de
1,0 à 2,5 %, comme c'est le cas des échantillons 3 à 6. Cependant, on obtient une dispersion de la cémentite meilleure encore lorsque la teneur en chrome est réduite jusqu'à 0,25% et que la quantité de vanadium s'élève
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la matière représentée sur la figure 7, le chrome est convenablement dissous dans le réseau de cémentite, constitué pratiquement entièrement de Fe3C, étant donné que la quantité de chrome est faible et que ce chrome est bien dispersé dans la matière, si bien que les risques de séparation de conglomérations de cémentite du reste de la matière et de rugosité superficielle
sont fortement réduits, tandis que la résistance à l'usure voulue est conservée à la matière par des carbures fins et convenablement dispersés de vanadium, qui se forment séparément de la cémentite.
En général, la quantité totale de titane,
de vanadium, de zirconium, de tungstène, de niobium
ou de tout autre élément formateur de carbures similaire, seul ou en combinaison, que l'on doit ajouter pour obtenir une bonne dispersion de la cémentite
dans la matière du type adamite est en relation avec
et s'accroît avec la valeur croissante de l'addition totale combinée du carbone et du chrome. Ceci est illustré par la figure 8 qui représente les valeurs qui s'appliquent lorsque l'on utilise un moule immobile pour la production des cylindres et de laquelle on peut déduire que la quantité de matière formatrice
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d'obtenir une dispersion satisfaisante de la cémentite dans la matière à cylindre en adamite, lorsque la teneur en carbone de la matière varie de 1,6 à 2,8
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On peut voir que pour toute teneur en chrome donnée,
le graphique de l'addition nécessaire du ou des éléments formateurs de carbure engendre la même courbe et que l'addition voulue s'accroît avec une teneur accrue en carbone.
On se référera à présent aux figures 9, 10,
11, 12, 13, 14, 15, 16 et 17 qui représentent des microphotographies, à un agrandissement de 65 X et qui montrent respectivement les structures obtenues dans les échantillons 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 et 16 produits par mise en oeuvre d'un procédé de coulée centrifuge et possédant les compositions indiquées en pourcentages en poids dans le, tableau 2 qui suit.
Table au 2
Composition chimique des échantillons d'essais 8-16
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Les échantillons 8-16 ont été préparés par
des procédés centrifuges au cours desquels on a utilisé, dans chaque cas, 60 kg de métal fondu que l'on a versé dans un moule possédant un diamètre interne de 280 mm
et une profondeur de 220 mm et que l'on a fait tourner
à 880 tpm, chaque produit coulé étant ensuite soumis à un traitement thermique au cours duquel on l'a maintenu
à 980[deg.]C pendant 6 heures. Ces échantillons étaient constitués par une matière de cylindre en adamite comme utilisée pour la fabrication de cylindres composites
par un procédé centrifuge au cours duquel on forme d'abord une couche externe de matière à haute résistance à l'usure par une coulée centrifuge et on réalise ensuite une partie formant l'âme, venue d'une pièce avec la couche externe par coulée dans l'ouverture centrale ainsi définie, soit par mise en oeuvre d'un procédé de coulée centrifuge, soit par coulée dans un moule immobile dans lequel la couche externe est mise en place, le cylindre composite précité étant utilisé comme cylindre de dégrossissage ou comme cylindre avant de finition dans un laminoir de bandes à chaud ou comme cylindres de dégrossissage, de laminage intermédiaire ou de finition dans un laminoir de bandes.
L'échantillon 8 est constitué par une matière en adamite classique contenant environ 1,0 % de chrome et pas d'éléments formateurs de carbure supplémentaires, comme noté plus haut. Les échantillons 9, 10 11 et 12 contiennent du vanadium à raison de 0,5, 1,0, 1,5 et 2,5 % respectivement, la teneur en chrome étant de l'ordre de 1,0 % et la teneur en carbone étant de l'ordre de 1,9 %. Il résulte des figures 6 et 13 que les échantillons 9-12 et, en particulier, les échantillons 10-12 assurent une bien meilleure dispersion de la cémentite.
Dans l'échantillon 13, dont la structure est représentée sur la figure 14, la teneur en carbone est maintenue à environ 1,9 %, tandis que la teneur en vanadium est réduite jusqu'à moins de 0,5 % et on constate une réduction correspondante de la teneur en
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Pour les échantillons 9-12 dans lesquels la teneur en chrome est d'environ 1,0 %, on voit qu'une addition de vanadium de l'ordre de 1,0 % est nécessaire pour obtenir une bonne dispersion de la cémentite. D'autre <EMI ID=13.1>
environ 0,25 %, comme dans l'échantillon 13, l'addition de vanadium ne doit être que d'environ 0,5 % seulement ou moins encore pour obtenir cette bonne dispersion
de la cémentite. Une addition de 0,5 % de vanadium donne également des résultats quant.à la dispersion de la cémentite lorsque la teneur en chrome est de l'ordre de
0,5%, ainsi qu'on peut le constater en regardant la struc ture de l'échantillon 14 représentée sur la figure 15.
Dans les échantillons 15 et 16, la teneur
en vanadium est d'environ 1 % dans les deux cas et la
teneur en chrome est respectivement d'environ 0,25 % et
de 0,5 % et le réseau de cémentite est aisément dispersé, étant donné qu'il est en grande partie constitué de
Fe3C, comme noté plus haut. En termes de composition globale, la quantité de carbone est bien évidemment importante et, pour une matière coulée par centrifugation,
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totale d'éléments formateurs de carbure ajoutés et la quantité totale de chrome et de carbone ajoutés, la relation générale, lorsque la matière de cylindre en adamite
est coulée par un procédé centrifuge, étant représentée
sur la figure 18 qui est similaire à la figure 8. Sur
ces figures le pourcentage de carbone se lit en abscisses, tandis que la quantité totale d'au moins un élément chois: parmi Ti, V, Zr, Nb et W se lit en ordonnées. Sur la figure 18, on voit que l'addition nécessaire d'alliages formateurs de carbone pour différentes valeurs de la teneur en carbone de la matière à cylindre, lorsque la
<EMI ID=15.1> varie en général de la même manière pour la matière
à cylindre façonnée par mise en oeuvre d'un procédé centrifuge que pour la matière à cylindre façonnée
par mise en oeuvre d'un procédé de coulée immobile,
mais que les limites supérieure et inférieure de la gamme des additions d'un ou plusieurs éléments formateurs de carbure sont légèrement supérieures pour la matière obtenue par mise en oeuvre d'un procédé centrifuge, ceci étant probablement dû à la tendance à la formation d'une plus forte quantité de cémentite lors de
la mise en oeuvre du procédé de coulée centrifuge.
Sur la base des résultats obtenus avec les échantillons 2-7 et 9-16 et des échantillons pour lesquels les compositions sont représentées sur les figures 8 et 18, les gammes préférées de proportions de constituants de la matière à cylindre en adamite et les raisons de ces gammes préférées sont comme suit:
C: 1,4-3,0%.
La précipitation de carbone dans la cémentite ou sous la forme d'autres carbures est un facteur important contribuant à la résistance à l'usure, la cémentite proeutectoide (réseau de cémentite) étant particulièrement importante à cet égard. Lorsque l'on met en oeuvre un procédé de coulée centrifuge et que l'on ajoute du vanadium ou des éléments formateurs de carbure analogues, au moins 1,4 % de carbone est nécessaire pour obtenir une précipitation d'une quantité effective de réseau de cémentite. D'autre part, l'addition de plus de 3,0 %
de carbone donne lieu à une production excessive de cé-mentite et, par conséquent, on obtient une dureté ou ténacité diminuée et une moindre résistance aux effets susceptibles de provoquer l'apparition d'une rugosité superficielle.
Si: 0,4 -1,5%
Au moins 0,4 % de silicium est nécessaire pour la désoxydation, mais la ténacité est abaissée
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Mn: 0,4-2,0 %
De manière similaire au silicium, du manganèse doit être incorporé en une quantité non supérieure à
0,4 % afin d'obtenir une désoxydation nécessaire. D'autre part, l'addition de 2,0 % constitue la limite supérieure étant donné qu'une plus forte addition de manganèse entraine une ténacité ou dureté diminuée de la matière.
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Le nickel est un élément nécessaire pour l'amélioration de la résistance à l'usure et de la dureté ou ténacité mais est maintenu à une valeur de 4,0 % ou moins encore, étant donné qu'une plus forte addition de nickel entraîne l'apparition d'une quantité excessive de bainite.
Cr: 0,8 % ou moins pour une matière de cylindre fabriqué par mise en oeuvre d'un procédé centrifuge; 0,5 ou moins pour une matière de cylindre fabriquée dans des moules immobiles.
Le chrome contribue considérablement à augmenter la résistance à l'usure lorsqu'il est contenu dans la cémentite, qui possède alors la formule (Fe-Cr)3C.
Cependant, comme noté plus haut, il est souhaitable d'éviter la formation d'une quantité excessive de
réseau de cémentite ou-de cémentite de réseau (ces
deux termes étant utilisés de manière équivalente dans le présent mémoire et les revendications qui le terminent) qu'il est difficile de disperser par mise en oeuvre d'un traitement thermique. Si la proportion de chrome est maintenue en-dessous des valeurs susmentionnées, il n'y a pratiquement pas de précipitation du réseau de (Fe, Cr)3C et le réseau de cémentite est pratiquement entièrement
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mise en oeuvre d'un traitement thermique, une amélioration complémentaire de la résistance à l'usure étant
obtenue par les carbures formés à la suite de l'addition des éléments formateurs de carbure susmentionnés.
De même, en maintenant la quantité de chrome relative-
ment faible, l'addition nécessaire d'éléments formateurs
de carbure supplémentaires est moins élevée, ainsi que
le montrent les figures 8 et 18.
Mo: 2,0 % ou moins.
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la résistance à chaud et le caractère durcissable et empêcher une fragilité de trempe, mais des additions
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efficaces pour améliorer les qualités de la matière à
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teuse.
V, Nb, Ti, Zr, W, seuls ou en combinaison:
0,3-3,5 % dans des matières à cylindres réalisés
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dans des matières à cylindres réalisés à l'aide de moules immobiles.
L'addition de ces éléments entraîne la formation préférentielle des carbures suivants:
VC, NbC, TiC, ZrC, ou WC, résultant ainsi en une
faible teneur en carbone dans la partie principale
de l'alliage constituant la matière de cylindre et entraînant une ténacité ou dureté améliorée, comme
on l'a décrit précédemment.
La présente invention offre par conséquent l'avantage que la précipitation concentrée du réseau
de cémentite susceptible d'entraîner une rugosité superficielle des cylindres est évitée, mais que l'on obtient, bien au contraire, la résistance nécessaire pour un travail de forte puissance, par l'effet de carbures finement dispersés de vanadium ou d'un élément similaire.
Le reste de la matière du cylindre est constitué de fer et de traces d'impuretés de soufre et
de phosphore qu'il est évidemment souhaitable de maintenir à un minimum.
Les figures 19 et 20 qui sont des microphotographies à un agrandissement de 65 X, illustrent davantage encore les avantages que l'on peut obtenir par
mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 19 représente la structure d'une matière d'adamite classique préparée comme couche externe d'un cylindre réel et possédant la composition de l'échantillon A présenté dans le tableau 3 qui suit où l'on donne les proportions en pourcentages pondéraux et la figure 20 représente la structure de l'échantillon B du tableau 3 qui est une matière obtenue selon l'invention et que l'on a également utilisée pour la fabrication d'un cylindre réel.
TABLEAU 3
Composition chimique d'une matière de cylindre réel
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Les échantillons A et B ont été coulés dans un moule centrifuge tournant à 550 tpm et possédant
un diamètre interne de 750 mm et une profondeur de
2500 mm, de manière à former les couches externes du cylindre, d'une épaisseur de 80 mm, que l'on a ensuite traitée à 980[deg.]C pendant 6 heures après la coulée. On voit que la dispersion de la cémentite est bien plus marquée dans la matière conforme à l'invention que dans la matière classique, en comparant les figures 19 et 20.
Bien que l'on ait décrit l'invention à l'aide d'exemples de réalisation en référence aux dessins ciannexés, il est bien évident que l'homme de l'art peut apporter au procédé selon l'invention diverses modifications et variantes qui ne s'écartent nullement de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Matière pour cylindre de laminoir comprenant du carbone à raison de 1,4 à 3,0 � en poids, du silicium à raison de 0,4 à 1,5 % en poids, du manganèse à raison de 0,4 à 2,0 % en poids, du nickel à raison de 4,0 % en poids ou moins encore, du chrome à raison de 0,8 % en poids ou moins encore, du molybdène à raison de 2,0 % en poids ou moins encore et un ou plusieurs des éléments suivants: vanadium, niobium, titane, zirconium
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à 3,5 % en poids, le reste de la matière étant sensiblement constitué de fer.