<B>Procédé de fabrication d'un tube et tube obtenu par ce procédé</B> La présente invention a pour objets un procédé de fabrication, à partir d'une bande d'acier, d'un tube soudé et le tube ainsi obtenu.
Ce procédé sert notamment à la fabrica tion de tubes de diamètre relativement petit, ayant par exemple un diamètre extérieur d'en viron 16 mm et formés, dans ce cas, à partir d'une bande d'acier d'une épaisseur d'environ 0,9 mm.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on fait avancer la bande dans le sens longitudinal, on la replie en amenant ses bords longitudinaux en regard l'un de l'autre, de manière à donner à la bande la forme d'un tube, on soude les bords en regard par résistance électrique en des points espacés dans le sens longitudinal du tube, en laissant entre les points de sou dure des portions dont les bords ne sont pas soudés, on chauffe le tube au moins au voisi nage desdits bords et l'on presse ces bords l'un contre l'autre, le tout de telle façon que ces bords se déforment plastiquement en se soudant et qu'une recristallisation soit provo quée à partir des points de soudure servant de centres,
l'intervalle entre les points de soudure étant choisi de telle façon que la recristallisa- tion se propage complètement d'un point de soudure à l'autre.
L'invention a également pour objet le tube obtenu par le procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il consiste en une bande enroulée dans le sens de sa largeur et dont les bords longi tudinaux sont réunis par soudure. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une machine permettant une mise en aeuvre du procédé objet de l'invention, et une forme d'exécution du tube objet de l'in vention.
La fig. 1 représente schématiquement la dite machine ; les fig. 2 à 4 représentent des stades de la fabrication d'un tube ; la fig. 5 est une -vue perspective d'un tube fini ; les fig. 6 et 7 illustrent deux variantes de mise en aeuvre du procédé; les fig. 8 à 10 représentent la structure cristalline d'un tube à des stades différents de la fabrication.
La machine représentée à la fig. 1 com prend plusieurs cylindres de façonnage 1, qui déroulent une bande d'acier 2 d'une bobine 3 et qui font avancer cette bande dans le sens longitudinal en repliant les bords longitudi naux de celle-ci pour lui donner la forme d'un tube 5. Avant que ce tube soit fermé, on y introduit un gaz non oxydant ou réducteur par un tuyau 6, ce gaz ayant pour but de nettoyer les surfaces et d'empêcher la formation d'oxydes lors du soudage.
Des électrodes rotatives 8 de soudure par résistance électrique sont disposées à la suite des cylindres de façonnage ; ces électrodes viennent en contact avec le tube de chaque côté des bords en regard du tube, en exerçant une pression sur le tube qui s'appuie contre des cylindres 9. On fait passer de préférence un courant alternatif dans les électrodes 8 qui soudent par points les bords en des points espacés 10 entre lesquels se trouvent des por tions dont les bords, tout en étant en contact étroit, ne sont pas soudés (fig. 2). L'espace ment des points de soudure est déterminé, pour une vitesse donnée de déroulement de la bande, par la fréquence du courant de sou dage, fréquence qu'on peut régler selon les besoins.
La machine comprend, à la suite des élec trodes de soudure, un dispositif de chauffage par résistance électrique comprenant une en veloppe 15 munie d'un manchon d'entrée 16 par lequel passe le tube soudé par points. L'enveloppe contient des électrodes en forme de galets, en face de chacun desquels se trouve un galet de support. Une des bornes de la sortie d'un transformateur 16' est con nectée à l'électrode intermédiaire 18 et l'autre borne à l'électrode postérieure 17 et à l'élec trode antérieure 19. Ces électrodes s'appuient sur les bords du tube, de sorte que celui-ci est chauffé à peu près uniformément le long de ses portions adjacentes à ces bords.
Immédiatement après les électrodes et de préférence à l'intérieur de l'enveloppe, se trouve un dispositif servant à presser les bords du tube l'un contre l'autre, afin de provoquer une déformation plastique de ces bords. Ce dispositif comprend au moins deux cylindres 20. On introduit dans l'enveloppe 15 un gaz non oxydant ou réducteur qui peut arriver par un tuyau 21 et s'échapper par le manchon d'entrée 16 ; s'il s'agit d'un gaz réducteur, celui-ci brûle en sortant par ledit manchon. A la suite du four se trouve un refroidis- seur à eau comprenant un tuyau intérieur 22 dans lequel passe le tube et autour duquel -une enveloppe 23 délimite une chambre d'eau.
L'eau de refroidissement peut arriver à cette chambre par un tuyau 24 et sortir par un tuyau 26. Des cylindres d'entraînement et de redressement 30 sont disposés à la sortie du refroidisseur. L'extrémité de sortie 31 du re froidisseur est de section réduite et en outre la longueur du refroidisseur est considérable, de sorte que l'extrémité d'entrée de l'enve loppe 15 est plus près du tuyau 21 d'admis sion du gaz que l'extrémité de sortie du re froidisseur, ce qui permet à ce gaz de s'échapper par le manchon 16.
Les points de soudure n'ont pas seulement la fonction de maintenir les bords du tube en contact étroit, mais aussi celle de servir de centres à partir desquels, dans des conditions données, le phénomène de la recristallisation provoque la croissance de nouveaux grains dans les bords en contact étroit mais encore non soudés.
Le phénomène de la recristallisation con siste dans la croissance de nouveaux cristaux dans les solides à une température inférieure au point de fusion. Pour que la recristallisa- tion se produise, deux conditions doivent être remplies : 1. Un état d'instabilité doit exister ou s'établir dans le solide, et 2. une tempéra ture limite inférieure appropriée doit être at teinte ou dépassée. Un état d'instabilité peut exister dans un solide du fait : a) de tensions internes résiduelles, et b) de variations de la teneur en éléments d'alliage ou éventuellement d'impuretés.
Un état d'instabilité peut s'éta blir dans un solide du fait : c) d'efforts résul tant d'une dilatation thermique irrégulière ; d) d'une modification de la forme cristalline dans le cas de substances allotropiques, et e) de l'application de forces extérieures de dé formation.
Le fer est une substance allotropique dont les diverses phases sont stables dans certains intervalles de température qui sont les sui vants
EMI0003.0000
<I>Forme <SEP> Limite</I>
<tb> <I>Phase <SEP> cristalline <SEP> de <SEP> stabilité <SEP> en <SEP> 0 <SEP> C</I>
<tb> Alpha <SEP> Cubique
<tb> à <SEP> volume <SEP> centré <SEP> au-dessous <SEP> de <SEP> 9100
<tb> Gamma <SEP> Cubique
<tb> à <SEP> face <SEP> centrée <SEP> 910 <SEP> à <SEP> 1400
<tb> Delta <SEP> Cubique
<tb> à <SEP> volume <SEP> centré <SEP> 14000 <SEP> à <SEP> 1535 Etant donné ce qui a été dit sous d), le fer (et aussi l'acier pauvre en carbone, pour lequel valent, sauf en ce qui concerne les limites de stabilité, les considérations faites au sujet du fer)
peut donc théoriquement recristalliser complètement, c'est-à-dire les cristaux peuvent croitre dans les bords du tube et former une soudure sans qu'une déformation plastique soit nécessaire. Cette recristallisation n'est guère susceptible de se produire dans une large me sure au passage de la phase alpha à la phase gamma à 9100 C, car la vitesse de recristalli- sation est lente à cause de la faible mobilité des atomes de fer à cette température, ainsi que de la faible mobilité et du défaut de ten dance à la coalescence des impuretés et des inclusions de gaz se trouvant entre lesdits bords.
Les mêmes inconvénients se présentent, mais dans une mesure inférieure, si l'on chauffe le fer à une température supérieure à 1400 C, pour le faire passer de la phase gamma à la phase delta. En effet, les bords du tube présentent des pellicules d'oxydes, de nitrures, de gaz absorbés, etc., qui forment un obstacle à la croissance des cristaux à une température inférieure au point de fusion.
Si la croissance des cristaux a commencé en un ou plusieurs points et si les bords du tube sont en contact étroit (aux couches minces d'impu retés ou d'atomes étrangers près), on peut, en maintenant le tube à une température élevée et/ou en faisant varier plusieurs fois la tem pérature du tube entre deux valeurs situées respectivement au-dessous et au-dessus d'une des températures correspondant à une modifi cation de phase, provoquer l'agglomération des impuretés et l'accroissement des cristaux. Bien entendu, cette solution n'est pas applicable à une opération industrielle à grande vitesse.
Suivant l'invention, on fait subir au tube à souder une déformation plastique après chauffage à la température de recristallisation. La déformation plastique accélère le phéno mène de recristallisation et en outre contribue à briser les obstacles constitués par les oxydes, nitrures, gaz absorbés, etc.
Les points de soudure sont espacés l'un de l'autre de telle façon que la recristallisation progresse complètement d'un point de sou dure au suivant. L'intervalle entre les points de soudure peut être de 6 à 8 mm environ. La température de chauffage du tube est com prise entre les limites de l'état gamma, de pré férence égale à environ 13150 C. Pendant que le tube est à cette température, les cylindres 20 déforment plastiquement les bords du tube et les cristaux grossissent à partir des points de soudure, dans toutes les directions. Cette croissance des cristaux est très rapide et il est difficile de l'interrompre, sauf lorsque des im puretés d'une sorte quelconque s'y opposent.
Sur la fig. 3, les zones en pointillé 35 corres pondent à des portions dans lesquelles la re- cristallisation s'est déjà produite, et sur la fig. 4, la zone totale en pointillé 36 indique que la recristallisation est complète. Les cris taux ont grossi dans les bords non soudés jus qu'à ce que ceux-ci se soient réunis ou soudés.
Si l'on chauffe le tube uniformément sur toute sa périphérie, la déformation plastique a tendance à se répartir uniformément sur toute la périphérie du tube et la recristallisation se produit aussi sur toute la périphérie. Il n'en résulte pas de conséquence nuisible en soi dans le tube, pourvu que la déformation plas tique soit suffisante pour que les cristaux de recristallisation soient petits et qu'on obtienne un degré élevé d'isotropie dans le tube fini.
Mais en principe, la déformation plastique n'est nécessaire qu'au voisinage immédiat des bords du tube.
Dans certains cas, par exemple dans celui d'un tube à paroi mince et de petite section, le tube est très mou et fragile lorsqu'on le chauffe sur toute sa périphérie à la haute tem pérature qui convient à la recristallisation, et il peut être difficile de produire une forte dé formation en une seule passe sans risquer d'endommager le tube formé. Il peut être avantageux dans ce cas de produire une dé formation localisée au voisinage immédiat des bords du tube. La fig. 6 illustre une variante de mise en oeuvre du procédé, permettant d'arriver à ce résultat. Les bords du tube 5b ont une forme en quelque sorte ondulée, comme l'indique la figure de façon exagérée. Ces bords comportent des portions 40 soudées entre elles par points.
Les bords 41 des por tions intermédiaires, en regard l'un de l'autre, sont séparés par un intervalle. Lorsqu'on chauffe ce tube et qu'on lui fait subir un effort de compression, il se produit une déformation plastique relativement forte dans la région des points de soudure, donnant lieu à une recris- tallisation locale marquée. Cette déformation plastique a en outre pour effet de fermer les dits intervalles en amenant les bords 41 en contact entre eux ;les points de soudure cons tituent des centres d'où part la recristallisa- tion, qui se propage dans toutes les directions, en soudant entre eux les bords 41.
La fig. 7 illustre une autre variante du procédé, suivant laquelle on utilise une bande d'acier dont les bords 42 sont dentelés. Ces bords sont soudés par points 10 comme pré cédemment et pressés ensuite l'un contre l'au tre, ce qui provoque un aplatissement des dents de ces bords. Les points de soudure ser vent comme précédemment de centres de re- cristallisation. Cependant, la variante de la fig. 7 peut donner lieu à un épaississement de la paroi du tube le long de la soudure.
Les fig. 8, 9 et 10 sont des reproductions de microphotographies avec un grossissement de 100 diamètres, représentant la structure des cristaux du tube à des stades différents de la fabrication. La ligne de séparation des bords apparaît sur la fig. 8, sur laquelle on aperçoit nettement une ligne de clivage de la structure cristalline. Cette ligne représente les bords des portions entre les points de soudure avant la soudure finale et le traitement thermique. Les mêmes bords apparaissent sur la fig. 9 avant la soudure et après le traitement thermique ou de recuit à 815() C environ.
La fig. 10 représente la structure du métal du tube fini, après que celui-ci a subi un re cuit à 1150 C environ ; la ligne de séparation des bords a complètement disparu et la struc ture dans la portion soudée du tube est homo gène.
<B> Process for manufacturing a tube and tube obtained by this process </B> The present invention relates to a process for manufacturing, from a steel strip, a welded tube and the tube as well got.
This process is used in particular for the manufacture of tubes of relatively small diameter, for example having an outer diameter of about 16 mm and formed, in this case, from a steel strip with a thickness of about 0.9 mm.
This method is characterized in that the strip is advanced in the longitudinal direction, it is folded up by bringing its longitudinal edges facing each other, so as to give the strip the shape of a tube, the opposite edges are welded by electrical resistance at points spaced apart in the longitudinal direction of the tube, leaving between the hard spots portions whose edges are not welded, the tube is heated at least in the vicinity of said edges and these edges are pressed against each other, all in such a way that these edges deform plastically by welding and that recrystallization is caused from the welding points serving as centers,
the interval between the welding points being chosen such that the recrystallization propagates completely from one welding point to another.
Another subject of the invention is the tube obtained by the above process, characterized in that it consists of a strip wound in the direction of its width and the longitudinal edges of which are joined by welding. The appended drawing represents, by way of example, a machine allowing implementation of the method which is the subject of the invention, and an embodiment of the tube which is the subject of the invention.
Fig. 1 schematically represents said machine; figs. 2 to 4 represent stages in the manufacture of a tube; fig. 5 is a perspective view of a finished tube; figs. 6 and 7 illustrate two variants of implementation of the method; figs. 8-10 show the crystal structure of a tube at different stages of manufacture.
The machine shown in fig. 1 com takes several shaping cylinders 1, which unwind a steel strip 2 from a reel 3 and which advance this strip in the longitudinal direction by folding the longitudinal edges of the latter to give it the shape of a tube 5. Before this tube is closed, a non-oxidizing or reducing gas is introduced therein through a pipe 6, the purpose of this gas being to clean the surfaces and to prevent the formation of oxides during welding.
Rotary electrodes 8 for electric resistance welding are arranged after the shaping rolls; these electrodes come into contact with the tube on each side of the opposite edges of the tube, by exerting pressure on the tube which rests against the cylinders 9. An alternating current is preferably passed through the electrodes 8 which spot weld the edges at spaced points 10 between which there are portions the edges of which, while being in close contact, are not welded (Fig. 2). The space between the weld points is determined, for a given speed of unwinding of the strip, by the frequency of the welding current, a frequency which can be adjusted as required.
The machine comprises, following the welding electrodes, an electric resistance heating device comprising a casing 15 provided with an inlet sleeve 16 through which the spot welded tube passes. The envelope contains electrodes in the form of rollers, in front of each of which is a support roller. One of the terminals of the output of a transformer 16 'is connected to the intermediate electrode 18 and the other terminal to the posterior electrode 17 and to the anterior electrode 19. These electrodes are supported on the edges of the electrode. tube, so that it is heated approximately evenly along its portions adjacent to these edges.
Immediately after the electrodes and preferably inside the casing, there is a device for pressing the edges of the tube against each other, in order to cause a plastic deformation of these edges. This device comprises at least two cylinders 20. A non-oxidizing or reducing gas is introduced into the casing 15 which can arrive through a pipe 21 and escape through the inlet sleeve 16; if it is a reducing gas, it burns as it exits through said sleeve. Following the oven is a water cooler comprising an inner pipe 22 through which the tube passes and around which a casing 23 delimits a water chamber.
The cooling water can reach this chamber through a pipe 24 and exit through a pipe 26. Driving and straightening cylinders 30 are arranged at the outlet of the cooler. The outlet end 31 of the re-cooler is of reduced section and in addition the length of the cooler is considerable, so that the inlet end of the casing 15 is closer to the gas inlet pipe 21. than the outlet end of the re-cooler, which allows this gas to escape through the sleeve 16.
The spot welds not only have the function of keeping the edges of the tube in close contact, but also that of serving as centers from which, under given conditions, the phenomenon of recrystallization causes the growth of new grains in them. edges in close contact but not yet welded.
The phenomenon of recrystallization consists in the growth of new crystals in solids at a temperature below the melting point. For recrystallization to occur, two conditions must be met: 1. A state of instability must exist or establish in the solid, and 2. an appropriate lower limit temperature must be reached or exceeded. A state of instability can exist in a solid due to: a) residual internal stresses, and b) variations in the content of alloying elements or possibly impurities.
A state of instability can be established in a solid due to: c) forces resulting from irregular thermal expansion; d) a change in crystal form in the case of allotropic substances, and e) the application of external deformation forces.
Iron is an allotropic substance whose various phases are stable in certain temperature ranges which are as follows
EMI0003.0000
<I> Shape <SEP> Limit </I>
<tb> <I> Crystalline <SEP> phase <SEP> from <SEP> stability <SEP> to <SEP> 0 <SEP> C </I>
<tb> Alpha <SEP> Cubic
<tb> to <SEP> volume <SEP> centered <SEP> below <SEP> of <SEP> 9100
<tb> Gamma <SEP> Cubic
<tb> to <SEP> face <SEP> centered <SEP> 910 <SEP> to <SEP> 1400
<tb> Delta <SEP> Cubic
<tb> to <SEP> volume <SEP> centered <SEP> 14000 <SEP> to <SEP> 1535 Given what has been said under d), iron (and also low-carbon steel, for which , except for the stability limits, the considerations made about iron)
can therefore theoretically recrystallize completely, that is to say the crystals can grow in the edges of the tube and form a weld without plastic deformation being necessary. This recrystallization is unlikely to occur to a large extent on the transition from the alpha phase to the gamma phase at 9100 C, since the rate of recrystallization is slow due to the low mobility of the iron atoms at this time. temperature, as well as the low mobility and the lack of tendency to coalesce the impurities and gas inclusions located between said edges.
The same drawbacks arise, but to a lesser extent, if the iron is heated to a temperature above 1400 ° C., to make it pass from the gamma phase to the delta phase. In fact, the edges of the tube have films of oxides, nitrides, absorbed gases, etc., which form an obstacle to the growth of crystals at a temperature below the melting point.
If the crystal growth has started at one or more points and if the edges of the tube are in close contact (except for thin layers of impurities or foreign atoms), it is possible, by keeping the tube at a high temperature and / or by varying the temperature of the tube several times between two values situated respectively below and above one of the temperatures corresponding to a phase modification, causing the agglomeration of the impurities and the increase of the crystals. Of course, this solution is not applicable to a high speed industrial operation.
According to the invention, the tube to be welded is subjected to a plastic deformation after heating to the recrystallization temperature. Plastic deformation accelerates the process of recrystallization and also helps to break down the obstacles formed by oxides, nitrides, absorbed gases, etc.
The solder spots are spaced apart from each other so that recrystallization progresses completely from one spot to the next. The interval between the welds can be approximately 6 to 8 mm. The heating temperature of the tube is within the limits of the gamma state, preferably about 13,150 C. While the tube is at this temperature, the cylinders 20 plastically deform the edges of the tube and the crystals grow larger. from the welds in all directions. This crystal growth is very rapid and it is difficult to stop it, except when impurities of some sort are against it.
In fig. 3, the dotted areas 35 correspond to portions in which recrystallization has already occurred, and in FIG. 4, the total dotted area 36 indicates that recrystallization is complete. The rate cries grew in the non-welded edges until these came together or welded.
If the tube is heated uniformly over its entire periphery, the plastic deformation tends to be distributed uniformly over the entire periphery of the tube and recrystallization also occurs over the entire periphery. This does not result in any detrimental consequence per se in the tube, provided that the plastic deformation is sufficient so that the recrystallization crystals are small and that a high degree of isotropy is obtained in the finished tube.
But in principle, plastic deformation is only necessary in the immediate vicinity of the edges of the tube.
In some cases, for example in that of a thin-walled tube of small cross-section, the tube is very soft and brittle when heated around its entire periphery to the high temperature suitable for recrystallization, and it may be difficult to produce a strong deformation in a single pass without risking damage to the formed tube. It may be advantageous in this case to produce a localized deformation in the immediate vicinity of the edges of the tube. Fig. 6 illustrates an alternative embodiment of the method, making it possible to achieve this result. The edges of the tube 5b have a somewhat wavy shape, as the figure shows in an exaggerated fashion. These edges have portions 40 welded together at points.
The edges 41 of the intermediate portions, facing one another, are separated by an interval. When this tube is heated and subjected to a compressive force, a relatively strong plastic deformation occurs in the region of the welds, giving rise to marked local recrystallization. This plastic deformation also has the effect of closing said gaps by bringing the edges 41 into contact with each other; the weld points constitute centers from which recrystallization starts, which propagates in all directions, by welding. between them the edges 41.
Fig. 7 illustrates another variant of the method, according to which a steel strip is used, the edges 42 of which are serrated. These edges are spot-welded 10 as before and then pressed against each other, which causes the teeth of these edges to flatten. As before, the welding points act as centers of recrystallization. However, the variant of FIG. 7 may cause the tube wall to thicken along the weld.
Figs. 8, 9 and 10 are reproductions of microphotographs with a magnification of 100 diameters, showing the structure of the crystals of the tube at different stages of manufacture. The edge separation line appears in fig. 8, on which we can clearly see a line of cleavage of the crystal structure. This line represents the edges of the portions between the weld points before the final weld and heat treatment. The same edges appear in fig. 9 before welding and after heat treatment or annealing at approximately 815 () C.
Fig. 10 shows the structure of the metal of the finished tube, after the latter has undergone a re-fired at approximately 1150 ° C.; the edge separation line has completely disappeared and the structure in the welded portion of the tube is homogeneous.