FR2466285A1 - Procede et appareil pour la coulee en continu et le formage a chaud d'une barre de cuivre non electrolytique sans risque de fissuration - Google Patents
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Abstract
Invention concernant le laminage des métaux. Une barre 20 de métal (cuivre) fondu, sortant d'un moyen de coulée continue tel qu'une roue de coulée 12 passe, à une température de façonnage à chaud, dans deux trains de laminoir réducteurs successifs 21 et 24. Dans le premier, comportant deux cages à cylindres 22 et 23, on forme une enveloppe de grains recristallisés, finement répartis dans les couches superficielles de la barre brute, grâce à une faible déformation de celle-ci. Ladite enveloppe permet la réduction notable de l'aire de section transversale de la barre dans le deuxième train, sans risque de fissuration, même avec beaucoup d'impuretés. Application au laminage de barres métalliques sans formation de fissures. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
La présente invention, concernant le laminage des métaux, est plus
spécifiquement relative au formage à chaud des métaux et plus particulièrement encore à la coulée continue et au formage à chaud des barres brutes de coulée de certains métaux impurs
aptes à se fissurer au cours du laminage à chaud.
Il est bien connu que de nombreux métaux, tels que le cuivre, peuvent 8tre coulés de manière continue, soit dans des moules verticaux stationnaires, soit dans une roue de coulée tournante, de façon à obtenir une barre coulée qui est immédiatement formée à chaud alors qu'elle se trouve à l'état pratiquement brut de coulée, en faisant passer la barre coulée
sortant du moule dans et au travers des cages à cylin-
dres d'un laminoir, tandis que la barre coulée se trouve/êap une température convenant pour le façonnage à chaud. Il est alors bien connu que la structure brute de coulée de la barre de métal est souvent telle que les fissures de la barre coulée produites pendant le formage à chaud peuvent causer des difficultés si l'on veut que la barre coulée soit directement formée à chaud pour fournir un produit semi-fini tel qu'une barre destinée à 8tre encore étirée, opération au
cours de laquelle l'aire de section transversale ini-
tialement grande de la barre coulée est sensiblement réduite par une multiplicité de déformations suivant différents axes pour obtenir dans le produit une aire
de section transversale bien plus petite.
Alors que cette difficulté pourrait 8tre évitée en coulant une barre coulée présentant une aire de section transversale initialement petite qui n'a pas besoin d'gtre beaucoup réduite pour fournir l'aire de section transversale désirée du produit final, ce mode de travail n'est pas pratique industriellement, car on ne peut facilement obtenir de gros débits de coulée et par conséquent de faibles prix de revient qu'avec des barres coulées présentant des aires de section transversale importante qui sont rapidement ramenées aux petites aires de section transversale des produits, tels que de la barre de diamètre 9,5 mm, destinée à être étirée pour former du fil avec un nombre minimal de fortes déformations. Ainsi le pro- blème des fissurations d'une barre coulée au cours du formage à chaud doit 8tre résolu dans le contexte industriel des barres coulées présentant des aires de section transversale initialement importantes qui sont ensuite formées à chaud pour fournir des produits ayant de petites aires de section transversale par une série de réductions qui sont souvent assez appréciables pour produire la fissuration de la barre coulée dans
certaines conditions.
Ce problème a été résolu dans l'art antérieur pour du cuivre relativement pur, affiné
électrolytiquement, présentant de bas niveaux d'impu-
retés tels que 3 à 10 ppa de plomb, 1 ppm de bismuth et 1 ppm d'antimoine. Par exemple les brevets des E.U.A. Ne 3.317.994 et 3.672.430 exposent que cette difficulté de fissuration peut tre surmontée en
conditionnant une telle barre coulée de cuivre rela-
tivement pur par des réductions initialement importantes (par exemple de 36%) de l'aire de section transversale dans les cages à cylindres initiales, suffisamment pour détruire pratiquement la structure de coulée brute de la barre coulée. les réductions supplémentaires le long de différents axes de déformation, qui provoqueraient la fissuration de la barre coulée s'il n'y avait pas destruction initiale de la structure brute de coulée de la barre coulée, peuvent 8tre alors exécutées sans inconvénient. Ce conditionnement de la-barre coulée, non seulement empoche la fissuration de la barre coulée au cours du formage à chaud, mais présente également l'avantage de réaliser une grande réduction de l'aire de section transversale de la barre coulée, tandis que sa température de formage à chaud est telle que la
puissance requise pour la réduction est réduite.
Cependant l'art antérieur n'a pas fourni
de solution au problème de la fissuration, décrit ci-
dessus, pour des métaux tels que du cuivre affiné au feu, contenant un degré d'impureté élevé. Ceci est dé à ce que la grande quantité d'impuretés aux limites de grains de la structure brute de coulée amène la barre coulée à se fissurer quand on essaie de détruire pratiquement la structure brute de coulée avec la même grande réduction initiale de l'aire de section transversale de la barre coulée dont on sait qu'elle
est utile avec des métaux contenant peu d'impuretés.
Cependant, plus le pourcentage d'impuretés dans la barre coulée est grand, plus grande est la probabilité qu'il se produira des fissures au cours du formage à chaud. Ainsi, bien qu'il n'y ait pas de demande
pour avoir du cuivre à grande pureté affiné électro-
lytiquement (sauf pour des utilisations spéciales telles que le fil magnétique), il a été nécessaire jusqu'à présent d'utiliser ce cuivre fortement affiné afin de pouvoir utiliser et obtenir les nombreux avantages des appareils tandem de coulée continue
et de formage à chaud* Il s'ensuit que des frais im-
portants d'affinage s'ajoutent au prix de nombreux produits terminés en cuivre, même s'il n'ont pas
besoin d'une grande pureté pour satisfaire des exigen-
ces de conductivité ou autres. Par exemple, du fil de cuivre affiné au feu, présentant un degré d'impuretés modérément élevé, peut satisfaire les normes de conductivité LACS pour le c9blage électrique dans l'habitation et peut 8tre produit très économiquement si la barre qui doit 4tre étirée pour former ce fil peut être produite en utilisant un appareil connu de
coulée continue et de formage à chaud.
La présente invention résout le problème des fissurations, décrit cidessus, de l'art antérieur
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en fournissant un procédé de coulée continue et de
formage à chaud d'un métal présentant un degré d'impure-
tés faible ou élevé sans qu'il y ait de fissuration importante de la barre coulée, se produisant pendant l'opération de laminage à chaud. D'une façon générale, l'invention fournit un procédé de coulée continue du métal fondu, pour obtenir une barre coulée ayant une aire de section transversale relativement grande,
et de formage à chaud de la barre coulée à une tempé-
rature de façonnage à chaud, pour fournir un produit
présentant une aire de section transversale relative-
ment petite grâce à une réduction importante de l'aire de section transversale de la barre coulée, qui sera telle que la structure brute de coulée de la barre coulée devrait provoquer des fissurations de cette barre, avec le stade supplémentaire consistant à former d'abord une enveloppe de grains recristallisés
finement répartis au moins dans les couches super-
ficielles de la barre coulée avant la réduction im-
portante ultérieure de l'aire de section transversale de ladite barre, ladite enveloppe étant formée par des déformations relativement légères de la barre coulée alors qu'elle se trouve à une température.de
façonnage à chaud.
* Les légères déformations ont une grandeur
(de préférence 5 à 20%o) qui n'amènera pas la fissura-
tion de la barre coulée, mais qui, en combinaison avec sa température de façonnage à chaud, fera que
la barre coulée aura une enveloppe de grains recristal-
lises finement répartis et ayant une épaisseur suffi-
sante (environ 10% de l'aire totale) pour empêcher la fissuration de la barre (même possédant des impuretés relativement nombreuses) au cours des déformations importantes subséquentes. L'enveloppe superficielle de grains fins, obtenue par l'invention, permet une
réduction importante de l'aire de section transver-
sale de la barre dans une passe ultérieure, même
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de plus de 40e/o, sans qu'il se produise de fissuration et même si la barre coulée présente une quantité
d'impuretés relativement grande.
Par exemple, la présente invention per-
met le formage continu à chaud d'une barre de cuivre coulée présentant une aire de section transversale de 6, 45 cm2 ou plus et contenant jusqu'à 50 à 200 ppm d'impuretés, telles que du plomb, du bismuth, du fer et de l'antimoine, pour former une barre de cuivre façonné présentant une aire de section transversale
de 5,23 cm2 ou moins, sans fissuration.
Ainsi, en l'exprimant de façon très générale, la présente invention fournit un procédé de coulée continue d'une barre de cuivre et de formage subséquent à chaud de ladite barre de cuivre coulée, alors qu'elle se trouve pratiquement à l'état brut de coulée, gr9ce à une multiplicité de compressions importantes, et dans ce procédé la barre de cuivre
est conditionnée pour être formée à chaud par l'éta-
blissement d'une enveloppe de grains recristallisés finement répartis au moins à la surface de ladite barre de cuivre en comprimant ladite barre par une légère compression préliminaire après coulée de ladite barre de cuivre, mais avant ladite multiplicité
de compressions importantes.
Sous son aspect d'appareil le plus large, la présente invention comprend des moyens pour couler de façon continue du cuivre affiné au feu, des chutes de cuivre refondu ou du cuivre à oxyde cuivreux pour former une barre de cuivre et des moyens pour former à chaud ensuite la barre de cuivre, alors qu'elle est pratiquement à l'état brut de coulée, par une multiplicité de compressions importantes et cet appareil comprend des moyens pour conditionner la barre de cuivre coulée avant son formage à chaud de
façon à empocher les fissurations quand elle est sou-
mise auxdites compressions importantes, lesdits moyens de conditionnement incluant des moyens pour comprimer légèrement la barre de cuivre coulée de la quantité nécessaire de façon à former une enveloppe de grains recristallisés, finement répartis au moins à sa surface.
L'invention sera mieux expliquée et com-
prise par la description ci-après, avec référence
au dessin sur lequel: - la figure 1 est la représentation schématique d'un appareil de coulée et de formage pour mettre en oeuvre le procédé de la présente invention; - la figure 2, une section transversale d'une barre coulée pratiquement à l'état brut de coulée (dans ce cas avec des grains basaltiques); - la figure 3, une coupe transversale de la barre coulée représentée sur la figure 2, après une légère réduction de la section transversale; - la figure 4, une section transversale de la barre coulée représentée sur la figure 2, après deux légères compressions perpendiculaires pour former une enveloppe complète de grains finement répartis au voisinage de la surface de la barre et - la figure 5, une section transversale de la barre coulée représentée sur la figure 2, après deux légères compressions et une forte compression de
formage à chaud.
En se reportant maintenant au dessin, sur
lesquels les mêmes repères désignent des parties sem-
blables sur les différentes figures, la figure 1 expose schématiquement un appareil pour mettre en oeuvre le procédé de la présente invention. Le système (10) de coulée continue et de formage à chaud comprend une machine de coulée (12) qui inclut une roue de coulée
(14) comportant à son intérieur une rainure périphéri-
que, une bande flexible (16) portée par une multipli-
cité de roues de guidage (17) qui sollicitent la bande (16) à s'appliquer contre la roue de coulée (14) sur une partie de la circonférence de la roue de coulée (14) de façon à couvrir la rainure périphérique et à former un moule entre la bande (16) et la roue de coulée (14). Lorsque le métal fondu est déversé dans
le moule par le canal de coulée (19), la roue de cou-
lée (14) tourne et la bande (16) se déplace avec la roue de coulée (14) pour former un moule mobile. Un
système de refroidissement (non représenté) à l'in-
térieur de la machine de coulée (12) amène le métal fondu à se solidifier dans le moule et à sortir de la
roue de coulée (14) sous forme d'une barre solide (20).
Depuis la machine de coulée (12), la
barre coulée (20) passe au travers d'un moyen de con-
ditionnement (21) qui inclut des cages à cylindres (22) et (23). Les cages à cylindres de conditionnement (22) et (23) compriment légèrement la barre qui se recristallise dans l'aire comprimée pour former une enveloppe à structure de grains finement répartis à la surface de la barre (20). Après le conditionnement, la barre (20) passe au travers d'un laminoir classique (24), qui inclut une multiplicité de cages à cylindres (25), (26), (27) et (28). Les cages du laminoir (24) produisent le formage à chaud primaire de la barre
coulée en comprimant séquentiellement la barre condi-
tionnée jusqu'à ce que la barre soit réduite à des
dimensions et formes de section transversale désirées.
La structure de grains de la barre coulée (20), lorsqu'elle sort de la machine de coulée (12), est
représentée sur la figure 2. Le métal fondu se solidi-
fie dans la machine de coulée de façon à 8tre basaltique
ou équiaxial ou les deux, suivant la vitesse de re-
froidissement. Cette structure brute de coulée peut Otre caractérisée par de gros grains (30) partant radialement des surfaces de la barre (si basaltique) et séparés les uns des autres par des limites de grains (31). La plupart des impuretés existant dans
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la barre coulée sont situées le long des limites de
grains et de dendrites (31). Si le cuivre fondu déver-
sé par le canal de coulée (19) dans la roue de coulée
(14) n'était qu'affiné au feu et non affiné électroly-
tiquement et si la barre coulée (20)passait immédiate- ment dans le laminoir (24) sans traverser les moyens de conditionnement (21), les impuretés existant le long des limites (31) de la barre coulée (20) améneraient
la barre coulée à se fissurer à l'endroit de ses limi-
0 tes lors de la déformation par les cages à cylindres du laminoir (24), d'après l'enseignement de l'art
antérieur tel qu'indiqué dans le brevet des E.U.A.
N 3.317.994.
Les moyens de conditionnement (21) de la présente invention empochent une telle fissuration
en fournissant une suite de légères compressions préli-
minaires comme on voit sur les figures 3 et 4, sur
lesquelles le résultat d'une compression est représen-
té et la forme antérieure de la barre coulée est indiquée en trait mixte. La figure 3 mohtre le résultat d'une réduction de 7% obtenue par la cage à cylindres
(22) le long d'un axe horizontal de compression (33).
La structure de grains, brute de coulée, basaltique ou équiaxiale, du métal coulé a été recristallisée en une couche de grains équiaxiaux (35) couvrant une
partie de la surface de la barre coulée (20). L'inté-
rieur de la barre peut conserver une structure brute de coulée. Sur la figure 4 la barre (20) a été soumise à une deuxième réduction de 7% par la cage à
cylindres (23) le long d'un axe vertical de compres-
sion (33) perpendiculaire à 'l'axe de compression de la cage (22). Le volume de grains (35) recristallisés finement répartis-forme maintenant une enveloppe (36) autour de la surface totale de la barre (20), bien que l'intérieur de la barre conserve une certaine
structure brute de coulée.
On comprendra que la formation de l'en-
veloppe puisse être obtenue par un moyen de condi-
tionnement comprenant un nombre quelconque de cages à cylindres (de préférence au moins deux) ou de tout autre type d'outils de façonnage, tels que des matri- ces d'extrusion, des marteaux de forgeage multiples, etc.., tant que la légère déformation préliminaire du métal produit une enveloppe de grains recristallisés couvrant pratiquement toute la surface de la barre ou au moins les aires sujettes à fissuration lorsqu'elles
sont soumises à la première forte réduction.
Les légères compressions individuelles
devraient 9tre comprises entre 5 et 20%, et de pré-
férence entre environ 7 et 10%, de façon à ne pas fissurer la barre au cours du conditionnement. La
déformation totale obtenue par les moyens de condition-
nement (21) doit établir une enveloppe (36) de pro-
fondeur suffisante (d'au moins 10% environ) pour empt-
cher la fissuration de la barre au cours de sa forte déformation ultérieure en passant au travers des
cages à cylindres (25 à 28) du laminoir (24).
Lorsque la forme de la barre, dans son état brut de coulée, inclut des coins proéminents tels que ceux de la barre représentée sur la figure 2, la forme des surfaces de compression dans les cages à cylindres (22) et (23) peut 9tre conçue pour éviter une compression excessive des régions des coins en comparaison d'autres surfaces de la barre coulée, de sorte que la fissuration ne se produira pas à
l'endroit des coins au cours du conditionnement.
La figure 5 montre une coupe transversale
de la barre coulée (20) après une réduction substan-
tielle de l'aire de section transversale par la pre-
mière cage à cylindres (25) du laminoir (24). La structure brute de coulée restante à l'intérieur de la barre (20) a été recristallisée pour former des grains
équiaxiaux finement répartis (35).
Quand une enveloppe (36) a été formée à la surface de la barre (20), on peut avoir une forte réduction avec la première cage à cylindres (25) du laminoir (24). On a trouvé qu'une telle compression initiale de formage à chaud peut dépasser 40o après
conditionnement selon la présente invention. La possi-
bilité d'utiliser de très fortes réductions au cours du formage à chaud subséquent signifie qu'on peut obtenir les dimensions et formes désirées finales pour
la section transversale en utilisant un laminoir com-
portant un petit nombre de cages. Ainsi, même si un moyen de conditionnement selon la présente invention nécessite d'avoir une ou deux cages à cylindres, on peut réduire l'importance totale et par conséquent le coût de l'appareil de conditionnement et de formage
à chaud.
Le procédé de la présente invention permet la coulée continue et le laminage des métaux à forte quantité d'impuretés, tels que du cuivre affiné au feu qui généralement inclut de 50 à 200 ppm de plomb, bismuth, fer et antimoine, sans fissurer la barre. De plus, la fissuration est empochée dans toute la gamme de températures de façonnage à chaud du métal. En
outre, le procédé de la présente invention est effica-
ce pour traiter également du cuivre affiné électroly-
tiquement. Ainsi on peut employer le meme appareil de coulée et de formage à chaud pour produire des
métaux de pureté variable suivant les normes qui doi-
vent 9tre satisfaites par un produit particulier. Il n'est plus nécessaire d'ajouter le coût d'un affinage supplémentaire au coût du produit final lorsqu'on n'a
pas spécifiquement besoin d'un produit extrêmement pur.
Si l'on désire réduire plus encore la possibilité de fissuration, on peut prévoir des canaux de laminage de forme elliptique pour toutes les cages à cylindres (22), (23), et (25 à 28) afin d'obtenir des vitesses tangentielles optimales des cylindres dans Il les cages par rapport au métal fondu, comme il est
exposé dans le brevet des E.U.À. NI 317 994. Néan-
moins, de telles dispositions ne sont habituellement pas nécessaires pour éviter la fissuration si l'on met en oeuvre la présente invention comme décrit ici avec des métaux présentant des niveaux d'impuretés
tels qu'exposé ci-dessus.
Les spécialistes comprendront que les cages à cylindres des moyens de conditionnement (21) peuvent constituer un élément séparé du système ou bien peuvent 9tre construites comme parties solidaires
d'un laminoir.
L'invention n'est pas spécifiquement limitée aux exemples qui viennent d'#tre fournis et on peut en envisager des variantes sans sortir de son cadre. 2466-2e-5
RE UNDI CATIONS
1. Procédé pour la coulée continue d'une barre de cuivre et pour son formage à chaud subséquent, pendant qu'elle est pratiquement à l'état brut de coulée, par une multiplicité de compressions importantes,
caractérisé en ce que la barre de cuivre est condi-
tionnée pour ttre formée à chaud par création d'une enveloppe de grains recristallisés finement répartis au moins sur la surface de ladite barre de cuivre en
comprimant ladite barre par une légère compression pré-
liminaire après coulée de ladite barre de cuivre,
mais avant ladite multiplicité de compressions impor-
tantes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite légère compression réduit l'aire de la section transversale de ladite barre de
cuivre coulée de 5 à 20 pour cent.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que ladite compression légère réduit l'aire de section transversale de ladite
barre de cuivre coulée de 7 à 10 pour cent.
4. Procédé selon l'une des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que la première de ladite multiplicité de compressions importantes réduit l'aire de section transversale de ladite barre coulée
de plus de 40 pour cent.
5. Procédé selon revendication 1, caracté-
risé en ce que le conditionnement et le formage à chaud dé ladite barre de cuivre s'effectuent dans un seul laminoir (21, 24) comportant une multiplicité de cages à cylindres et que la première cage (22) de ladite multiplicité conditionne la barre coulée
en réduisant son aire de section transversale d'envi-
ron 5 à 20 pour cent, la deuxième (23) desdites cages forme à chaud ladite barre pour réduire son aire de section transversale d'au moins 40 pour cent et les autres cages (25 à 28) réduisent encore t j.
la barre coulée à la dimension finale désirée.
6. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que ladite compression légère comprend une première réduction de 7 pour cent de ladite section transversale de ladite barre, suivie par une deuxième réduction de 7 pour cent le long d'un axe de compression qui est tourné de 90 par rapport à ladite première réduction de 7 pour cent, en formant ainsi une enveloppe tout autour, sur
toute la surface de la barre.
7. Procédé selon l'une des revendica-
tions I à 6, caractérisé en ce que ladite barre de
cuivre est coulée à partir de cuivre affiné au feu.
8. Procédé selon l'une des revendica-
tions 1 à 6, caractérisé en ce que ledit cuivre est
coulé à partir de chutes de cuivre refondues.
9. Procédé selon l'une des revendica-
tions 1 à 6, caractérisé en ce que ladite barre de cuivre est coulée à partir de cuivre à oxyde
cuivreux.
10. Appareil convenant particulièrement pour la mise en oeuvre du procédé de coulée continue et de formage à chaud d'une barre de cuivre comme
exposé par l'une des revendications 1 à 9, comprenant
des moyens (12), pour couler de façon continue du cuivre affiné au feu, des chutes de cuivre refondues ou du cuivre à oxyde cuivreux pour former une barre de cuivre et des moyens (24) pour former à chaud
ensuite la barre de cuivre, alors qu'elle est prati-
quement à l'état brut de coulée, par une multiplicité de compressions importantes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour conditionner la barre de cuivre coulée avant son formage à chaud de façon à empocher les fissurations quand elle est soumise auxdites compressions importantes, lesdits moyens de conditionnement incluant des moyens (22, 23) pour comprimer légèrement la barre de cuivre coulée de la quantité nécessaire de façon à former une enveloppe de grains recristallisés, finement répartis au moins
& sa surface.
11. Appareil selon revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de compression
légère incluent des moyens pour réduire l'aire de-
section transversale de la barre de cuivre coulée de à 20 pour cent.
12. Appareil selon l'une des revendica-
tions 10 ou 11, caractérisé en ce que lesdits moyens pour comprimer légèrement incluent des moyens pour obtenir une première réduction de 7 pour cent de l'aire de section transversale de la barre de cuivre coulée, suivie par une deuxième réduction de 7 pour cent le long d'un axe de compression qui est tourné de 900 par rapport à l'axe de compression de ladite
première réduction.
13. Appareil selon revendication 10,
caractérisé en ce que lesdits moyens de conditionne-
ment et lesdits moyens de formage à chaud sont positionnés dans un seul laminoir (21) comprenant une multiplicité de cages à cylindres, la première (22) desdites cages étant agencée pour réduire l'aire de section transversale de la barre de cuizvre coulée de 5 à 20 pour cent et la deuxième (23) desdites cages étant agencée pour réduire encore l'aire de section transversale de la barre de cuivre coulée d'au
moins 40 pour cent.
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