FR2481162A1 - Cylindre du type a assemblage pour service a haute temperature - Google Patents
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Abstract
CYLINDRE DU TYPE A ASSEMBLAGE POUR SERVICE A HAUTE TEMPERATURE. CYLINDRE POUR LA COULEE EN CONTINU DE PLAQUES, COMPORTANT UN MANCHON 6 EMMANCHE SANS JEU PAR RETRAIT SUR UN ARBRE 2 DE CYLINDRE MUNI D'UN PASSAGE AXIAL 12 POUR L'EAU DE REFROIDISSEMENT, CONSTITUE EN UN ALLIAGE AYANT LA COMPOSITION PONDERALE SUIVANTE: C0,20 OU MOINS; SI0,1-2,0; MN0,1-2,0; CR10 A 14; N0,02-0,20 AVEC CN0,03-0,35 COMME COMPOSANTS PRINCIPAUX, ET QUI RENFERME EN OUTRE UN OU PLUSIEURS DES ELEMENTS SUIVANTS: NI0,1 A 5,0; MO0,1-2,0; V0,01-0,3; W0,1-0,3 ET LE RESTE ETANT FE. CE TYPE DE CYLINDRE RESISTE AUX FISSURES DUES A LA CHALEUR ET A UNE DUREE DE SERVICE AU MOINS 4 FOIS PLUS GRANDE QUE CELLE D'UN CYLINDRE CLASSIQUE.
Description
"Cylindre du type à assemblage pour service à haute tempéra-
ture." La présente invention concerne un cylindre du type à assemblage utilisable comme cylindre preneur, cylindre de
guidage ou analogue pour la coulée de plaques en continu.
Par convention, les cylindres utilisés dans cette appli-
cation sont classés grossièrement en cylindres à manchon comme montré sur la figure 6 et en cylindres pleins montrés sur la figure 8. Un cylindre à manchon comporte une rainure 4 en spirale pour l'eau de refroidissement ménagée dans la circonférence extérieure de l'arbre 2 du cylindre, arbre sur lequel est monté un manchon 6, et est transformé en une seule
pièce en le soudant en 8 à une extrémité. L'arbre 2 du cy-
lindre est généralement en acier ordinaire tandis que le man-
chon 6 est généralement en acier faiblement allié au chrome-
molybdène. Par contre un cylindre plein 10 est en totalité en acier làiblemat allié au chrome-molybdène, particulièrement en acier de ce type forgé, et un passage 12 pour l'eau de refroidissement est prévu au centre de l'arbre. Ces cylindres classiques présentent les défauts suivants, à la fois dans
la structure et dans la matière.
Dans le cylindre à manchon tel que montré sur la figure 6, puisque la face interne du manchon est refroidie avec l'eau et que la face extérieure vient en contact avec la plaque à haute température provoquant ainsi un gradient de température très grand, l'amorce et la croissance des fissures dues aux tensions thermiques engendrées deviennent excessives, ce qui
entraîne souvent une diminution de la durée de service du cy-
lindre. En outre, les efforts de flexion deviennent plus grands dus à la force exercée sur le cylindre. Dans ce cas,
la concentration des efforts de flexion sera rare si le man-
chon 6 et l'arbre du cylindre 2 sont en contact étanche sur toute la longueur, mais, pratiquement les parties saillantes 14 de la rainure en spirale ne sont pas en contact avec la
face intérieure du manchon, et le jeu tend à augmenter davan-
tage au fur et à mesure que les parties saillantes 14 sont corrodées et usées durant leur utilisation. A mesure que ce
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jeu augmente, l'effort est concentré dans la partie centrale-
suivant l'axe du manchon 6, et les craquelures sont amorcées dans le manchon 6 et se développent dans un premier stade jusqu'à conduire finalement à la rupture, provoquant ainsi une projection vers l'extérieur de l'eau de refroidissement. Il en résulte que l'opération de coulée en continu doit être arrêtée. En outre, dans ce type de cylindre à manchon, les produits corrodés et les dépÈts sont souvent rassemblés.dans la rainure en spirale 4 pour l'eau de refroidissement pour bloquer l'écoulement de cette eau. Dans ce cas l'eau de refroidissement peut gicler à l'extérieur de la bague 7 prévue pour empêcher les fuites d'eau, bague prévue entre l'extrémité libre du manchon 6 et l'arbre 2 du cylindre, ou
bien la température du manchon 6 peut être abaissée.
Dans le cylindre plein, par exemple, puisque la surface est chauffée par contact avec la plaque à haute température et qu'elle est refroidie avec l'eau immédiatement après, soumettant ainsi cette surface à des cycles thermiques sévères de chauffage et de refroidissement, des fissures dues à la chaleur sont souvent provoquées et quand l'effort de flexion est concentré sur ces fissures, celles-ci se développent rapidement et conduisent jusqu'à la rupture du cylindre. Dans ce cas, encore, l'opération de coulée en continu doit être arrêtée. Pour remédier à cela, une matière de haute qualité
résistant particulièrement bien aux fissures dues à la cha-
leur peut être utilisée, mais puisque le cylindre entier doit
être constitué par une matière de ce genre chère, cette so-
lution n'est pas pratique du point de vue économique. Ou bien,
afin d'améliorer les caractéristiques de la matière du cylin-
dre, il faut procéder à la trempe oim evenu, mais il est très difficile de traiter le corps entier du cylindre. Par conséquent, les caractéristiques suffisantes de la matière
n'ont pas pu être obtenues jusqu'ici.
Les cylindres classiques, par conséquent, exigent des améliorations non seulement dans leur structure mais également
dans les matières les constituant. Bien que les aciers fai-
blement alliés au chrome-môlybdène (par exemple acier à 1 % Cr-0,3 % Mo) soient principalement utilisés comme matières pour le manchon ou le cylindre dans le cylindre à manchon ou le cylindre pleinclassique$, aciers qui par rapport aux
aciers ordinaires sont des matières pour cylindre excellen--
tes, ils ne sont pas suffisants cependant en ce qui concerne les caractéristiques exigées pour ce type de cylindre pour la coulée en continu, particulièrement en ce qui concerne
la résistance aux fissures dues à la chaleur.
En vue de remédier aux défauts et aux difficultés men-
tionnées ci-dessus, la présente invention fournit un nouveau cylindre du type à assemblage capable de prolonger la durée
de service du cylindre, pendant son service à haute tempéra-
ture, au point de vue à la fois de la matière et de la structure du cylindre. Le manchon a la composition d'alliage ci-dessous. Toutes les teneurs sont exprimées en pourcent
en poids.
C: 0,20 % ou moins Si:- 0,1 à 2,0 % Mn: 0,1 à 2,0 % Cr: 10 à 14 % N: 0,02 à 0,20 %, et C+N: 0,03 à 0,35 %
Complément principal: Fe.
En outre lacoraposition d'alliage du manchon, en plus des composants principaux
C: 0,01 à 0,20 %
Si: 0,1 à 2,0 % Mn: 0,1 à 2,0 % Cr: 10 à 14 % N: 0,02 à 0,20 %, et C+N: 0, 03 à 0,35 % afin d'améliorer les propriétés,contient un ou plusieurs des éléments suivants: Ni: 0,1 à 5,0 % Mo: 0,1 à 2,0 %
V: 0,01 à 0,3 %
W: 0,1 à 2,0 %
et le complément principal est le fer. L'invention concerne un cylindre du type à assemblage pour service à haute
température possédant la composition mentionnée ci-dessus.
On se référera maintenant aux dessins ci-annexés sur
lesquels: -
- la figure 1 est une vue de face partiellement coupée du cylindre se rapportant à la présente invention; - la figure 2 montre un manchon dans un autre exemple de réalisation se rapportant à l'invention; - la figure 3(a) est un diagramme de répartition de la température sur la surface du manchon pendant la coulée des plaques en continu;
- la figure 3(b) est une vue de face montrant l'opéra-
tion de la coulée des plaques en continu; - la figure 4 est une vue de face partiellement coupée
d'un arbre de cylindre idéal supposé correspondre à la ré-
partition de la température; - la figure 5 est un dessin clTéchelle d'un arbre de cylindre réalisé; - la figure 6 est une vue de face partiellement coupée d'un cylindre à manchon classique;
- la figure 7 est une vue partiellement agrandie du cy-
lindre de la figure 6, et - la figure 8 est une vue de face partiellement coupée
d'un cylindre plein classique.
Les alliages de la présente invention sont composés de
façon à faire preuve de propriétés excellentes particulière-
ment quand les alliages sont utilisés pour des cylindres pour coulée de plaques en continu, et les raisons pour lesquelles la teneur de chacun des composants est limitée, sont données ci-après.
Premièrement, puisque le cylindre concerné par l'inven-
tion est structurellement conçu pour que seul l'arbre du cylindre résiste suffisamment aux contraintes de charge, la condition la plus importante pour le manchon est qu'il doit
résister aux fissures dues à la chaleur sous les charges cy-
cliques, thermiques dues au chauffage et au refroidissement.
Deuxièmement, puisque la surface du cylindre est en contact avec la plaque à haute température et qu'elle est soum23 ase une oxydation à température élevée et à la corrosion - a l'eau de refroidissement, une résistance suffisante à ces facteurs est également essentielle. La composition d'alliage
doit être en particulier déterminée d'après ces critères.
Particulièrement, la teneur en carbone doit être aussi faible que possible du point de vue de la résistance aux fissures dues à la chaleur, mais il est pratiquement difficile: de la limiter à une valeur inférieure à 0,01 % pendant la
fusion en atmosphère ordinaire. Par ailleurs, avec des te-
neurs supérieures en carbone, la résistance et la dureté sont augmentées et la résistance favorables aux contraintes de charge et la résistance à l'usure sont améliorées, mais la ténacité chute et la résistance aux fissures dues à la chaleur diminuent notablement. Par conséquent, la limite
supérieure est 0,2 %.
A la fois Si et Mn agissent comme éléments désoxydants
et sont inévitablement contenus à raison d'environ 0,1 %.
S'ils sont ajoutés à plus de 2 %, ils n'apportent aucun effet correspondant et Si, en particulier, entraîne la diminution de la ténacité. Donc une gamme appropriée pour les deux
éléments est 0,1 à 2 %.
Le Cr est l'élément le plus efficace dans l'alliage pour manchon de la présente invention. Afin de satisfaire les tiois conditions princi ales simultanément, à savo r * la resistance a la cha leur, la resstance a a corrosion et résistance aux fissures dues à la chaleur, il faut que la teneur en chrome soit supérieure à 10 %. Toutefois si cette teneur dépasse 14 %, la dureté diminue et la résistance aux fissures dues à la chaleur diminue, et la croissance et le
développement des fissures amorcéessont accélérés.
N est un élément efficace qui améliore encore les caractéristiques de l'alliage quand il est ajouté en petite
quantité aux composants principaux (C, Si, Mn et Cr) mention-
nés ci-dessus. Quand sa teneur est supérieure à 0,02 %, cet élément améliore la résistance et la ténacité de l'alliage et augmente fortement la résistance aux fissures dues à la chaleur, ce qui est la condition la plus importante quand la matière est utilisée pour des cylindres de coulée en continu, agissant ainsi très efficacement. Mais si la teneur dépasse 0,20 %, des piqûres et des défauts similaires dus au gaz, constituant un inconvénient pour la qualité du manchon, sont susceptibles de se produire et la ténacité diminue d'une 248I1l62
façon significative, de sorte que la résistance aux fissures -
dues à la chaleur est diminuée.
Néanmoins, N se comporte dans sa gamme de teneurs ap- -
propriée d'une façon similaire à C. Par conséquent quand les deux éléments sont tous les deux contenus au voisinage des
limites supérieures, des résultats défavorables pour la ré-
sistance aux fissures dues à la chaleur peuvent être entrai-
nés. Donc la somme de C et N doit être réglée entre les
valeurs de 0,03 et 0,35 %.
L'alliage contenant lesdits composants principaux à
utiliser comme alliage pour manchon peut montrer des pro-
priétés suffisamment excellentes.
En plus à ces composants principaux, en ajoutant des éléments d'alliage Ni, Mo, V et W seuls., ou en combinaison, une résistance aux fissures dues à la chaleur davantage
prononcée peut être communiquée à l'alliage pour manchon.
La gamme de la teneur de chaque élément additif est détermi-
née pour les raisons suivantes.
Ni, à une teneur supérieure à 0,1 %, montre un effet évident et améliore la résistance aux fissures dues à la
chaleur mais, si cette teneur est supérieure à 5 %, son effet -
est saturé et le coefficient de dilatation thermique augmente, ce qui est défavorable pour la matière du manchon. Egalement
il n'est pas économique d'utiliser le Ni onéreux en excès.
Mo et W, comme Ni, contribuent à l'augmentation de la résistance aux fissures dues à la chaleur et leurs effets sont suffisants pour une teneur de 0,1 % ou supérieure. -Une
teneur supérieure à 2 % par contre tend à diminuer la ténaci-
té. Egalement il n'est pas économique d'utiliser ces éléments
onéreux en excès.
V est également un élément qui améliore la résistance aux fissures dues à la chaleur et il est efficace à 0,01 %
ou davantage, mais son effet est saturé pour une teneur su-
périeure à 0,3 %. C'est un élément onéreux aussi, et il
n'est pas économique de l'ajouter à un taux plus élevé.
L'alliage ayant la composition mentionnée ci-dessus est utilisé comme matière pour manchon dans un cylindre du type à assemblage ayant la structure particulière décrite
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ci-dessous. Afin d'obtenir des matières pour manchon spéci-
fiées d'une façon économique et ayant une grande qualité, à
partir de l'alliage de ladite composition, il est plus ap-
proprié de fabriquer le manchon par coulée centrifuge. En outre, afin d'améliorer la résistance à la chaleur, la ré- sistance à la corrosion et la résistance aux fissures dues
à la chaleur de l'alliage pour manchons à un niveau davanta-
ge satisfaisant, il est efficace de procéder à un traitement thermique, après la coulée, en le chauffant à 9500-1080WC
et en maintenant cette température pendant une durée appro--
priée puis en le plongeant rapidement dans l'eau, dans l'huile ou dans l'air, puis en le réchauffant à 6000 à 7500C
pour le revenu.
En se référant maintenant à la structure du cylindre du type à assemblage dans la présente invention, il faut d'abord
noter que les caractéristiques de la matière, bien qu'excel-
lentes comme elles ont pu être mentionnées ci-dessus, ne peu-
vent pas être utilisées complètement sauf si la structure du cylindre est appropriée. Le cylindre du type à assemblage de la présente invention contrairement au cylindre à manchon ou au cylindre plein, classiques, est constitué par un arbre 2 de cylindre et un manchon 6 montrés sur les figures 1 ou 2,
o le manchon 6 est emmanché sans jeu par retrait sur l'ar-
bre 2 de cylindre. Dans la structure du cylindre comportant le manchon 6 emmanché sans jeu par retrait sur l'arbre 2 de cylindre, une fissure due à la chaleur se propage lentement oaeJans le cas o la fissure se propage jusqu'à rompre le
manchon 6, la fissure reste dans le manchon 6 et ne se con-
tinue pas dans l'arbre 2 de cylindre. Par conséquent l'effort appliqué sur le cylindre peut prendre naissance à la fois sur le manchon 6 et l'arbre 2 de cylindre même si une fissure
due à la chaleur est amorcée sur la surface du manchon.
Puisqu'une fissure n'atteint pas l'arbre 2 de cylindre, l'opé-
ration de coulée en continu n'est pas arrêtée, et les fuites d'eau ne se produisent plus1de sorte que les avantages de la structure sont obtenus. Dans ce cas, le manchon 6 est remplacé périodiquement selon la durée de service prévue, tandis que
l'arbre 2 de cylindre peut être utilisé d'une façon semi-
2481 62
permanente et n'exige pas une matière d'aussi grande qualité
que celle utilisée dans le manchon, il suffit qu'il soit cons-
titué par de l'acier ordinaire ou de l'acier faiblement al-
lié. Egalement en ménageant un passage pour l'eau de refroi-
dissement dans l'arbre 2 de cylindre, la rainure en spirale
compliquée pour l'eau de refroidissement comme dans le cy-
lindre à manchon classique n'est pas nécessaire, et il est
suffisant de ménager un passage 12 pour l'eau de refroidis-
sement seulement dans la partie centrale de l'arbre.
Dans la structure montrée sur la figure 1, une extré-
mité 8 du manchon 6 est soudée après emmanchement par re-
trait tandis que l'autre extrémité 9 est libre. Dans la structure sur la figure 2 les deux parties d'extrémité 16,16
sont libres.
Comme il faut empêcher le manchon 6 de tourner, on creuse des rainures dans le sens de l'axe en travers de la
face extérieure de larbre du cylindre et de la face inté-
rieure du manchon, en plusieurs points, à une extrémité ou aux deux extrémités du manchon 6, et on insère des goupilles de clavette 18 dans ces rainures et on bloque les goupilles 18 par une soudure dans l'ouverture des rainures, ou bien
on prévoit un moyen qui permet un mouvement relatif de l'ar-
bre du cylindre et du manchon dans le sens de l'axe mais qUi
les rend intégralement solidaire dans le sens de la rotation.
Si on fabrique un cylindre du type à assemblage en em-
manchant par retrait le manchon 6 sur l'arbre 2 de cylindre, il faut tenir compte des problèmes suivants. A savoir, dans
un cylindre du type à assemblage, quand il fonctionne long-
temps tout en restant en contact avec les plaques coulées en continu à haute température, seul le manchon 6 est chauffé et tend à s'allonger dans le sens de l'axe. Dans ce cas, si une extrémité est fixée comme sur la figure 1, donc si une extrémité 8 est fixée, l'allongement se produit sur l'autre extrémité libre 9, mais cette extrémité libre 9 du manchon 6 est rarement chauffée parce que la plaque vient généralement
en contact dans l'es parties médianes et non vers les extré-
mités. Par conséquent quand l'extrémité libre 9 du-manchon 6 est emmanchée sans jeu par retrait et fermement fixée: le manchon 6 ne peut pas s'allonger dans le -sens de l'axe, de sorte que le manchon 6 peut se déformer, cette déformation se traduisant par l'augmentation du diamètre extérieur dans la partie médiane. Ce phénomène se produit également d'une façon similaire même dans une structure ayant les deux extré- mités libres comme sur la figure 2 si la fixation de ces
deux extrémités libres 16-16 est aussi sans jeu.
Un autre problème important est celui o la-répartition de la température du manchon 6, quand il est utilisé dans la coulée en continu, se présente sous forme d'une couronne,
élevée dans la partie médiane et plus faible aux deux extré-
mités comme le montre la figure 3(a), par suite du contact
avec la plaque 20 à haute température. Cela n'a pas d'impor-
tance si l'emmanchement par retrait entre le manchon 6 et l'arbre de cylindre 2 est uniforme sur toute sa longueur et
si l'absence de jeu est toujours maintenue, mais si l'opéra-
tion de coulée est poursuivie charge après charge, si l'eau de refroidissement pour refroidir la plaque obtenue n'est pas pulvérisée sur le cylindre, ou si la quantité d'eau dans le passage 12 pour l'eau de refroidissement dans la partie centrale de l'arbre de cylindre est insuffisante, le diamètre du manchon se dilate par suite de la dilatation thermique dépendant de la répartition de la température en couronne,
et la partie médiane du manchon 6 peut être séparée de l'ar-
bre (2) de cylindre, provoquant ainsi un jeu entre eux. Ega-
lement, dans ce cas, les deux extrémités ne se dilatent pas par suite de la dilatation thermique, et la force de fixation
de l'emmanchement par retrait agit pour arrêter le déplace-
ment du manchon. Il en résulte que l'effet de refroidissement à partir de l'arbre 2 de cylindre ne peut pas être transmis à cette partie de jeu ouvert par rapport à l'arbre de cylindre par suite de la dilatation thermique de la partie médiane du manchon, et la température de la surface du manchon peut
s'élever anormalement, soulevant ainsi de nombreuses difficul-
tés. En outre, dans ce cas, si un gros effort est appliqué à partir de la plaque 20 sur le manchon 6, une déviation peut se produire par force à l'une des parties d'extrémité libres 9-16 (figure 1), (figure 2) de sorte que le manchon 6 peut
-- 2481162
ne pas revenir aux dimensions initiales après l'arrêt de
l'opération de coulée en continu et une fissure peut éven-
tuellement se produire.
Afin de surmonter ces difficultés dans la présente in-
vention, il a été proposé de prévoir une certaine tolérance pour l'emmanchement par retrait comme décrit ci-dessous, si l'emman'lement par retrait du manchon 6 est fait sur un arbre 2 de cylindre ordinaire ayant un diamètre de 300 à 500
mm. Particulièrement, si une extrémité est fixéeJsur la fi-
gure 1, une tolérance importante de 0,2 à 1 mm pour l'emman-
chement par retrait doit être prévue entre la partie mé-
diane et la partie fixée 8 du manchon 6 afin de fixer l'arbre 2 avec une grande force de serrage, tandis qu'une faible tolérance de 0 à 0,2 mm pour l'emmanchement par retrait doit être prévue au voisinage(pour environ plus de 500 mm
depuis l'extrémité) de l'extrémité libre 9 pour fixer l'ar-
bre 2 avec ure faible force de serrage. Par ailleurs, si les deux extrémités sont libres, comme sur la figure 2, d'une façon similaire, une tolérance importante de 0,2 à 1 mm
-20 pour-l'emmanchement par retrait doit être prévue dans la par-
tie médiane, et une faible tolérance de 0 à 0,2 mm doit être prévue au voisinage (pour une longueur d'environ 100 à 500
mm depuis l'extrémité)-des deux extrémités libres 16,16.
De cette façon, dans chaque cas, l'allongement du manchon 6 dû à la dilatation thermique peut être éliminé vers les extrémités libres 9, 16 et en même temps l'absence de jeu peut être toujours maintenue sans provoquer d'espace
entre le manchon 6 et l'arbre 2 de cylindre, de sorte que la-
déformation due à l'augmentation du diamètre et à un chauf-
fage anormal du manchon 6 peut être empêchée, et aussi
l'amorce et la propagation de la fissure et l'usure condui-
sant éventuellement à une diminution de la durée de service
peuvent être diminués.
En vue de l'emmanchement par retrait du manchon 6 sur
l'arbre 2 de cylindre avec une tolérance partiellement dif-
férente pour l'emmanchement par retrait, il est nécessaire d'usiner d'abord la circonférence extérieure de l'arbre 2
de cylindre de sorte qu'une tolérance spécifiée pour l'em-
248 1 i 62 là manchement par retrait peut être obtenue dans chaque partie,
et d'une façon plus idéale, il est proposé d'usiner la sur-
face circonférentielle extérieure du cylindre (la surface du manchon emmanchée par retrait) en forme d'une couronne, comme montré sur la figure 4, selon la répartition de la tempéra-
ture -du manchon, en l'état d'utilisation donné sur la fi--
gure 3.
En ce qui concerne la structure du type à assemblage pour l'emmanchement par retrait du manchon 6, quand le type
à une seule extrémité fixée et le type à deux extrémités fi-
xées sont comparés, dans ce dernier cas il est possible de maintenir l'allongement et la contraction du manchon 6 aux extrémités libres 16, 16> inférieure à la moitié des valeurs du premier cas, de sorte qu'il peut être efficace d'empêcher
la déformation par gonflement et la fissure du manchon 6.
La présente invention est décrite par les exemples de
réalisation illustratifs et non limitatifs ci-après.
Réalisations Echantillons: chaque échantillon est fondu dans un four de fusion à haute fréquence, et coulé en une éprouvette mesurant 160 mm de diamètre extérieur, 28 mm d'épaisseur- et 220 mm de longueur, par coulée centrifuge, dans un moule métallique et, après moulageest traité à la chaleur en le chauffant à 10301C, en le plongeant brutalement dans l'huile,
puis en lui faisant subir un revenu à 6800C. Ensuite, l'éprou-
vette est usinée en un anneau mesurant 150 mm de diamètre ex-
térieur, 23 mm d'épaisseur et 70 mm de longueur, qui est uti-
lisé pour l'essai de fissure due à la chaleur.
Procédé d'essai de fissure due à la chaleur: La sur-
face extérieure de chaque éprouvette est chauffée par un cou-
rant à haute fréquence de 100 kC, et le chauffage est arrêté quand la température de la surface atteint 5500C, puis la
surface chauffée est refroidie dans l'eau. Ce cycle de chauf-
fage et de refroidissement dans l'eau est répété jusqu'à ce qu'une fissure due à la chaleur soit amorcée sur la surface de l'éprouvette. C'est-à-dire, dans ce procédé d'essai, que le nombre de cycles de chauffage et de refroidissement dans l'eau jusqul'l!amorçage de la fissure augmente à mesure que
2481 5
la résistance aux fissures dues à la chaleur de la matière
est plus élevée.
Le tableau 1 montre la composition chimique de chaque échantillon. Le tableau 2 indique les résultats de l'essai de fissures dues à la chaleur. En examinant les résultats d'essai, on voit que dans un stade préliminaire,des fissures sont amorcées pour les échantillons n0 1 en acier ordinaire, et n0 2 et 3 en aciers faiblement alliés. Les échantillons n0 4 et n0 5 qui sont similaires aux alliages concernés par la présente invention, sauf en ce qui concerne la teneur en Cr, sont les premiers à présenter des fissures dues à la chaleur. L'échantillon no 6 qui ne contient pas de N a naturellement une résistance aux fissures dues à la chaleur insuffisante. L'échantillon n0 7 qui contient N en une quantité supérieure à la gamme spécifiée et dont la somme N+C dépasse la valeur spécifiée, montre une chute dans la résistance aux fissures dues à la chaleur. L'échantillon n0 8 dont la composition est dans la gamme spécifiée mais dont la somme C+N est égale à 0,37 %, supérieure à la limite supérieure de 0,35 %, montre également une diminution dans la résistance aux fissures dues à la
chaleur. Au contraire les échantillons n0 9 à 17 qui appar-
tiennent aux alliages de la composition spécifiée de la pré-
sente invention, font tous preuve d'une excellente résistance
aux fissures dues à la chaleur.
248 1 i 62
TABLEAU 1
Composition des échantillons (% en poids) Echantillon C Si Mn Cr N Ni Mo W V N
1 0,19 0,60 1,12 - 0,10
2 0,18 0,35 0,89 1,03 - - 0,31 - 0,15
Alliages 3 0,15 0,44 0,73 2,28 - - 1,04 - 0,11
de 4 0,15 0,46 0,82 8,92 0,12 - 0,96 - -
référen-
ce 5 0,03 0,33 0,89 15,33 0,10 - - - -
6 0,09 0,37 0,90 12,35 - - - - -
7 0,10 0,25 0,86 12,30 0,28 - - -
8 0,18 0,40 0,91 12,75 0,19 - - - -
9 0,08 0,32 Q,88 10,18 0,11 - - - -
0,09 0,35 1,03 12,61 0,13 - - - -
Alliages 11 0,08 0,38 0,90 13,87 0,09 - - - -
de lin- 12 0,08 0,41 0,87 12,50 0,04 - - - -
vention
13 0,06 0,40 0,75 12,66 0,18 - - - -
* 14 0,08 0,38 0,89 12,51 0,08 1,21 0,44 - -
0,07 0,40 0,82 12,66 0,11 0,85 0,40 0,92 -
16 0,09 0,35 0,80 12,54 0,07 - 0,35 - 0,12
17 0,08 0,33 0,77 12,30 0,06 0,80 0,38 0,50 0,11
Note: Le signe (-) signifie que l'élément spécifique n'est pas particulièrement ajouté, et, par conséquent, n'est pas analysé.
TABLEAU 2 -
Essai de fissures dues-à la chaleur Echantillon NO Alliages de référence Alliages de l'invention il *Nombre de cycles thermiques jusqu'à amorçage des fissures dues à la chaleur Réalisations de l'assemblage du cylindre
Les réalisations de cylindres preneurs de 480 mm de dia-
mètre pour la coulée en continu de larges plaques sont expli-
quées ci-dessous dans l'ordre des opérations de fabrication.
(1) Fabrication des manchons Après le moulage par le procédé de coulée centrifuge dans le moule métallique, les matières sont usinées et finies en manchons mesurant 480 mm de diamètre extérieur, 36 mm de diamètre intérieur, et 2300 mm de longueur. La composition chimique des manchons est la suivante (% en poids).
248 11 6 2
C Si Mn Cr N Ni Mo V
0,08 0,41 0,87 12,65 0,08 0,82 0,41 0,05
Le traitement thermique est effectué en plongeant dans l'huile à 10000C pendant 6 heures puis en procédant à un revenu à 6800C pendant 10 heures.
(2) Fabrication des arbres de cylindre.
Les arbres de cylindres en acier ordinaire sont usinés afin que la tolérance pour l'emmanchement par retrait puisse
être plus petite vers l'extrémité libre du manchon. Les di-
mensions d'usinage de l'arbre de cylindre sont montrées sur
la figure 5 (o D désigne le diamètre intérieur du manchon).
(3) Assemblage Le manchon est chauffé à 4000C et emmanché par retrait sur l'arbre de cylindre pour constituer une seule pièce. Sur la figure 5 le côté A est une extrémité libre et le côté B est soudé en 8 pour fixer solidement le manchon sur l'arbre de cylindre.
(4) Résultats en utilisation réelle.
Par convention un cylindre plein en acier faiblement allié est utilisé comme cylindre preneur. Le cylindre plein, généralement, se fissure à une profondeur d'environ 30 mm après un fonction oement d'environ 5 000 charges (environ 1 an)
et est remplacé. A ce moment le diamètre du cylindre est ha-
bituellement réduit de plus 6 mm. Au contraire, si le cylin-
dre de la présente invention est utilisé à titre d'essai, après un fonctionnement de 20 000 charges (environ 4 ans), la profondeur maximum des fissuresobservée 1n'est que de
mm et le cylindre est encore dans des conditions pratique-
ment utilisables et est réellement utilisé continuellement.
La diminution du diamètre du cylindre n'est que 1,5 mm. Par conséquent, il est confirmé que ce cylindre a une durée de service quatre fois, ou davantage, plus grande que celle d'un
cylindre classique.
Comme on l'a décrit jusqu'ici, le cylindre du type à assemblage de la présente invention a été mis au point en améliorant le cylindre à manchon classique et le cylindre
pleindu point de vue à la fois de la matière et de la struc-
ture du cylindre, et il est particulièrement approprié pour
2481 'I 5
le cylindre preneur et le cylindre de guidage pour la coulée en continu des plaques et, de plus, il peut prolonger la
durée de service d'une façon considérable dans des environ-
nements sévères d'utilisation et, par conséquent, représente un produit économique. Néammoins, le cylindre du type à as-
semblage de la présente invention peut être appliqué non seu-
lement comme cylindre pour la coulée en continu des billet-
tes et des blooms, mais même éventuellement pour les travaux à température élevée et sous forte contrainte tels que les
cylindres pour bandes transporteuses.
Claims (12)
1.- Cylindre pour service à haute température compor-
tant un manchon emmanché sans jeu par retrait sur un arbre de cylindre, caractérisé par le fait que le manchon a la composition suivante exprimée en pourcent en poids. C 0,20 ou moins Si: 0,1 à 2,0 Mn: 0,1 à 2,0 Cr: 10 à 14
N: 0,02 à 0,20
Fe complément; et
C+N 0,03 à 0,35
2.- Cylindre selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'uné extrémité du manchon est fixée sur l'arbre
de cylindre et l'autre extrémité est libre.
3.- Cylindre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la tolérance pour l'emmanchement par retrait
est grande dans la partie fixée et la partie médiane du man-
chon de sorte que le manchon peut être fixé solidement sur l'arbre de cylindre, et qu'elle est faible dans la partie d'extrémité libre du manchon de sorte que le manchon peut être fixé sur l'arbre de cylindre avec une faible force de serrage.
4.- Cylindre selon la revendication 1, caractérisé par
le fait que les deux extrémités du manchon sont libres.
5.- Cylindre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la tolérance pour l'emmanchement par retrait est grande dans la partie médiane du manchon de sorte que la
partie médiane du manchon peut être fixée sur l'arbre de cy-
lindre avec une grande force de serrageet qu'elle est faible dans les deux parties d'extrémité libres du manchon de sorte
que les deux parties d'extrémité du manchon peuvent être fi-
xées sur l'arbre de cylindre avec une force de serrage faible.
6.- Cylindre selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un passage pour l'eau de refroidissement
est prévu dans l'arbre de cylindre suivant l'axe de celui-ci.
6.- Cylindre selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un passage pour l'eau de refroidissement est
2481'1052
te partie médiane du manchon peut être fixée sur l'arbre de cylindre avec une grande force de serrage, et qu'elle est faible dans les deux parties d'extrémité, de sorte que les deux parties d'extrémité du manchon peuvent être fixées sur l'arbre de cylindre avec une faible force de serrage. 13.Cylindre selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un passage pour l'eau de refroidissement est prévu
dans l'arbre de cylindre suivant l'axe de celui-ci.
14.- Cylindre selon l'une quelconque des revendications
8 à 13, caractérisé par le fait que le manchon est fabriqué par coulée centrifuge et soumis à un traitement thermique
après moulage, en le chauffant à 950-10800C, en le refroidis-
sant brutalement, puis en lui appliquant un revenu à 600-
7500C.
- 248 > I62
24..j-. 18-
prévu dans l'arbre de cylindre suivant l'axe de celui-ci.
7.- Cylindre selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que le manchon est fabriqué par coulée centrifu-
ge et traité thermiquement après moulage, en le chauffant à 950 -1080 %en le trempantet-en lui faisant subir un revenu
à 600-750 C.
8.- Cylindre pour service à haute température comportant
un manchon emmanché sans jeu par retrait sur un arbre de cy-
lindre, caractérisé par le fait que le manchon a la composi-
tion en pourcent en poids suivante: C: 0,20 ou moins Si: 0,1 à 2,0 Mn: 0, 1 à 2,0 Cr: 10 à 14
N: 0,02 à 0,20
comme composants principaux, à condition que
C+N = 0,03 à 0,35
et, en plus, renferme un ou plusieurs des éléments suivants: Ni: 0,1 à 5, 0 Mo: 0 à1 à 2,0
V: 0,01 à 0,3
W: 0,1 à 2,0
et Fe pour le complément.
9.- Cylindre selon la revendication 8, caractérisé par
le fait qu'une extrémité du manchon est fixée sur l'arbre de.
cylindre et l'autre extrémité est libre.
10.- Cylindre selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la tolérance pour l'emmanchement par retrait est grande dans la partie fixée et la partie médiane du manchon de sorte que le manchon peut être fixé solidement sur l'arbre de cylindre, et qu'elle est faible dans la partie d'extrémité libre de sorte que le manchon peut être fixé sur l'arbre de
cylindre avec une faible force de serrage.
11.- Cylindre selon la revendication 8, caractérisé par
le fait que les deux extrémité du manchon sont libres.
12.r Cylindre selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la tolérance pour l'emmanchement par retrait
est grande dans la partie médiane du manchon de sorte que cet-
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR (1) | FR2481162A1 (fr) |
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