FR2584097A1 - Procede de fabrication d'une ebauche de tube de gainage corroyee a froid en alliage de zirconium - Google Patents

Procede de fabrication d'une ebauche de tube de gainage corroyee a froid en alliage de zirconium Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FABRICATION D'UNE EBAUCHE DE TUBE DE GAINAGE CORROYEE A FROID EN "ZIRCALOY 2" OU "ZIRCALOY 4". SELON L'ART ANTERIEUR : A.ON TRANSFORME PAR CORROYAGE A CHAUD UN LINGOT DUDIT ALLIAGE ET ON DECOUPE LA BARRE OBTENUE EN BILLETTES. B.ON TREMPE DEPUIS LE DOMAINE B LA BARRE OU LA BILLETTE. C.ON EXTRUDE DANS LE DOMAINE A AU MOINS UNE BILLETTE AINSI TREMPEE. D.ON LAMINE A FROID L'EBAUCHE EXTRUDEE ET ON LA TRAITE THERMIQUEMENT, DE FACON A OBTENIR UNE EBAUCHE DE TUBE DE GAINAGE CORROYEE A FROID. SELON L'INVENTION, ON EFFECTUE LE CORROYAGE A CHAUD D'ABORD DANS LE DOMAINE B AVEC UN RAPPORT DE REDUCTION DE SECTION AU MOINS EGAL A 1,5, PUIS DANS LE DOMAINE A AVEC UN RAPPORT DE REDUCTION DE SECTION AU MOINS EGAL A 3.

Description

PROCEDE DB FABRICATION D'UNE EBAUCHE DB TUBE DE GAINAGE
CORROYBE A FROID BN ALLIAGE DE ZIRCONIUM
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une ébauche de tube de gainage corroyée à froid, en alliage de zirconlum 'Zircaloy 2" ou *Zircaloy 4", et
plus particulièrement le corroyage à chaud précédant son extrusion.
EXPOSE DU PROBLBMB
Il est connu de transformer par corroyage à chaud un lingot de "Zircaloy 2" ou de "Zircaloy 4" (nuances conformes à la spécification ASTM-B352"grades" R 60802 et R 60804), soit entièrement dans le domaine B à température comprise entre 900 et 1060'C, soit entièrement dans le domaine O, typiquement entre 700 et 790'C. Après ce corroyage & chaud, les billettes découpées dans la ou les barres corroyées sont trempées à l'eau après préchauffage dans le domaine B. puis extrudées dans le domaine 0( sous forme d'ébauches creuses. Ces ébauches extrudées creuses subissent ensuite un traitement de surface puis un laminage à froid avec un ou plusieurs traitements de recuit dans le domaine o(,
devenant ainsi des ébauches de tubes de gainage corroyées à froid.
Ces ébauches corroyées à froid sont ensuite relaminées à froid en plusieurs
passes et traitées thermiquement pour donner des tubes de gainage.
La demanderesse effectue habituellement le corroyage à chaud dans le domaine
6, ce qui permet un corroyage beaucoup plus rapide que dans le domaine (.
Elle a recherché comment augmenter l'aptitude au relaminage à froid de ses ébauches corroyées à froid, tout en conservant une partie au moins du corroyage à chaud dans le domaine B.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une ébauche de tube de gainage corroyée à froid en alliage de zirconium "Zircaloy 2" ou "Zircaloy 4", qui selon l'art antérieur comprend les étapes suivantes a) On transforme par corroyage à chaud un lingot dudit alliage de zirconium sous forme de barre; on découpe la barre corroyée obtenue en billettes; on perce
un trou sensiblement coaxial dans une billette et on usine cette billette.
b) On trempe à l'eau à partir du domaine B, oit la barre corroyée avant la découpe en billette, soit au moins une billette découpée avant ou après perçage. c) On extrude dans le domaine O( au moins une billette percée et trempée sous
forme d'ébauche extrudée.
d) On lamine à froid au moins une ébauche extrudée et on la traite thenrmiquement, sous forme d'un ou plusieurs recuits intermédiaires et/ou final,
de façon à obtenir une ébauche de tube de gainage corroyée à froid.
Selon l'invention, on effectue d'abord le corroyage à chaud dans le domaine B. typiquement entre 960 et 1050'C et par laminage ou forgeage, avec un rapport de réduction 8 /i' (section initiale/section finale) au moins égal à 1,5 et de préférence compris entre 1,5 et 3, ce qui conserve l'avantage du corroyage rapide, important sur le plan économique, pour le début de la transformation à chaud en fort diamètre ou en forte épaisseur. On effectue ensuite le corroyage à chaud dans le domaine 0, typiquement dans le haut de ce domaine entre 740 et 790 C, avec un rapport de réduction de section "S /s"au moins égal à 3 et
de préférence compris entre 5 et 8.
Ce corroyage mixte, en B puis en o(, procure deux avantages par rapport au corroyage à chaud en B seul: - l'aptitude au relaminage à froid des ébauches de tubes de gainage corroyées à froid obtenues est fortement améliorée. Le taux de déformation qu'on peut effectuer en une passe de laminage passe alors de 50 à 60 % à au moins 80 %, ce taux de déformation étant égal à (1 - sl/so) x 100, o "so* est la valeur de la section droite avant déformation, et 'sl' la valeur de la section droite après déformation; - l'excentration des ébauches obtenues présente une diminution notable. Ainsi, dans le cas des essais ci-après, le calcul statique conclut que pour le corroyage à chaud en B puis O1 on aboutit à ce que 99,7 % des tubes ont un rapport d'excentration inférieur à 4,3 %, alors que pour le corroyage à chaud tout en B on aboutit à ce que 99,7 % des tubes ont un rapport d'excentration inférieur à 6%. Le problème posé trouve donc ainsi une solution qui procure en outre un avantage inattendu. L'invention sera commentée plus en détail lors de la
présentation de. essais.
ESSAIS
Essais de référence On a corroyé à chaud par laminage dans le domaine B des lingots de 'Zircaloy 4" contenant en moyenne: Sn 1,5 % - Fe 0,2 % - Cr 0,1 % - O 0,11 % - C 130 ppm - H 10 ppm - impuretés et Zr le solde. La température de préchauffage était de 1030-C et le corroyage à chaud a transformé les portions de lingots e 600 mm en barres 177 mm. Ces barres ont été usinées en billettes de 60 kg environ + extérieur 168 x longueur 430 mm. Les billettes ont ensuite été trempées à l'eau depuis une température comprise entre 1020 et 1080'C. Puis elles ont été percées au i intérieur 50,5 mm. Enfin, elles ont été préchauffées par induction entre 590'C et 650'C et extrudées sous lubrifiant en ébauches
extérieur 80 mm x < intérieur 51 mm.
Les ébauches extrudées ont subi une préparation de surface consistant en un
polissage mécanique suivi d'un décapage dans un bain fluonitrique.
Les ébauches extrudées décapées ont alors été laminées sous vide à 640'C sous forme d'ébauches de tubes de gainage corroyées à froid de 0 extérieur 63,5 mm
épaisseur 10,9 mm.
Sur ces lingots et ébauches transformées selon la gamme habituelle, on a fait les observations et essais suivants: al)Les billettes trempées à l'eau depuis le domaine B (1020 à 1081'C) présentent sur coupe des tailles de grain ex-bêta dispersées, allant de I à 5
mm.
bl Le. exceutrations étant mesurées lors du contrôle des ébauches corroyées à froid 1 63.5 x épaisseur 10,9 a, un ensemble de 100 de ces ébauches conformes à la production courante a donné le1 résultats statistiques suivants: rapport d'excentration moyen 3,6 % écart-type: 0,8 %, soit un rapport d'excentration inférieur & 3,6 + 3 x 0,8 - 6 % pour 99, 7 % des ébauches; cl Sur ces ébauches. 63,5 x épaisseur 10,9 mm corroyées à froid, la première passe habituelle de relaminage à froid transforme ces ébauches en tubes ébauches s 44,5 x épaisseur 7,6 mm, réalisant un taux de déformation de
51%
On a essayé de relaminer plusieurs de ces ébauches corroyées à froid directement à la dimension j 30 x épaisseur 4,5 mm, soit un taux de déformation de 80 % en une seule passe: le contrôle par ultra-sons en immersion effectué sur les tubes de gainage issus de ces ébauches a révélé beaucoup de fissures. Les ébauches corroyées à froid issues de barres corroyées à chaud ne donnent donc des tubes de gaine de bonne qualité que dans le cas du taux de déformation à froid de 51 %, mais ne supportent pas le taux de déformation de 80 % Essai selon l'invention On a utilisé un lingot de Zircaloy 4 repère "36" contenant (en poids): Sn 1, 45 % - Fe 0,21 % - Cr 0,11 % - O 0,116 % - C 136 ppm - H 12 ppm - impuretés et
Zr: le solde.
On a effectué le corroyage à chaud d'une portion de ce lingot comme suit dégrossissage de 0 600 mm à l'octogone de 440 mm, soit un rapport de réduction de section de 1,8, par forgeage succédant à un préchauffage à
1030-C,
refroidissement, puis réchauffage dans le haut du domaine o( à 780*C et forgeage à l'octogone de 250 mm puis au diamètre 177 mmn. Le rapport de r6duection dans le domaine o( corresopondant à la transformation de l'octogone
de 440 mm en rond de 177 am, est égal à 6,5.
On a ensuite transformé les barres 0 177 omm obtenues en billettes, en ébauches extrudées et en 6bauches de tubes de gainage corroyées à froid dans les mêmes conditions que celles des essais de référence. On a ensuite fait les observations et les essais suivants: a2)Les billettes trempées à l'eau depuis le domaine B, issues de barres corroyées à chaud selon l'invention, présentent sur coupe une taille de grain homogène ex- bêta de 1,5 mm environ. L'affinage de la structure dû au
corroyage partiel dans le domaine 0( est manifeste.
b2)Les excentrations mesurées sur 14 ébauches selon l'invention 1 63,5 x épaisseur 10,9 mm se résument comme suit: rapport d'excentration minimal 2,5 % (4 ébauches); maximal 4 % (1 ébauche) rapport d'excentration moyen: 3,0 % écart-type 0,44 % soit un rapport d'excentration inférieur à 3+3 x 0,44 - 4,32 % pour 99,7 % des ébauches. c2)Quatre de ces ébauches de tubes de gainage corroyées à froid conformes à l'invention, recuites sous vide à 640'C, ont été relaminées à froid diectement à la dimension; 30 x épaisseur 4,5 mm (taux de déformation 80 %) puis recuites et laminées en tubes de gainage. Le contr6le par ultra-sons de ces tubes de gainage 4 extérieur 10,5 mm x épaisseur 0,8 mm n'a révélé aucune fissure. L'aptitude au relaminage à froid des ébauches corroyées à froid
conformes à l'invention est donc bien améliorée.
REVBNDICATION8
1. Procédé de fabrication d'une 6bauche de tube de gainage corroyée à froid en alliage de zirconium 'Zircaledoy 2" ou 'Zircaledoy 4", dae lequel selon l'art antérieur: a) on transforme par corroyage à chaud un lingot dudit alliage de zirconium ouso forme de barre; on découpe la barre corroyée obtenue en billettes; on perce
un trou sensiblement coaxial dans une billette et on usine cette billette.
b) on trempe à l'eau à partir du domaine B soit la barre corroyée avant la découpe en billettes, soit au moins une billette découpée avant ou après
i 0 perçage.
c) on extrude dans le domaine 0o( au moins une billette percée et trempée sous
forme d'ébauche extrudée.
d) on lamine à froid au moins une ébauche extrudée et on la traite thermiquement, de façon à obtenir une ébauche de tube de gainage corroyée à froid, caractérisé en ce qu'on effectue le corroyage à chaud d'abord dans le domaine B avec un rapport de réduction de section "S /s*'au moins égal à 1,5, puis dans
le domaine o( avec un rapport de réduction de section "S /s*au moins égal à 3.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le corroyage à chaud d'abord dans le domaine de B avec un rapport "S /d' compris
entre 1,5 et 3.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après le corroyage à chaud dans le domaine B, on effectue le corroyage à chaud dans le domaine 0(
avec un rapport "S"/s compris entre 5 et 8.
4. Proc6dé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la température de corroyage à chaud dans le domaine B est comprise entre 960
et 1050C.
5. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la température de corroyage à chaud dans le domaine OC est comprise entre 740
et 790'C.
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