FR2701963A1 - Procédé de fabrication d'une pièce métallique revêtue de matériaux minéraux, pièce obtenue et son utilisation. - Google Patents

Procédé de fabrication d'une pièce métallique revêtue de matériaux minéraux, pièce obtenue et son utilisation. Download PDF

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une pièce métallique (1) revêtue de plusieurs couches (4, 5, 6) de matériaux minéraux, procédé tolérant une certaine oxydation de surface de la pièce métallique. Elle se rapporte également à une pièce creuse de révolution fabriquée selon le procédé ci-dessus. La fabrication de ladite pièce creuse de révolution comprend les étapes suivantes effectuées sur une fonte liquide: - un traitement au magnésium, - une inoculation, - une opération de centrifugation au cours de laquelle on réalise la première couche (4) dudit revêtement (2). Utilisation pour le transport de fluides agressifs.

Description

La présente invention est relative à la fabrication d'une pièce métallique revêtue de matériaux minéraux. En particulier, l'invention se rapporte à la fabrication d'une pièce métallique revêtue d'un revêtement minéral à base de silice et d'oxyde de sodium.
La fabrication d'objets en fonte revêtus de verre est connue (voir par exemple le document FR-2 495 190).
Le revêtement minéral constitue une protection efficace de la pièce métallique et présente une bonne inertie chimique vis à vis d'un fluide à son contact.
L'invention a pour but d'obtenir une pièce métallique dont le revêtement qui assure un rôle protecteur et une inertie chimique, est adhèrent au substrat, et présente peu de porosités ouvertes de façon à former une barrière passive entre le fluide et le substrat.
Pour diminuer la porosité et améliorer l'adhérence du revêtement minéral sur le substrat métallique et pour assurer une très bonne fermeture du revêtement de manière à protéger le substrat de la corrosion, on applique successivement plusieurs couches dudit revêtement minéral sur au moins une partie de la surface de la pièce métallique. Les éléments de matériau minéral sont présents dans des variations de proportion différentes suivant les couches.
La première couche de revêtement doit être suffisamment couvrante pour former une pellicule antioxydante et ladite couche doit être assez mince pour permettre le dégazage et la décantation des bulles de gaz provenant de la réaction entre la première couche et le métal.
On réalise une première couche de revêtement d'une épaisseur inférieure à 200pu.
Afin de réaliser le revêtement au moins en partie pendant que le métal est à une température élevée supérieure à 7000C, la réalisation de la première couche de revêtement s'effectue par application du matériau minéral sous forme de poudre, en particulier une poudre sèche.
Lors de la réalisation de la première couche de revêtement, la fluidité du matériau minéral doit être adaptée pour assurer une fusion de la poudre, nécessaire à un nappage du substrat et à une adhérence au substrat, et pour limiter les réactions chimiques entre le substrat et la première couche de revêtement.
Un substrat réducteur, tel que de la fonte, et une première couche de revêtement oxydante présentent un risque de réaction d'oxydoréduction avec dégazage et apparition de boursouflures.
Une composition trop fluide peut provoquer un écoulement du revêtement, avec les défauts qui en suivraient, perte de l'aspect couvrant et oxydation du substrat.
Une composition insuffisamment fluide ne permettra pas une bonne fusion de la poudre, et par conséquent un défaut d'adhérence et une mauvaise couverture, d'où un risque d'oxydation du substrat.
L'oxydation du substrat est particulièrement marquée lors de traitements thermiques à température élevée.
La fluidité de la composition dépend largement de la teneur en silice et de la teneur en fondants.
Afin que le matériau présente la fluidité requise, le matériau minéral appliqué pour former la première couche de revêtement est un émail ayant la composition suivante en poids
SiO2 50 à 70 %
CaO + MgO 5 à 20 %
B203 moins de 10 %
CoO moins de 2 %
Fie20 moins de 5 %
Al2O3 moins de 10 %
Na2O + K2O 15 à 25 %
F2 moins de 2 %
NiO moins de 2 %
Pour limiter les réactions d'oxydoréduction entre le revêtement et le substrat, le matériau minéral est réduit lors de son élaboration.
Afin de permettre la fusion de la poudre, pour un bon nappage et une bonne adhérence, on réalise la première couche de revêtement d'épaisseur de 100pm.
Pour déposer le matériau minéral sur une pièce chaude, la réalisation de la deuxième couche de revêtement s'effectue par l'application du matériau minéral sous forme de poudre sèche.
Pour déposer le matériau minéral sur une pièce à température ambiante, la réalisation de la deuxième couche de revêtement s'effectue par application d'une barbotine du matériau minéral.
La barbotine est un mélange très fluide de matériau minéral finement broyé et d'eau avec divers adjuvants tels que des antioxydants et des agents de suspension.
De manière à absorber la première couche de revêtement, à dissoudre la peau d'oxydes de fer formée à la surface du substrat métallique, lorsque celui-ci est constitué d'un métal ferreux, et à provoquer une attaque superficielle du substrat, on réalise la deuxième couche de revêtement en matériau minéral par application dudit matériau minéral qui est un émail de la composition suivante en poids
SiO2 40 à 60%
CaO + MgO inférieur à 5%
Li2O inférieur à 5%
TiO2 S à 15%
NiO inférieur à 2%
ZnO inférieur à 2%
A1203 inférieur à 10%
Na2O + K2O 15 à 20%
B203 S à 15%
CoO inférieur à 2%
Sb203 inférieur à 2%
Afin d'obtenir une bonne adhérence du revêtement, par absorption, dissolution et attaque superficielle telles que définies ci-dessus, on réalise la deuxième couche de revêtement à une épaisseur supérieure à 100um.
Pour éviter que la deuxième couche de revêtement ne soit trop poreuse, on la réalise à une épaisseur de 200pu.
Dans le but d'assurer la fermeture du revêtement et d'obtenir une bonne régularité en épaisseur du revêtement, ce qui limite les porosités ouvertes et confère au revêtement une surface lisse, on réalise un revêtement sur la surface de la pièce de révolution par application de trois couches de matériaux minéraux, le matériau formant la troisième couche étant appliqué sous forme de poudre ou de barbotine.
On réalise la troisième couche par application d'un émail ayant la composition en poids suivante
SiO2 40 à 60%
CaO + MgO inférieur à 5%
Li2O inférieur à 5%
TiO2 S à 15%
NiO inférieur à 2%
ZnO inférieur à 2%
Al2O3 inférieur à 10%
Na2O + K2O 15 à 20%
B203 5 à 15%
CoO inférieur à 2%
Su203 inférieur à 2%
Cette composition qui peut être la même que celle de la deuxième couche ou qui peut varier par rapport à cette dernière, permet de napper les couches précédentes en formant une pellicule couvrante.
Pour assurer les fonctions de fermeture et de nappage, on réalise la troisième couche à une épaisseur supérieure à 100pu.
Dans le but d'obtenir une bonne fusion au dépôt on réalise la troisième couche à une épaisseur de 200pu.
La fabrication de pièces tubulaires en fonte revêtues de verre est connue (voir par exemple le document
FR-2 297 817 au nom de la Demanderesse).
La fabrication selon l'invention d'une pièce métallique de révolution se fait selon un procédé comprenant au moins les étapes successives suivantes
- un traitement au magnésium,
- une inoculation
- une opération de centrifugation de ladite fonte,
opération au cours de laquelle on réalise la
première couche de revêtement telle que définie
ci-dessus.
Ce procédé permet de réaliser le dépôt du revêtement au cours de la fabrication de la pièce métallique de révolution et de profiter de l'énergie thermique du métal pour réaliser la fusion de la première couche.
L'intégration des étapes de dépôt du revêtement aux étapes de fabrication de la pièce métallique de révolution permet de réduire le nombre d'opérations de fabrication et donc de rendre le procédé de fabrication moins coûteux.
L'invention a également pour oBjet une pièce métallique creuse de révolution, revêtue sur la partie interne de sa surface de matériaux minéraux, cette pièce étant fabriquée de manière conforme au procédé décrit cidessus.
Cette pièce permet de transporter des fluides agressifs sans que les caractéristiques de ces fluides soient altérées ou que la pièce creuse de révolution soit détériorée.
L'invention se rapporte aussi à l'utilisation de la pièce obtenue suivant le procédé défini ci-dessus pour le transport des fluides agressifs.
La présente invention est représentée par un exemple de mise en oeuvre appliqué à un élément de tuyauterie d'adduction d'eau ou d'assainissement en fonte ductile, illustré par des figures annexées, sur lesquelles
- la Fig. 1 montre en perspective un élément de
tuyauterie obtenu selon le procédé de l'invention
- la Fig. 2 est une micrographie au
grossissement 100 du revêtement d'émail avec la
zone mitoyenne du substrat de fonte de l'élément
de tuyauterie représenté à la Fig. 1.
Dans cet exemple de fabrication d'un élément de tuyauterie 1 présentant un revêtement intérieur 2, la fonte liquide subit un traitement au magnésium puis une inoculation. L'inoculation de la fonte est réalisée à l'aide d'un inoculant tel que le ferro-silicium introduit dans la fonte liquide sous forme de poudre ou de fil, de manière connue, par exemple le document FR-A-2 546 783 au nom de la Demanderesse.
Le procédé comprend une opération de centrifugation de la fonte. Au cours de l'opération de centrifugation, on réalise la première couche 4 de revêtement 2 à une épaisseur de 100 m, par application d'un émail réduit de la composition suivante
SiO2 balance
CaO + MgO 10 %
B203 5 %
CoO 1 % Fie203 2 %
Al203 5 %
Na2O + K2O 22 %
F2 1 %
NiO 1 %
Cet émail est appliqué sous forme de poudre sèche.
Après l'opération de centrifugation, l'élément de tuyauterie 1 est graphitisé. Ensuite, on réalise la deuxième couche 5 de revêtement 2 à une épaisseur de 2001un, par application d'un émail sous forme de poudre, ledit émail étant de la composition suivante en poids
SiO2 balance
CaO + MgO 0.5%
Li2O 4%
TiO2 6.5%
NiO 0.5%
ZnO 0.5%
Al2O3 6%
Na2O + K2O 19%
B203 11%
CoO 1.5% Sb2O3 1%
La deuxième couche 5 de revêtement 2 est appliquée sur l'élément de tuyauterie 1 à une température comprise entre 8000 et 7000C. Ensuite on effectue une ferritisation de l'élément de tuyauterie 1 dans une plage de températures inférieures à 8000C, ce qui assure une cuisson de la deuxième couche 5 de revêtement 2.Puis on réalise la troisième couche 6 de revêtement 2 d'une épaisseur de 200pu par application d'émail sous forme de poudre de composition identique à la composition de l'émail de la deuxième couche 5 de revêtement 2 présenté ci-dessus. Cette poudre est déposée sur l'élément de tuyauterie 1 à une température inférieure à 8000C.
Après le dépôt de la troisième couche 6, on effectue un glaçage de la troisième couche, c'est-à-dire une cuisson d'une durée inférieure à cinq minutes à une température comprise entre 7500C et 7000C.
Dans une première variante, la fonte obtenue après la centrifugation est une fonte grise perlitique à graphite sphéroïdal. Le procédé diffère alors de celui décrit précédemment en ce que l'on n'opère pas de graphitisation de l'élément de tuyauterie 1.
Dans ces conditions, il est possible de réaliser la deuxième couche 5 de revêtement 2 pendant ou après l'opération de centrifugation, par le dépôt de l'émail sous forme d'une poudre sèche.
L'élément de tuyauterie subit par la suite un traitement de ferritisation dans une plage de températures inférieures à 8000C, et la cuisson de la deuxième couche 5 de revêtement 2 a lieu simultanément à la ferritisation de l'élément de tuyauterie 1.
Dans une deuxième variante , la fonte obtenue après la centrifugation est une fonte grise ferritique à graphite sphéroïdal. Le procédé diffère alors du procédé de la première variante en ce que l'on n'opère pas de ferritisation de l'élément de tuyauterie 1 et en ce que l'on effectue une cuisson de la deuxième couche 5 de revêtement 2 à température comprise entre 8000 et 7000C dudit élément 1 après la pose de la deuxième couche 5 de revêtement 2.
Dans une troisième variante, le procédé diffère de celui décrit initialement en ce que l'émail est déposé sous la forme d'une barbotine pour réaliser la deuxième couche 5 de revêtement 2, après la graphitisation et alors que l'élément de tuyauterie 1 est à température ambiante.
Dans une quatrième variante, le procédé diffère de la première variante en ce que l'émail est déposé sous la forme d'une barbotine après la centrifugation et alors que l'élément de tuyauterie est à la température ambiante.
Dans une cinquième variante, la troisième couche d'émail est déposée sous forme de barbotine alors que l'élément de tuyauterie 1 est à température ambiante.
L'élément de tuyauterie 1 pouvant être obtenu par le procédé suivant l'invention, y compris les cinq variantes décrites ci-dessus, est un tuyau en fonte ductile 3 présentant sur la partie interne de sa surface un revêtement 2 d'émail constitué de trois couches 4, 5, 6. Ce tuyau présente à une extrémité un bout uni 8 et à son autre extrémité un emboîtement 7 apte à recevoir le bout uni d'un autre tuyau identique.
La micrographie du revêtement d'émail 2 sur une zone mitoyenne du substrat de fonte (Fig. 2), représente le substrat, l'interface entre le substrat 3 et le revêtement 2, la deuxième couche 5 de revêtement 2 et la troisième couche 6 de revêtement 2. Le substrat 3 est une fonte ferritique à graphite sphéroïdal. Au niveau de l'interface entre le substrat et le revêtement, la peau d'oxydes a été dissoute. La première couche 4 de revêtement 2 a été absorbée par la deuxième couche 5 de revêtement 2. L'interface entre le revêtement et le substrat de fonte 3 est cohérente, et présente peu de porosités. L'attaque superficielle localisée du substrat conduit à la formation de sites d'ancrage pour le revêtement 2.
La deuxième couche 5 présente une porosité limitée.
La troisième couche 6 de revêtement 2 ne présente pas de décohésion avec la deuxième couche 5 de revêtement 2. Elle présente une très faible porosité, forme une surface lisse et réalise une très bonne fermeture du revêtement.
Le procédé selon l'invention permet de revêtir des pièces métalliques même oxydées qui présentent une peau d'oxydes adhérente d'épaisseur inférieure à 20um.
Grâce à l'intégration des étapes de fabrication du revêtement d'émail 2 aux opérations de fabrication du tuyau 1, l'invention permet un gain en productivité et en énergie thermique. L'invention permet de supprimer une ou plusieurs étapes spécifiques de cuisson de l'émail.
Les variantes du procédé dans lesquelles l'application de l'émail se fait sous forme de barbotine permettent d'obtenir une grande souplesse de production.
Les tuyaux obtenus permettent de réaliser des canalisations de transport de fluides agressifs, tels que solutions acides, solutions à forte teneur en CO2 dissous, fluides abrasifs, rejets industriels, eaux usées ou boues d'épuration.

Claims (26)

REVENDICATIONS
1.- Procédé de fabrication d'une pièce métallique revêtue de matériaux minéraux à base de silice et d'oxyde de sodium, caractérisé en ce que l'on applique successivement plusieurs couches (4, 5, 6) de revêtement minéral (2) sur au moins une partie de la surface de ladite pièce, les éléments de matériau minéral étant présents dans des variations de proportion différentes suivant les couches, la première couche (4) de revêtement (2) étant réalisée à une épaisseur inférieure à 200pu.
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réalisation de la première couche (4) de revêtement (2) s'effectue par application du matériau minéral sous forme de poudre, en particulier une poudre sèche.
3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau minéral appliqué pour former la première couche (4) de revêtement (2) est un émail ayant la composition suivante en poids
SiO2 50 à 70 %
CaO + MgO 5 à 20 %
B203 moins de 10 %
CoO moins de 2 %
Fe2O3 moins de 5 %
Al2O3 moins de 10 %
Na2O + K2O 15 à 25 %
F2 moins de 2 %
NiO moins de 2 %
4.- Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau minéral est réduit lors de son élaboration.
5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on réalise la première couche (4) de revêtement (2) à une épaisseur de 100ut.
6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la réalisation de la deuxième couche (5) de revêtement (2) s'effectue par l'application du matériau minéral sous forme de poudre, en particulier de poudre sèche.
7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la réalisation de la deuxième couche (5) de revêtement (2) s'effectue par application sous la forme d'une barbotine du matériau minéral.
8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau minéral appliqué pour former la deuxième couche (5) de revêtement (2) est un émail de la composition suivante en poids
SiO2 40 à 60%
CaO + MgO inférieur à 5%
Li2O inférieur à 5%
TiO2 5 à 15%
NiO inférieur à 2%
ZnO inférieur à 2%
Al2O3 inférieur à 10%
Na2O + K2O 15 à 20%
B203 5 à 15%
CoO inférieur à 2%
Su30? inférieur à 2%
9.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on réalise la deuxième couche (5) de revêtement (2) d'une épaisseur supérieure à 100po.
10.- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on réalise la deuxième couche (5) de revêtement (2) à une épaisseur de 200Fun.
11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise un revêtement (2) sur la surface de la pièce par application de trois couches (4, 5, 6) de matériaux minéraux, le matériau formant la troisième couche étant appliqué sous forme de poudre ou de barbotine.
12.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on réalise la troisième couche (6) de revêtement (2) par application d'un émail ayant la composition en poids suivante
SiO2 40 à 60%
CaO + MgO inférieur à 5%
Li2O inférieur à 5%
TiO2 5 à 15%
NiO inférieur à 2%
ZnO inférieur à 2%
Al2 3 inférieur à 10%
Na2O + K2O 15 à 20% B203 5 à 15%
CoO inférieur à 2%
Su203 inférieur à 2%
13.- Procédé selon l'une des revendications il ou 12, caractérisé en ce que l'on réalise la troisième couche (6) de revêtement (2) à une épaisseur supérieure à 100Fun.
14.- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on élabore la troisième couche (6) de revêtement (2) à une épaisseur de 200pu.
15.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fabrication de la pièce métallique à partir d'une fonte liquide comprend au moins les étapes successives suivantes
- un traitement au magnésium,
- une inoculation,
- une opération de centrifugation de ladite fonte,
opération au cours de laquelle on réalise la
première couche (4) de revêtement (2) de manière
conforme à l'une des revendications 1 à 5.
16.- Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la pièce en fonte est à une température comprise entre 9500C et 7000C lorsque l'on applique la deuxième couche (5) de revêtement (2) de manière conforme à l'une des revendications 6, 8, 9, ou 10.
17.- Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la pièce en fonte est à la température ambiante lorsque l'on applique la deuxième couche (5) de revêtement (2) de manière conforme à la revendication 7.
18.- Procédé selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'après avoir réalisé la première couche (4) de revêtement (2), on applique sur la pièce la deuxième couche (5) de revêtement (2) après l'opération de centrifugation.
19.- Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que après avoir réalisé la première couche (4) de revêtement (2) , on réalise la deuxième couche (5) de revêtement (2) au cours de l'opération de centrifugation.
20.- Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'après la réalisation de la deuxième couche (5) de revêtement (2), on effectue un traitement thermique de ferritisation de la pièce dans une plage de températures inférieures à 8000C, ledit traitement thermique de ferritisation étant suivi par la réalisation de la troisième couche (6) de revêtement (2) de manière conforme à l'une des revendications 11 à 14.
21.- Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce qu'après l'opération de centrifugation de la pièce et avant l'élaboration de la deuxième couche (5) de revêtement (2), on effectue un traitement thermique de graphitisation de la fonte.
22.- Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'après avoir réalisé la deuxième couche (5) de revêtement (2) on effectue une opération de cuisson de la pièce à température comprise entre 8000 et 7000C.
23.- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'après la cuisson on applique une troisième couche (6) de revêtement (2) de manière conforme à l'une des revendications 11 à 14.
24.- Procédé selon la revendication 20 ou 23, caractérisé en ce qu'après le dépôt de la troisième couche (6) de revêtement (2) sous forme de barbotine, on effectue une cuisson du revêtement à température comprise entre 7500 et 7000C.
25.- Pièce métallique creuse de révolution (1), revêtue sur la partie interne de sa surface d'au moins un matériau minéral, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée de manière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 24.
26.- Utilisation de la pièce métallique creuse de révolution (1) selon la revendication 25 pour le transport de fluides agressifs, en particulier des solutions acides, solutions à forte teneur en CO2 dissous, fluides abrasifs, rejets industriels, eaux usées ou boues d'épuration.
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