WO2015107393A1 - Procede de fabrication d'une bande d' epaisseur variable et bande associee - Google Patents

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WO2015107393A1
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blank
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Roland PANIER
Pierre-Louis Reydet
Nicolas LAURAIN
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Aperam
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a band of variable thickness according to its length, made of iron-based alloy.
  • Cryogenic Invar® particularly Invar® M93, are alloys with low coefficients of thermal expansion, making them particularly attractive for transporting cryogenic fluids.
  • cryogenic Invar® elements of different thicknesses can be assembled, for example by welding.
  • the welds are weakened areas of the structures formed by the assembled elements. The presence of these weakened areas can result in a decrease in fatigue resistance.
  • An object of the invention is to solve this problem by proposing a method of manufacturing a band mainly based on iron and nickel which allows to achieve mechanically reinforced structures.
  • the subject of the invention is a manufacturing method according to the claim
  • the manufacturing method has one or more of the features of claims 2 to 1 1, taken (s) separately or in any combination (s) technically possible (s).
  • the invention also relates to a method of manufacturing a blank according to claim 12 or 13.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a cryogenic tube section according to claim 14.
  • the invention also relates to a band of variable thickness according to claims 15 to 17.
  • the invention then relates to a blank according to claims 18 to 20.
  • the subject of the invention is also a section of cryogenic tube according to claims 21 and 22.
  • the invention further relates to an assembly according to claims 23 to 25.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an initial strip
  • - Figure 2 is a schematic longitudinal sectional view of an intermediate band
  • FIG. 3 is a schematic view in longitudinal section of a band of variable thickness
  • FIG. 4 is a schematic representation of a blank obtained by the manufacturing method according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation in longitudinal section of a first assembly of a blank with a second part
  • FIG. 6 is a schematic representation in longitudinal section of two side walls assembled end to end
  • FIG. 7 is a schematic sectional representation of a cryogenic tube.
  • an initial strip 1 obtained by hot rolling is provided.
  • the initial band 1 is a cryogenic Invar-type alloy strip. This alloy comprises by weight:
  • the function of the silicon is notably to allow the deoxidation and to improve the corrosion resistance of the alloy.
  • a cryogenic Invar type alloy is an alloy that has three main properties:
  • This cryogenic fluid is for example butane, propane, methane, nitrogen or liquid oxygen.
  • the contents of gammagene elements, nickel (Ni), manganese (Mn) and carbon (C), of the alloy are adjusted so that the start temperature of the martensitic transformation is strictly lower than the temperature L L of liquefaction cryogenic fluid.
  • It has a low coefficient of thermal expansion between the ambient temperature and the temperature T L liquefaction of the cryogenic fluid.
  • the alloy used preferably has:
  • an average coefficient of thermal expansion between 20 ° C. and 100 ° C. of less than or equal to 10.5 ⁇ 10 -6 K -1 , in particular less than or equal to 2.5 ⁇ 10 -6 K -1 ;
  • a resilience greater than or equal to 100 joule / cm 2 , in particular greater than or equal to 150 joule / cm 2 , at a temperature greater than or equal to -196 ° C.
  • the alloy used has the following composition, in% by weight: 34.5 Ni Ni 42 42.5%
  • the alloy used preferably has:
  • a resilience greater than or equal to 100 joule / cm 2 , in particular greater than or equal to 150 joule / cm 2 , at a temperature greater than or equal to -196 ° C.
  • the alloy preferably has:
  • Such an alloy is a cryogenic Invar® type alloy.
  • the trade name of this alloy is lnvar®-M93.
  • the alloys used are produced in electric arc furnace or vacuum induction furnace.
  • the alloys are cast into semi-finished products, which are heat-treated, in particular by hot rolling, to obtain strips.
  • These semi-products are for example ingots.
  • it is slabs continuously cast by means of a continuous slab casting plant.
  • the strip thus obtained is etched and polished in a continuous process in order to limit its defects: calamine, oxidized penetration, straw and inhomogeneity in thickness in the direction of the length and the width of the strip.
  • the polishing is in particular carried out by means of grinding wheels or abrasive paper.
  • a function of the polishing is to eliminate the residues of the stripping.
  • the strip is subjected to a homogenization annealing of the microstructure.
  • This annealing homogenization of the microstructure is in particular carried out parade in a heat treatment furnace, called homogenization annealing furnace of the microstructure in the following description, with a residence time in the homogenization annealing furnace microstructure of between 2 minutes and 25 minutes and a temperature of the strip during homogenization annealing of the microstructure between 850 ° C and 1200 ° C.
  • the initial band 1 has a constant thickness E 0 of between 1.9 mm and 18 mm (see FIG. 1).
  • the initial web 1 is then rolled off during a homogeneous cold rolling step. Homogeneous rolling is carried out along the length of the initial strip 1.
  • homogeneous rolling is meant a rolling transforming a band of constant thickness into a thinner band of constant thickness.
  • the homogeneous rolling step comprises one or more passes in a rolling mill where the band passes through a rolling gap delimited between working rolls.
  • the thickness of this rolling slot remains constant during each pass of the homogeneous rolling step.
  • This homogeneous rolling step results in an intermediate strip 3 of constant thickness E c according to the rolling direction, that is to say along the length of the intermediate strip 3 (see FIG. 2).
  • the homogeneous rolling step comprises at least one intermediate recrystallization annealing.
  • the intermediate recrystallization annealing is carried out between two successive homogeneous rolling passes. Alternatively or optionally, it is performed before the flexible rolling step at the end of the homogeneous rolling step, ie after all the rolling passes made during the homogeneous rolling step.
  • the intermediate recrystallization annealing is carried out in an intermediate annealing furnace with a temperature of the strip during the intermediate annealing of between 850 ° C. and 1200 ° C. and a residence time in the intermediate annealing furnace between 30 seconds and 5 minutes.
  • the intermediate recrystallization annealing or if several is carried out, the last recrystallization intermediate annealing of the homogeneous rolling step, is carried out when the strip has a thickness E, between the thickness E 0 of the initial strip. 1 and the thickness E c of the intermediate strip 3.
  • the thickness E of the strip during the recrystallization intermediate annealing is equal to the thickness E c of the intermediate strip 3 at the beginning of the flexible rolling step.
  • a single recrystallization intermediate annealing is carried out.
  • this intermediate recrystallization annealing is carried out between two successive homogeneous rolling passes when the strip has a thickness E, strictly greater than the thickness E c of the intermediate strip 3.
  • the homogeneous rolling step does not include intermediate annealing.
  • the intermediate strip 3 of thickness E c obtained at the end of the homogeneous rolling step is then subjected to a cold flexible rolling step.
  • the flexible rolling is performed in a rolling direction extending along the length of the intermediate strip 3.
  • the thickness of the rolling slot of the rolling mill used is continuously varied. This variation is a function of the desired thickness of the zone of the strip during rolling so as to obtain a strip of variable thickness along its length.
  • a band 4 of variable thickness is obtained comprising first zones 7 having a first thickness e + s and second zones 10 having a second thickness.
  • second thickness e less than the first thickness e + s.
  • the first thickness e + s and the second thickness e each correspond to a given rolling slot thickness.
  • the first zones 7 and the second zones 10 each have a substantially constant thickness, respectively e + s and e.
  • connection areas 1 1 are interconnected by connecting zones 1 1 of non-constant thickness along the length of the band 4 of variable thickness.
  • the thickness of the connection areas 1 1 varies between e and e + s. In one example, it varies linearly between e and e + s.
  • the homogeneous rolling step and the flexible rolling step generate in the first zones 7, that is to say in the thickest zones of the strip 4, a rate ⁇ ⁇ of plastic deformation, after a possible annealing. intermediate recrystallization, greater than or equal to 30%, more particularly between 30% and 98%, more particularly between 30% and 80%.
  • the rate ⁇ ⁇ of plastic deformation is advantageously greater than or equal to 35%, more particularly greater than or equal to 40%, and even more particularly greater than or equal to 50%.
  • the rate ⁇ ⁇ of plastic deformation generated in the first zones 7 is defined as follows:
  • the rate ⁇ ⁇ of plastic deformation is the total reduction rate generated in the first zones 7 of the strip 4 by the homogeneous rolling step and the flexible rolling step, that is to say resulting from the thickness reduction from the initial thickness E 0 to the thickness e + s.
  • the rate ⁇ ⁇ of plastic deformation, in percentage is given by the following formula: ⁇ ⁇ - - x 100 (1).
  • the plastic deformation rate T j is equal to the total reduction rate generated in the first zones 7 by the homogeneous rolling step and the flexible rolling step .
  • the rate ⁇ ⁇ of plastic deformation is the reduction rate generated in the first zones 7 due to the reduction in thickness of the strip thickness E, it presents during the last intermediate recrystallization annealing carried out during the homogeneous rolling step up to the thickness e + s.
  • the rate ⁇ ⁇ of plastic deformation is strictly less than the total reduction rate generated in the first zones 7 by the homogeneous rolling step and the cold flexible rolling step.
  • the rate ⁇ 2 of plastic deformation, after a possible intermediate recrystallization annealing, generated in the second zones 10, is strictly greater than the rate T j of plastic deformation in the first zones 7. It is calculated analogously, replacing e + s in formulas (1) and (2) above.
  • This difference ⁇ is advantageously less than or equal to 13% if the thickness
  • E 0 is strictly greater than 2 mm. It is advantageously less than or equal to 10% if the thickness E 0 is less than or equal to 2 mm.
  • the difference ⁇ is less than or equal to 10% if E 0 is strictly greater than 2 mm, and the difference ⁇ is less than or equal to 8% if E 0 is less than or equal to 2 mm.
  • the thickness E c of the intermediate strip 3 before the flexible rolling step is in particular equal to the thickness e of the second zones 10 multiplied by a reduction coefficient k of between 1.05 and 1.5.
  • k is approximately equal to 1, 3.
  • the thicknesses e + s and e of the first and second zones 7, 10 respect the equation:
  • n is a constant coefficient between 0.05 and 0.5.
  • the first thickness e + s is equal to the second thickness e multiplied by a multiplication coefficient of between 1.05 and 1.5.
  • the thickness e of the second zones 10 is between 0.05 mm and 10 mm, more particularly between 0.15 mm and 10 mm, and even more particularly between 0.25 mm and 8.5 mm.
  • the thickness e is less than or equal to 2 mm, advantageously between 0.25 mm and 2 mm.
  • the thickness e is strictly greater than 2 mm, in particular between 2.1 mm and 10 mm, more particularly between 2.1 mm and 8.5 mm.
  • the band 4 of variable thickness resulting from the flexible rolling step is then subjected to a final recrystallization annealing.
  • the final recrystallization annealing is carried out in a final annealing furnace.
  • the temperature of the final annealing furnace is constant during the final recrystallization annealing.
  • the temperature of the band 4 during the final recrystallization anneal is between 850 ° C and 1200 ° C.
  • the residence time in the final annealing furnace is between 20 seconds and 5 minutes, more particularly between 30 seconds and 3 minutes.
  • the running speed of the band 4 in the final annealing furnace is constant. It is for example between 2m / min and 20m / min for a final annealing furnace with a heating length equal to 10m.
  • the temperature of the strip 4 during the final annealing is 1025 ° C.
  • the residence time in the final annealing furnace is for example between 30 seconds and 60 seconds for a band 4 of variable thickness having second zones 10 of thickness e less than or equal to 2 mm.
  • the residence time in the final annealing furnace is for example between 3 minutes and 5 minutes for a band 4 of variable thickness having second zones 10 of thickness e strictly greater than 2 mm.
  • the residence time in the final annealing furnace, as well as the final annealing temperature are chosen so as to obtain, after the final recrystallization annealing, a strip 4 having mechanical properties and grain sizes that are almost homogeneous between the first zones 7 and the second zones 10. The remainder of the description specifies the meaning of "almost homogeneous".
  • the final annealing is carried out under a reducing atmosphere, that is to say for example under pure hydrogen or under H 2 -N 2 atmosphere.
  • the frost temperature is preferably below -40 ° C.
  • the N 2 content can be between 0% and 95%.
  • the H 2 -N 2 atmosphere comprises, for example, approximately 70% of H 2 and 30% of N 2 .
  • the band 4 of variable thickness passes continuously from the flexible rolling mill to the final annealing furnace, that is to say without intermediate winding of the variable thickness band 4.
  • variable thickness strip 4 is reeled for transport to the final annealing furnace, then unrolled and subjected to final recrystallization annealing.
  • the wound strip 4 has for example a length of between 100 m and 2500 m, especially if the thickness e of the second zones 10 of the strip 4 is approximately 0.7 mm.
  • a strip 4 of variable thickness according to its length is obtained having the following characteristics.
  • the difference in absolute value between the average grain size of the first zones 7 and the average grain size of the second zones 10 is less than or equal to 0.5 index according to ASTM standard E1 12-10.
  • the average grain size in ASTM index is determined using the standard image comparison method described in ASTM E1 12-10. According to this method, in order to determine the average grain size of a sample, an image of the screen grain structure obtained by means of an optical microscope at a given magnification of the sample having undergone a dye attack is compared ( Contrast etch in English) with typical images illustrating twinned grains of different sizes having undergone a coloring attack (corresponding to plate III of the standard). The average grain size index of the sample is determined as the index corresponding to the Used magnification focused on the typical image most closely resembling the image seen on the microscope screen.
  • the index of the average grain size of the image seen under the microscope is determined as being the arithmetic mean between the corresponding indices. magnification used worn on each of the two typical images.
  • the G1 ASTM index of the average grain size of the first zones 7 is at most 0.5 less than the G 2 ASTM index of the average grain size of the second zones 10.
  • the band 4 of variable thickness may have almost homogeneous mechanical properties.
  • the difference in absolute value between the 0.2% elasticity limit of the first zones 7 denoted by Rp1 and the 0.2% elasticity limit of the second zones denoted Rp2 is less than or equal to 6 MPa
  • the difference in absolute value between the breaking load of the first zones 7 noted Rm1 and the breaking load of the second zones 10 denoted Rm2 is less than or equal to 6MPa.
  • elastic limit at 0.2% is meant, in a conventional manner, the value of the stress at 0.2% of plastic deformation.
  • the load at break corresponds to the maximum stress before necking of the test sample.
  • the band 4 of variable thickness has a pattern repeated periodically over the entire length of the strip 4.
  • This pattern comprises successively a half of the first zone 7 of length a connecting zone 1 1 of length L3, a second zone 10 of length L2, a linking zone 1 1 of length L3 and a first zone half 7 of length - ⁇ -.
  • the length L2 of the second zone 10 is very clearly greater than the length L1 of the first zone 7.
  • the length L2 is between 20 and 100 times the length L1.
  • Each sequence formed of a first zone 7 flanked by two connecting zones 11 forms a zone of excess thickness of the strip 4 of variable thickness, that is to say a zone of thickness greater than e.
  • the band 4 of variable thickness comprises second zones 10 of length L2 of thickness e, separated from each other by zones of extra thickness.
  • the band 4 of variable thickness is cut in the zones of excess thickness, preferably in the middle of the zones of extra thickness.
  • blanks 12 illustrated in FIG. 4 comprising a second zone of length L2 framed at each of its longitudinal ends by a connection zone 11 of length L3 and by a first zone half 7 of length - ⁇ -.
  • the blanks 12 are planed according to a known planing method.
  • the blanks 12 are then wound in coils to the unit.
  • the strip 4 of variable thickness is planed after the final recrystallization annealing and before the blanks 12 are cut.
  • the strip 4 of variable thickness glide is cut in the areas of extra thickness to form the blanks 12.
  • the strip 4 is cut in the middle of the thickening zones.
  • the cutting is for example carried out on the planer used for the planing of the strip 4.
  • the flat strip 4 is wound into a coil and then cut on a different machine from the planer.
  • the blanks 12 are then wound in coils to the unit.
  • blanks 12 formed of a part comprising a central zone 13 of thickness e, framed by reinforced ends 14, ie of thickness greater than the thickness e of the zone, are obtained by means of the manufacturing method described above.
  • the ends 14 correspond to zones of excess thickness of the band 4 of variable thickness and the central zone 13 corresponds to a second zone 10 of the band 4 of variable thickness from which the blank 12 has been cut.
  • the blanks 12 may, for example, be obtained by cutting the strip 4 at other places than in two zones of successive overthicknesses. For example, they can be obtained by cutting alternately in a zone of and in a second zone 10. In this case, blanks 12 having a single reinforced end 14 with a thickness greater than e are obtained.
  • They can also be obtained by cutting in two successive second zones.
  • a blank 12 according to the invention can be assembled with a second piece 16 by welding one of the reinforced ends 14 of the blank 12 to an edge of the second piece 16.
  • the thickness of the second piece 16 is preferably greater than the thickness of the central zone 13 of the blank 12.
  • the weld made is more particularly a weld clap, also called lap weld.
  • the part 16 may be a blank 12 as described above.
  • FIG 6 there is illustrated two blanks 12 assembled end to end by welding. These two blanks 12 are welded together by their reinforced ends 14.
  • the length of the central zone 13 is for example between 40 m and 60 m;
  • each reinforced end 14 is for example between 0.5 m and 2 m.
  • the second thickness e is in particular approximately equal to 0.7 mm.
  • the first thickness e + s is approximately equal to 0.9 mm.
  • a non-planar piece is formed from the blank 12.
  • Longitudinal edges are the edges of the blank 12 extending along the length of the blank 12.
  • the blank 12 is wound along its width, that is to say about a longitudinal axis L so as to form a blank 12 wound.
  • the longitudinal edges of the wound blank 12 are then welded together so as to form the tube section 18.
  • This tube section 18 has a cylindrical central zone 20 of thickness e and reinforced cylindrical ends 22 of thickness greater than thickness e, and in particular equal to e + s.
  • a tube 24 is then produced by welding at least two tube sections 18 between them by their reinforced ends 22.
  • the weld is an orbital weld, in particular an end-to-end weld.
  • the thickness e + s of the reinforced ends 22 is defined as a function of the tensile forces to be experienced by the tube 24 during assembly and during use.
  • a tube 24 constitutes for example a cryogenic tube adapted for the transport of liquefied natural gas and intended to form, for example, the main tube coated with a material protecting it against corrosion of a cryogenic underwater pipe for transporting natural gas. liquified or the inner tube of such a pipe.
  • the thickness e approximately equal to 8.2 mm
  • the thickness e + s approximately equal to 9.43 mm.
  • the length L2 of the central zone 20 of a tube section 18 is approximately equal to 8 m.
  • the manufacturing method according to the invention is particularly advantageous. Indeed, it provides an alloy strip mainly based on iron and nickel having the chemical composition defined above having areas of different thicknesses but quasi-homogeneous mechanical properties. These properties are obtained through the use of a plastic deformation rate after a possible recrystallization intermediate annealing generated by the homogeneous rolling and flexible rolling steps in the thickest zones greater than or equal to 30%.
  • strips of variable thickness that is to say strips 4 of variable thickness whose thickness e of the second zones 10 is less than or equal to 2 mm, have been manufactured.
  • Table 1 illustrates the manufacturing trials of strips of variable thickness without intermediate recrystallization annealing.
  • Table 2 below contains characteristics of the strips obtained by the tests in Table 1.
  • Table 3 illustrates the manufacturing trials of strips of variable thickness with an intermediate annealing recrystallization thickness E ,.
  • Table 4 below contains characteristics of the strips obtained by the tests in Table 3.
  • Table 5 illustrates tests for manufacturing sheets of variable thickness with or without intermediate annealing.
  • Table 6 below contains characteristics of the sheets obtained by the tests in Table 5. In all the tables, the tests according to the invention have been emphasized.
  • the strip 4 of variable thickness obtained has a difference in mean grain size between the average grain size of the first zones 7 (thickness e + s) and the grain size of the second zones 10 (thickness e) less than or equal to 0.5 ASTM index in absolute value.
  • This small difference in average grain size between the first zones 7 and the second zones 10 results in quasi-homogeneous mechanical properties, namely a 0.2% DeltaRp yield point difference between the first zones 7 and the second zones 10. zones 10 less than or equal to 6 MPa in absolute value, and a difference between the rupture load DeltaRm of the first zones 7 and the second zones 10 less than or equal to 6 MPa in absolute value.
  • G1 ASTM (MPa) (MPa)
  • a G2 STM (MPa) (MPa)

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Abstract

Procédé de fabrication d'une bande d'épaisseur variable selon sa longueur comprenant les étapes de : - fourniture d'une bande initiale d'épaisseur constante; - laminage homogène à froid de la bande initiale selon sa longueur pour obtenir une bande intermédiaire d'épaisseur constante selon la direction de laminage; - laminage flexible à froid de la bande intermédiaire selon sa longueur pour obtenir une bande (4) d'épaisseur variable, ayant, selon sa longueur, des premières zones (7) de première épaisseur (e+s) et des deuxièmes zones (10) de deuxième épaisseur (e), inférieure à la première épaisseur (e+s), - recuit au défilé de la bande (4). Le taux de déformation plastique engendré, après un éventuel recuit intermédiaire, par les étapes de laminage homogène à froid et de laminage flexible à froid dans les premières zones (7) est supérieur ou égal à 30%.

Description

Procédé de fabrication d'une bande d'épaisseur variable et bande associée
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande d'épaisseur variable selon sa longueur, en alliage à base de fer.
Les Invar® cryogéniques, notamment l'Invar® M93, sont des alliages qui présentent de faibles coefficients de dilatation thermique, ce qui les rend notamment attractifs pour transporter des fluides cryogéniques.
Dans de telles applications, des éléments en Invar® cryogénique de différentes épaisseurs peuvent être assemblés, par exemple par soudure.
Les assemblages ainsi obtenus ne donnent pas entière satisfaction. En effet, les soudures constituent des zones affaiblies des structures formées par les éléments assemblés. La présence de ces zones affaiblies peut résulter en une diminution de la tenue en fatigue.
Un but de l'invention est de résoudre ce problème en proposant un procédé de fabrication d'une bande principalement à base de fer et de nickel qui permette de réaliser des structures renforcées d'un point de vue mécanique.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication selon la revendication
1 .
Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé de fabrication présente l'une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 1 1 , prise(s) isolément ou selon toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s).
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un flan selon la revendication 12 ou 13.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tronçon de tube cryogénique selon la revendication 14.
L'invention a également pour objet une bande d'épaisseur variable selon les revendications 15 à 17.
L'invention a ensuite pour objet un flan selon les revendications 18 à 20.
L'invention a également pour objet un tronçon de tube cryogénique selon les revendications 21 et 22.
L'invention a en outre pour objet un ensemble selon les revendications 23 à 25.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en section longitudinale d'une bande initiale ; - la figure 2 est une vue schématique en section longitudinale d'une bande intermédiaire ; - la figure 3 est une vue schématique en section longitudinale d'une bande d'épaisseur variable ;
- la figure 4 est une représentation schématique d'un flan obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention ;
- la figure 5 est une représentation schématique en section longitudinale d'un premier assemblage d'un flan avec une deuxième pièce ;
- la figure 6 est une représentation schématique en section longitudinale de deux flancs assemblés bout à bout ; et
- la figure 7 est une représentation schématique en coupe d'un tube cryogénique. Un exemple de procédé de fabrication d'une bande d'épaisseur variable selon sa longueur en alliage principalement à base de fer et de nickel conforme à l'invention va maintenant être décrit.
Dans une première étape de ce procédé, on fournit une bande initiale 1 obtenue par laminage à chaud.
La bande initiale 1 est une bande en alliage de type Invar cryogénique. Cet alliage comprend en poids :
34,5%≤ Ni≤ 53,5%
0,15%≤Mn≤ 1 ,5%
0≤ Si≤ 0,35%, de préférence 0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0≤ C≤ 0,07%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration.
Le silicium a notamment pour fonction de permettre la désoxydation et d'améliorer la résistance à la corrosion de l'alliage.
Un alliage de type Invar cryogénique est un alliage qui présente trois propriétés principales :
- Il est stable vis-à-vis de la transformation martensitique jusqu'au dessous de la température TL de liquéfaction d'un fluide cryogénique. Ce fluide cryogénique est par exemple du butane, du propane, du méthane, de l'azote ou de l'oxygène liquide. Les teneurs en éléments gammagènes, nickel (Ni), manganèse (Mn) et carbone (C), de l'alliage sont ajustées de façon à ce que la température de début de la transformation martensitique soit strictement inférieure à la température TL de liquéfaction du fluide cryogénique. - Il présente un faible coefficient moyen de dilatation thermique entre la température ambiante et la température TL de liquéfaction du fluide cryogénique.
- Il ne présente pas de transition de résilience « ductile-fragile ».
L'alliage utilisé a de préférence :
- un coefficient moyen de dilatation thermique entre 20°C et 100°C inférieur ou égal à 10,5x10"6 K"1 , en particulier inférieur ou égal à 2,5x10"6 K"1 ;
- un coefficient moyen de dilatation thermique entre -180°C et 0°C inférieur ou égal à 10x 10"6 K"1 , en particulier inférieur ou égal à 2x10"6 K"1 ; et
- une résilience supérieure ou égale à 100 joule/cm2, en particulier supérieure ou égale à 150 joule/cm2, à une température supérieure ou égale à -196°C.
De préférence, l'alliage utilisé présente la composition suivante, en % en poids : 34,5≤ Ni≤ 42,5%
0,15%≤ Mn≤ 0,5%
0≤ Si≤ 0,35%, de préférence 0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0,010%≤C≤0,050%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration. Dans ce cas, l'alliage utilisé a de préférence :
- un coefficient moyen de dilatation thermique entre 20°C et 100°C inférieur ou égal à 5,5x 10-6 K"1 ;
- un coefficient moyen de dilatation thermique entre -180°C et 0°C inférieur ou égal à 5x10-6 K"1 ; et
- une résilience supérieure ou égale à 100 joule/cm2, en particulier supérieure ou égale à 150 joule/cm2, à une température supérieure ou égale à -196°C.
Encore plus particulièrement,
35%≤ Ni≤ 36.5%
0,2%≤ Mn≤ 0,4%
0,02≤ C≤ 0,04%
0,15≤ Si≤ 0,25%
optionnellement
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5% le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration. Dans ce cas, l'alliage présente de préférence :
- un coefficient moyen de dilatation thermique entre 20°C et 100°C inférieur ou égal à 1 ,5x10"6 K"1 ;
- un coefficient moyen de dilatation thermique entre -180°C et 0°C inférieur ou égal à 2x10"6 K"1 ;
- une résilience supérieure ou égale à 200 joule/cm2 à une température supérieure ou égale à -196°C.
Un tel alliage est un alliage de type Invar® cryogénique. Le nom commercial de cet alliage est lnvar®-M93.
De manière classique, les alliages utilisés sont élaborés en four à arc électrique ou en four sous vide à induction.
Après des opérations d'affinage en poche permettant de régler les teneurs en éléments d'alliage résiduels, les alliages sont coulés en demi-produits, lesquels sont transformés à chaud, en particulier par laminage à chaud, afin d'obtenir des bandes.
Ces demi-produits sont par exemple des lingots. En variante, il s'agit de brames coulées en continu au moyen d'une installation de coulée continue de brames.
La bande ainsi obtenue est décapée et polie en procédé continu afin de limiter ses défauts : calamine, pénétration oxydée, paille et inhomogénéité en épaisseur dans le sens de la longueur et de la largeur de la bande.
Le polissage est notamment réalisé au moyen de meules ou de papiers abrasifs. Une fonction du polissage est d'éliminer les résidus du décapage.
A l'issue de cette étape de polissage, on obtient la bande initiale 1 fournie dans la première étape du procédé selon l'invention.
En option, avant l'étape de laminage homogène à froid, on effectue sur la bande un recuit d'homogénéisation de la microstructure. Ce recuit d'homogénéisation de la microstructure est notamment réalisé au défilé dans un four de traitement thermique, appelé four de recuit d'homogénéisation de la microstructure dans la suite de la description, avec un temps de séjour dans le four de recuit d'homogénéisation de la microstructure compris entre 2 minutes et 25 minutes et une température de la bande lors du recuit d'homogénéisation de la microstructure comprise entre 850°C et 1200°C.
La bande initiale 1 a une épaisseur E0 constante comprise entre 1 ,9 mm et 18 mm (voir figure 1 ).
On lamine ensuite la bande initiale 1 au cours d'une étape de laminage homogène à froid. Le laminage homogène est effectué suivant la longueur de la bande initiale 1 . Par laminage homogène, on entend un laminage transformant une bande d'épaisseur constante en une bande plus fine d'épaisseur également constante.
Plus particulièrement, l'étape de laminage homogène comprend une ou plusieurs passes assurées dans un laminoir où la bande passe dans une fente de laminage délimitée entre des rouleaux de travail. L'épaisseur de cette fente de laminage reste constante au cours de chaque passe de l'étape de laminage homogène.
Cette étape de laminage homogène aboutit à une bande intermédiaire 3 d'épaisseur Ec constante selon la direction de laminage, c'est-à-dire selon la longueur de la bande intermédiaire 3 (voir figure 2).
En option, l'étape de laminage homogène comprend au moins un recuit intermédiaire de recristallisation.
Lorsqu'il est présent, le recuit intermédiaire de recristallisation est effectué entre deux passes de laminage homogène successives. En variante ou en option, il est réalisé avant l'étape de laminage flexible à la fin de l'étape de laminage homogène, c'est-à-dire après toutes les passes de laminage réalisées pendant l'étape de laminage homogène.
Par exemple, le recuit intermédiaire de recristallisation est réalisé au défilé dans un four de recuit intermédiaire avec une température de la bande lors du recuit intermédiaire comprise entre 850°C et 1200°C et un temps de séjour dans le four de recuit intermédiaire compris entre 30 secondes et 5 minutes.
Le recuit intermédiaire de recristallisation, ou s'il en est effectué plusieurs, le dernier recuit intermédiaire de recristallisation de l'étape de laminage homogène, est effectué lorsque la bande présente une épaisseur E, comprise entre l'épaisseur E0 de la bande initiale 1 et l'épaisseur Ec de la bande intermédiaire 3.
Lorsque le recuit intermédiaire de recristallisation est réalisé à la fin de l'étape de laminage homogène, l'épaisseur E, de la bande lors du recuit intermédiaire de recristallisation est égale à l'épaisseur Ec de la bande intermédiaire 3 au début de l'étape de laminage flexible.
Avantageusement, dans le mode de réalisation dans lequel au moins un recuit intermédiaire de recristallisation est réalisé, on effectue un seul recuit intermédiaire de recristallisation. En particulier, ce recuit intermédiaire de recristallisation unique est effectué entre deux passes de laminage homogène successives lorsque la bande présente une épaisseur E, strictement supérieure à l'épaisseur Ec de la bande intermédiaire 3.
De manière préférée, l'étape de laminage homogène ne comprend pas de recuit intermédiaire. La bande intermédiaire 3 d'épaisseur Ec obtenue à l'issue de l'étape de laminage homogène est ensuite soumise à une étape de laminage flexible à froid.
Le laminage flexible est réalisé selon une direction de laminage s'étendant suivant la longueur de la bande intermédiaire 3.
Le laminage flexible permet d'obtenir une bande d'épaisseur variable selon sa longueur.
Pour cela, on fait varier en continu l'épaisseur de la fente de laminage du laminoir utilisé. Cette variation est fonction de l'épaisseur souhaitée de la zone de la bande en cours de laminage de manière à obtenir une bande d'épaisseur variable selon sa longueur.
Plus particulièrement, et comme illustré sur la figure 3, on obtient à l'issue de l'étape de laminage flexible une bande 4 d'épaisseur variable comprenant des premières zones 7 ayant une première épaisseur e+s et des deuxièmes zones 10 ayant une deuxième épaisseur e, inférieure à la première épaisseur e+s. La première épaisseur e+s et la deuxième épaisseur e correspondent chacune à une épaisseur de fente de laminage donnée.
Les premières zones 7 et les deuxièmes zones 10 ont chacune une épaisseur sensiblement constante, respectivement e+s et e.
Elles sont reliées entre elles par des zones de liaison 1 1 d'épaisseur non constante selon la longueur de la bande 4 d'épaisseur variable. L'épaisseur des zones de liaison 1 1 varie entre e et e+s. Selon un exemple, elle varie linéairement entre e et e+s.
L'étape de laminage homogène et l'étape de laminage flexible engendrent dans les premières zones 7, c'est-à-dire dans les zones les plus épaisses de la bande 4, un taux τχ de déformation plastique, après un éventuel recuit intermédiaire de recristallisation, supérieur ou égal à 30%, plus particulièrement compris entre 30% et 98%, encore plus particulièrement compris entre 30% et 80%. Dans les plages précitées, le taux τι de déformation plastique est avantageusement supérieur ou égal à 35%, plus particulièrement supérieur ou égal à 40%, et encore plus particulièrement supérieur ou égal à 50%.
Le taux τχ de déformation plastique engendré dans les premières zones 7 est défini comme suit :
- Si aucun recuit intermédiaire de recristallisation n'est effectué pendant l'étape de laminage homogène, le taux τχ de déformation plastique est le taux de réduction total engendré dans les premières zones 7 de la bande 4 par l'étape de laminage homogène et l'étape de laminage flexible, c'est-à-dire résultant de la réduction d'épaisseur depuis l'épaisseur initiale E0 jusqu'à l'épaisseur e+s.
Dans ce cas, le taux τχ de déformation plastique, en pourcentage, est donné par la formule suivante : τχ -— - x lOO (1 ). Ainsi, dans le cas où aucun recuit intermédiaire de recristallisation n'est effectué, le taux Tj de déformation plastique est égal au taux de réduction total engendré dans les premières zones 7 par l'étape de laminage homogène et l'étape de laminage flexible.
- Si au moins un recuit intermédiaire de recristallisation est effectué pendant l'étape de laminage homogène, le taux τι de déformation plastique est le taux de réduction engendré dans les premières zones 7 du fait de la réduction d'épaisseur de la bande de l'épaisseur E, qu'elle présente lors du dernier recuit intermédiaire de recristallisation effectué pendant l'étape de laminage homogène jusqu'à l'épaisseur e+s.
Dans ce cas, le taux τχ de déformation plastique, en pourcentage, est donné par
J7 — (e + s\
la formule suivante : τχ -— x lOO (2).
Ei
Ainsi, dans le cas où un ou plusieurs recuits intermédiaires sont effectués pendant l'étape de laminage homogène, le taux τι de déformation plastique est strictement inférieur au taux de réduction total engendré dans les premières zones 7 par l'étape de laminage homogène et l'étape de laminage flexible à froid.
Le taux τ2 de déformation plastique, après un éventuel recuit intermédiaire de recristallisation, engendré dans les deuxièmes zones 10, est strictement supérieur au taux Tj de déformation plastique dans les premières zones 7. Il est calculé de manière analogue, en remplaçant e+s par e dans les formules (1 ) et (2) ci-dessus.
La différence Δτ de taux de déformation plastique entre les deuxièmes zones 10 et les premières zones 7 est donnée par la relation Δτ = τ2 - τ
Cette différence Δτ est avantageusement inférieure ou égale à 13% si l'épaisseur
E0 est strictement supérieure à 2 mm. Elle est avantageusement inférieure ou égale à 10% si l'épaisseur E0 est inférieure ou égale à 2 mm.
Plus particulièrement, la différence Δτ est inférieure ou égale à 10% si E0 est strictement supérieure à 2mm, et la différence Δτ est inférieure ou égale à 8% si E0 est inférieure ou égale à 2mm.
Avantageusement, l'épaisseur Ec de la bande intermédiaire 3 avant l'étape de laminage flexible est en particulier égale à l'épaisseur e des deuxièmes zones 10 multipliée par un coefficient de réduction k compris entre 1 ,05 et 1 ,5. Avantageusement, k est environ égal à 1 ,3.
Avantageusement, les épaisseurs e+s et e des premières et deuxièmes zones 7, 10 respectent l'équation :
e + s— (n + ï).e
où n est un coefficient constant compris entre 0,05 et 0,5.
En d'autres termes, la première épaisseur e+s est égale à la deuxième épaisseur e multipliée par un coefficient de multiplication compris entre 1 ,05 et 1 ,5.
Cette équation se réécrit de la manière suivante : s = n.e , c'est-à-dire que la surépaisseur s des premières zones 7 par rapport aux deuxièmes zones 10 est égale au coefficient n multiplié par l'épaisseur e des deuxièmes zones 10.
L'épaisseur e des deuxièmes zones 10 est comprise entre 0,05 mm et 10 mm, plus particulièrement entre 0,15 mm et 10 mm, encore plus particulièrement entre 0,25 mm et 8,5 mm. Lorsque l'on réalise des feuillards, l'épaisseur e est inférieure ou égale à 2 mm, avantageusement comprise entre 0,25 mm et 2 mm. Lorsque l'on réalise des tôles, l'épaisseur e est strictement supérieure à 2 mm, en particulier comprise entre 2,1 mm et 10mm, plus particulièrement comprise entre 2,1 mm et 8,5 mm.
On soumet ensuite la bande 4 d'épaisseur variable résultant de l'étape de laminage flexible à un recuit final de recristallisation.
Le recuit final de recristallisation est réalisé au défilé dans un four de recuit final.
La température du four de recuit final est constante pendant le recuit final de recristallisation. La température de la bande 4 pendant le recuit final de recristallisation est comprise entre 850°C et 1200°C.
Le temps de séjour dans le four de recuit final est compris entre 20 secondes et 5 minutes, plus particulièrement entre 30 secondes et 3 minutes.
La vitesse de défilement de la bande 4 dans le four de recuit final est constante. Elle est par exemple comprise entre 2m/min et 20m/min pour un four de recuit final de longueur de chauffe égale à 10m.
Avantageusement, la température de la bande 4 pendant le recuit final est de 1025°C. Dans ce cas, le temps de séjour dans le four de recuit final est par exemple compris entre 30 secondes et 60 secondes pour une bande 4 d'épaisseur variable ayant des deuxièmes zones 10 d'épaisseur e inférieure ou égale à 2 mm. Le temps de séjour dans le four de recuit final est par exemple compris entre 3 minutes et 5 minutes pour une bande 4 d'épaisseur variable ayant des deuxièmes zones 10 d'épaisseur e strictement supérieure à 2 mm. Le temps de séjour dans le four de recuit final, ainsi que la température de recuit final sont choisies de manière à obtenir après le recuit de recristallisation final une bande 4 ayant des propriétés mécaniques et des tailles de grains quasiment homogènes entre les premières zones 7 et les deuxièmes zones 10. La suite de la description précise le sens de « quasiment homogène ».
De préférence, le recuit final est réalisé sous atmosphère réductrice, c'est-à-dire par exemple sous hydrogène pur ou sous atmosphère H2-N2. La température de givre est de préférence inférieure à -40°C. Dans le cas d'une atmosphère H2-N2, la teneur en N2 peut être comprise entre 0% et 95%. L'atmosphère H2-N2 comprend par exemple approximativement 70% de H2 et 30% de N2.
Selon un mode de réalisation, la bande 4 d'épaisseur variable passe en continu du laminoir de laminage flexible au four de recuit final, c'est-à-dire sans bobinage intermédiaire de la bande d'épaisseur variable 4.
En variante, à l'issue de l'étape de laminage flexible, on bobine la bande d'épaisseur variable 4 pour la transporter jusqu'au four de recuit final, puis on la déroule et on la soumet au recuit final de recristallisation.
Selon cette variante, la bande 4 enroulée a par exemple une longueur comprise entre 100 m et 2500 m, notamment si l'épaisseur e des deuxièmes zones 10 de la bande 4 est approximativement de 0,7 mm.
On obtient, à l'issue du recuit final de recristallisation, une bande 4 d'épaisseur variable selon sa longueur ayant les caractéristiques suivantes.
Elle comprend des premières zones 7 d'épaisseur e+s et des deuxièmes zones d'épaisseur e, éventuellement reliées entre elles par des zones de liaison 1 1 d'épaisseur variant entre e et e+s.
De préférence, la différence en valeur absolue entre la taille moyenne des grains des premières zones 7 et la taille moyenne des grains des deuxièmes zones 10 est inférieure ou égale à 0,5 indice selon la norme ASTM E1 12-10. La taille moyenne de grains en indice ASTM est déterminée en utilisant la méthode de comparaison à des images types décrite dans la norme ASTM E1 12-10. Conformément à cette méthode, pour déterminer la taille moyenne des grains d'un échantillon, on compare une image de la structure des grains sur écran obtenue au moyen d'un microscope optique à un grossissement donné de l'échantillon ayant subi une attaque colorante (« contrast etch » en anglais) avec des images types illustrant des grains maclés de différentes tailles ayant subi une attaque colorante (correspondant à la plaque III de la norme). L'indice de la taille moyenne des grains de l'échantillon est déterminé comme étant l'indice correspondant au grossissement utilisé porté sur l'image type ressemblant le plus à l'image vue sur l'écran du microscope.
Si l'image vue sur l'écran du microscope est intermédiaire entre deux images types successives de tailles de grains, l'indice de la taille moyenne des grains de l'image vue au microscope est déterminé comme étant la moyenne arithmétique entre les indices correspondant au grossissement utilisé portés sur chacune des deux images types.
Plus particulièrement, l'indice G1 ASTM de la taille moyenne des grains des premières zones 7 est au plus inférieur de 0,5 à l'indice G 2 ASTM de la taille moyenne des grains des deuxièmes zones 10.
La bande 4 d'épaisseur variable peut présenter des propriétés mécaniques quasiment homogènes.
En particulier :
- la différence en valeur absolue entre la limite d'élasticité à 0,2% des premières zones 7 notée Rp1 et la limite d'élasticité à 0,2% des deuxièmes zones 10 notée Rp2 est inférieure ou égale à 6MPa, et
- la différence en valeur absolue entre la charge à la rupture des premières zones 7 notée Rm1 et la charge à la rupture des deuxièmes zones 10 notée Rm2 est inférieure ou égale à 6MPa.
Par limite d'élasticité à 0,2% on entend, de manière classique, la valeur de la contrainte à 0,2% de déformation plastique.
De manière classique, la charge à la rupture correspond à la contrainte maximale avant striction de l'échantillon test.
Dans l'exemple illustré, la bande 4 d'épaisseur variable présente un motif répété périodiquement sur toute la longueur de la bande 4. Ce motif comprend successivement une moitié de première zone 7 de longueur une zone de liaison 1 1 de longueur L3, une deuxième zone 10 de longueur L2, une zone de liaison 1 1 de longueur L3 et une moitié de première zone 7 de longueur -^- .
Avantageusement, la longueur L2 de la deuxième zone 10 est très nettement supérieure à la longueur L1 de la première zone 7. A titre d'exemple, la longueur L2 est comprise entre 20 et 100 fois la longueur L1 .
Chaque séquence formée d'une première zone 7 encadrée par deux zones de liaison 1 1 forme une zone de surépaisseur de la bande 4 d'épaisseur variable, c'est-à-dire une zone d'épaisseur supérieure à e. Ainsi, la bande 4 d'épaisseur variable comprend des deuxièmes zones 10 de longueur L2 d'épaisseur e, séparées entre elles par des zones de surépaisseur.
Après le recuit final de recristallisation, on découpe la bande 4 d'épaisseur variable dans les zones de surépaisseur, de préférence au milieu des zones de surépaisseur.
On obtient ainsi des flans 12 illustrés sur la figure 4 comprenant une deuxième zone de longueur L2 encadrée à chacune de ses extrémités longitudinales par une zone de liaison 1 1 de longueur L3 et par une moitié de première zone 7 de longueur -^- .
A l'issue de l'étape de découpe, les flans 12 sont planés selon un procédé de planage connu.
Les flans 12 sont ensuite enroulés en bobines à l'unité.
Selon une variante du procédé de fabrication décrit ci-dessus, on réalise le planage de la bande 4 d'épaisseur variable après le recuit final de recristallisation et avant la découpe des flans 12.
Selon cette variante, on découpe la bande 4 d'épaisseur variable planée dans les zones de surépaisseur pour former les flans 12. De préférence, on découpe la bande 4 au milieu des zones de surépaisseur.
La découpe est par exemple réalisée sur la planeuse utilisée pour le planage de la bande 4. En variante, la bande planée 4 est enroulée en bobine, puis découpée sur une machine différente de la planeuse.
Les flans 12 sont ensuite enroulés en bobines à l'unité.
On obtient au moyen du procédé de fabrication décrit ci-dessus des flans 12 formés d'une pièce comprenant une zone centrale 13 d'épaisseur e, encadrée par des extrémités 14 renforcées, i.e. d'épaisseur supérieure à l'épaisseur e de la zone centrale 13. Les extrémités 14 correspondent à des zones de surépaisseur de la bande 4 d'épaisseur variable et la zone centrale 13 correspond à une deuxième zone 10 de la bande 4 d'épaisseur variable à partir de laquelle le flan 12 a été découpé.
Ces flans 12, qui présentent une épaisseur variable selon leur longueur tout en étant formés d'une pièce, ne présentent pas les faiblesses des assemblages soudés de l'état de la technique. En outre, leurs extrémités renforcées 14 permettent de les assembler par soudage à d'autres pièces en minimisant les faiblesses mécaniques dues à cet assemblage par soudage.
Selon des variantes, les flans 12 peuvent par exemple être obtenus par découpe de la bande 4 à d'autres endroits que dans deux zones de surépaisseurs successives. Par exemple, ils peuvent être obtenus par découpe alternativement dans une zone de surépaisseur et dans une deuxième zone 10. Dans ce cas, on obtient des flans 12 ayant une seule extrémité renforcée 14 d'épaisseur supérieure à e.
Ils peuvent également être obtenus par découpe dans deux deuxièmes zones 10 successives.
A titre d'exemple, et comme illustré sur la figure 5, on peut assembler un flan 12 selon l'invention avec une deuxième pièce 16 en soudant l'une des extrémités renforcées 14 du flan 12 à un bord de la deuxième pièce 16. L'épaisseur de la deuxième pièce 16 est de préférence supérieure à l'épaisseur de la zone centrale 13 du flan 12. La soudure réalisée est plus particulièrement une soudure à clin, encore appelée soudure à recouvrement.
La pièce 16 peut être un flan 12 tel que décrit ci-dessus.
Ainsi, sur la figure 6, on a illustré deux flans 12 assemblés bout à bout par soudage. Ces deux flans 12 sont soudés entre eux par leurs extrémités renforcées 14.
Dans les exemples illustrés sur les figures 5 et 6 :
- la longueur de la zone centrale 13 est par exemple comprise entre 40 m et 60 m ; et
- la longueur de chaque extrémité renforcée 14 est par exemple comprise entre 0,5 m et 2 m.
La deuxième épaisseur e est notamment environ égale à 0,7 mm.
La première épaisseur e+s est environ égale à 0,9 mm.
En variante, on forme une pièce non plane à partir du flan 12.
Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 7, on a formé à partir du flan 12 un tronçon de tube 18.
On appelle bords longitudinaux les bords du flan 12 s'étendant selon la longueur du flan 12.
Pour fabriquer le tronçon de tube 18, on enroule le flan 12 selon sa largeur, c'est- à-dire autour d'un axe longitudinal L de manière à former un flan 12 enroulé. On soude ensuite entre eux les bords longitudinaux du flan 12 enroulé de manière à former le tronçon de tube 18. Ce tronçon de tube 18 présente une zone centrale 20 cylindrique d'épaisseur e et des extrémités renforcées 22 cylindriques d'épaisseur supérieure à l'épaisseur e, et en particulier égale à e+s.
On réalise ensuite un tube 24 en soudant au moins deux tronçons de tube 18 entre eux par leurs extrémités renforcées 22. La soudure est une soudure orbitale, en particulier une soudure de type bout à bout.
L'épaisseur e+s des extrémités renforcées 22 est définie en fonction des efforts de traction que doit subir le tube 24 pendant son montage et durant son utilisation. Un tel tube 24 constitue par exemple un tube cryogénique adapté pour le transport de gaz naturel liquéfié et destiné à former par exemple le tube principal revêtu d'un matériau le protégeant contre la corrosion d'une conduite sous-marine cryogénique de transport de gaz naturel liquéfié ou le tube intérieur d'une telle conduite.
Dans ce cas, on a par exemple :
- l'épaisseur e environ égale à 8,2 mm ;
- l'épaisseur e+s environ égale à 9,43 mm.
La longueur L2 de la zone centrale 20 d'un tronçon de tube 18 est environ égale à 8m.
Le procédé de fabrication selon l'invention est particulièrement avantageux. En effet, il permet d'obtenir une bande en alliage principalement à base de fer et de nickel ayant la composition chimique définie ci-dessus ayant des zones d'épaisseurs différentes mais des propriétés mécaniques quasi-homogènes. Ces propriétés sont obtenues grâce à l'utilisation d'un taux de déformation plastique après un éventuel recuit intermédiaire de recristallisation engendré par les étapes de laminage homogène et de laminage flexible dans les zones les plus épaisses supérieur ou égal à 30%.
Les exemples expérimentaux suivants illustrent l'importance de la plage de taux de déformation plastique revendiquée pour ce type d'alliage.
Dans une première série d'expériences, on a fabriqué des feuillards d'épaisseur variable, c'est-à-dire des bandes 4 d'épaisseur variable dont l'épaisseur e des deuxièmes zones 10 est inférieure ou égale à 2 mm.
Le tableau 1 ci-après illustre des essais de fabrication de feuillards d'épaisseur variable sans recuit de recristallisation intermédiaire.
Le tableau 2 ci-après contient des caractéristiques des feuillards obtenus par les essais du tableau 1 .
Le tableau 3 ci-après illustre des essais de fabrication de feuillards d'épaisseur variable avec un recuit intermédiaire de recristallisation à l'épaisseur E,.
Le tableau 4 ci-après contient des caractéristiques des feuillards obtenus par les essais du tableau 3.
Dans une deuxième série d'expériences, on a fabriqué des tôles d'épaisseur variable, c'est-à-dire des bandes 4 d'épaisseur variable dont l'épaisseur e des deuxièmes zones 10 est strictement supérieure à 2 mm.
Le tableau 5 illustre des essais de fabrication de tôles d'épaisseur variable avec ou sans recuit intermédiaire.
Le tableau 6 ci-après contient des caractéristiques des tôles obtenues par les essais du tableau 5. Dans tous les tableaux, on a souligné les essais conformes à l'invention.
On constate que lorsque le taux de déformation plastique τ après un éventuel recuit intermédiaire de recristallisation est supérieur ou égal à 30% (essais 1 à 7 du tableau 1 , 1 à 3 du tableau 3 et 1 à 9 du tableau 5), la bande 4 d'épaisseur variable obtenue présente une différence de taille moyenne de grains entre la taille moyenne des grains des premières zones 7 (épaisseur e+s) et la taille des grains des deuxièmes zones 10 (épaisseur e) inférieure ou égale à 0,5 indice ASTM en valeur absolue. Cette faible différence de taille moyenne de grains entre les premières zones 7 et les deuxièmes zones 10 résulte en des propriétés mécaniques quasi-homogènes, à savoir une différence de limite d'élasticité à 0,2% DeltaRp entre les premières zones 7 et les deuxièmes zones 10 inférieure ou égale à 6 MPa en valeur absolue, et une différence entre la charge à la rupture DeltaRm des premières zones 7 et des deuxièmes zones 10 inférieure ou égale à 6 MPa en valeur absolue.
Il est ainsi possible d'obtenir une bande 4 d'épaisseur variable ayant des propriétés mécaniques et des tailles de grains quasiment homogènes à l'issue d'un recuit de recristallisation très simple, puisque réalisé à température et vitesse de défilement constants.
Longueur
E0 Ec e e+s L1 L2 L3 τΐ τ2 τ2-τ1 Recuit final
Essai d'onde k n=s/e
(mm) (mm) (mm) (mm) (m) (m) (m)
(m) (%) (%) (%) T°C ; durée
1 50 2 13 ΖΔ 15 0,25 1,88 1,50 1,90 44,7 55 64 9 1025°C : 60s
2 50 4J> 1,15 1Z 15 0,15 1,73 1,50 1,90 44,7 59 64 5 1025°C ; 60s
3 50 3J> 1,15 1 10 0,15 1,15 1,00 1,50 46,0 64 69 5 1025°C ; 60s
4 50 2J- 13 0,9 0,25 0,88 1,00 1,50 46,0 66 Z3_ 7 1025°C ; 40s
5 50 ZÂ 1,15 0^8 02 0,15 0,81 1,00 1,50 46,0 69 Z3 4 1025°C : 40s
6 60 . 13 0^9 02 0,15 0,81 1,00 1,50 56,0 69 Z3 4 1025°C ; 40s
7 50 { 13 02 0J5 0,15 0,58 1,20 1,50 45,8 ∑3 ∑6 4 1025°C ; 30s
8 50 2,3 1,3 2,3 1,8 0,25 2,25 1,20 1,50 45,8 2 22 20 1025°C ; 60s
9 50 2,1 1,3 2,3 1,8 0,15 2,07 1,20 1,50 45,8 1 14 13 1025°C ; 60s
10 60 2,1 1,3 2,3 1,8 0,15 2,07 1,20 1,50 55,8 1 14 13 1025°C ; 60s
Tableau 1
Propriétés à l'épaisseur e+s Propriétés à l'épaisseur e
Delta Rp Delta Rm
Essai DeltaGASTM
(MPa) (MPa)
Rp Rm Rp Rm
G1 ASTM (MPa) (MPa) G2ASTM (MPa) (MPa)
1 8 288 487 8J5 292 491 A A 0,5
2 8J5 293 492 9 296 495 _ -3 _ -3
3 8,5 293 492 9 295 495 _ -2 _ -3 JS
4 8J5 293 490 9 296 496 _ -3 _ -6 0J5
5 9 297 496 9 296 496 1 0 0
6 9 297 495 9 296 496 1 0
7 9J5 300 501 9J5 300 501 0 0 0
8 7,5 284 482 8,5 292 490 -8 -8 1
9 7,5 286 481 8,5 293 491 -7 -10 1
10 7,5 285 483 9 296 496 -1 1 -13 1 ,5
Tableau 2
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0002
Tableau 4
Longueur d'onde Eo E, Recuit à Ei Ec e e+s L1 L2 L3 l
Essai k n=s/e τΐ τ2 τ2-τ1 Recuit fina
(m) (mm) (mm) "PC ; durée (mm) (mm) (mm) (m) (m) (m) (%) (%) (%) T°C ; durée
1 12 16 1,30 Néant 10,7 8^2 0,25 10,25 1,00 1,50 36 49 13 1025°C ; 5min
2 6 16 1,15 Néant M 8^2 0,15 9,43 0,50 0,75 4£ 11 49 8 1025°C ; 5min
3 12 8__2 1,30 Néant 5,5 ÎZ 0,25 5,25 0,50 0,75 10,0 36 49 13 1025°C ; 3min
4 12 8__2 1,15 Néant ÎZ 0,15 4,83 1,50 2,25 11 49 8 1025°C ; 3min
5 6 8__2 1,30 Néant 4J> 3^2 0,25 4,00 0,80 1,20 ZÂ 51 61 10 1025°C ; 3min
6 9 8__2 1,15 Néant 3 3^2 0,15 3,68 1,00 1,50 5£ 55 61 6 1025°C ; 3min
7 12 16 1,30 1050°C ; 5 min 4J> 3^2 0,25 4,00 1,00 1,50 51 61 10 1025°C ; 3min
8 12 16 1,15 1050°C ; 5 min ÎZ 0,15 4,83 0,50 0,75 10,0 11 49 8 1025°C ; 3min
9 6 16 1,15 1050°C ; 5 min 3 3^2 0,15 3,68 0,50 0,75 4__0 55 61 6 1025°C ; 3min
Tableau 5
Figure imgf000019_0001
Tableau 6

Claims

REVENDICATIONS
1 .- Procédé de fabrication d'une bande d'épaisseur variable selon sa longueur, en alliage à base de fer, l'alliage à base de fer comprenant, en poids :
34,5%≤ Ni≤ 53,5%
0,15%≤Mn≤ 1 ,5%
0≤ Si≤ 0,35%, de préférence 0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0≤ C≤ 0,07%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration, le procédé comprenant successivement les étapes suivantes :
- fourniture d'une bande initiale (1 ) d'épaisseur constante (E0) obtenue par laminage à chaud ;
- laminage homogène à froid de la bande initiale (1 ) selon sa longueur pour obtenir une bande intermédiaire (3) d'épaisseur constante (Ec) selon la direction de laminage ;
- laminage flexible à froid de la bande intermédiaire (3) selon sa longueur pour obtenir une bande (4) d'épaisseur variable selon la direction de laminage, la bande (4) d'épaisseur variable ayant, selon sa longueur, des premières zones (7) ayant une première épaisseur (e+s) et des deuxièmes zones (10) ayant une deuxième épaisseur (e), inférieure à la première épaisseur (e+s),
- recuit final de recristallisation au défilé de la bande (4) d'épaisseur variable dans un four de recuit final,
dans lequel le taux de déformation plastique engendré, après un éventuel recuit intermédiaire de recristallisation, par les étapes de laminage homogène à froid et de laminage flexible à froid dans les premières zones (7) de la bande (4) d'épaisseur variable est supérieur ou égal à 30%.
2.- Procédé de fabrication selon la revendication 1 , dans lequel le recuit final de recristallisation est réalisé à une température de recuit final comprise entre 850°C et 1200°C et un temps de séjour dans le four de recuit final compris entre 20 secondes et 5 minutes, et de préférence entre 30 secondes et 3 minutes.
3.- Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'étape de laminage homogène comprend au moins un recuit intermédiaire de recristallisation réalisé entre deux passes de laminage homogène successives et/ou à la fin du laminage homogène avant le laminage flexible à froid de la bande intermédiaire (3).
4. - Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel le recuit intermédiaire de recristallisation est réalisé au défilé dans un four de recuit intermédiaire avec une température de la bande lors du recuit intermédiaire comprise entre 850°C et 1200°C et un temps de séjour dans le four de recuit intermédiaire compris entre 30 secondes et 5 minutes.
5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur (Ec) de la bande intermédiaire (3) est égale à la deuxième épaisseur (e) multipliée par un coefficient de réduction compris entre 1 ,05 et 1 ,5.
6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première épaisseur (e+s) est égale à la deuxième épaisseur (e) multipliée par un coefficient de multiplication compris entre 1 ,05 et 1 ,5.
7. - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel avant l'étape de laminage homogène à froid, on soumet la bande initiale (1 ) à un recuit d'homogénéisation de la microstructure, en particulier au défilé dans un four de recuit d'homogénéisation de la microstructure avec un temps de séjour dans le four de recuit d'homogénéisation de la microstructure compris entre 2 minutes et 25 minutes et une température du four de recuit d'homogénéisation de la microstructure comprise entre 850°C et 1200°C.
8. - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bande initiale (1 ) est obtenue à partir d'un demi-produit tel qu'une brame ou un lingot constitué d'un alliage élaboré au four à arc électrique ou en four sous vide à induction.
9.- Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur (E0) de la bande initiale (1 ) est comprise entre 1 ,9 mm et 18 mm.
10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lequel comprend, après l'étape de recuit final de recristallisation, une étape de planage de la bande d'épaisseur variable (14).
1 1 .- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'alliage à base de fer comprend, en poids :
34,5%≤ Ni≤ 42,5%
0,15%≤ Mn≤ 0,5%
0≤ Si≤ 0,35%, de préférence 0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0,010%≤C≤ 0,050%
optionnellement : 0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration.
12.- Procédé de fabrication d'au moins un flan (12), comprenant :
- la mise en œuvre du procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 de manière à obtenir une bande (4) d'épaisseur variable selon sa longueur ; et
- la découpe de la bande (4) d'épaisseur variable de manière à obtenir plusieurs flans (12).
13.- Procédé selon la revendication 12, dans lequel la découpe de la bande (4) d'épaisseurs variables est réalisée dans les premières zones (7), chaque flan (12) étant formé par une partie de la bande d'épaisseur variable (4) localisée entre deux premières zones (7) successives.
14. Procédé de fabrication d'un tronçon de tube cryogénique (18), comprenant :
- la fabrication d'au moins un flan (12) par mise en œuvre du procédé de fabrication selon la revendication 13, le flan (12) comprenant des bords longitudinaux s'étendant selon la longueur du flan (12) ; puis
- l'enroulement du flan (12) selon sa largeur ; et
- le soudage entre eux des bords longitudinaux du flan (12) enroulé pour former un tronçon de tube (18).
15.- Bande (4) d'épaisseur variable susceptible d'être obtenue par le procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 1 1 , la bande (4) d'épaisseur variable ayant, selon sa longueur, des premières zones (7) ayant une première épaisseur (e+s) et des deuxièmes zones (10) ayant une deuxième épaisseur (e) inférieure à la première épaisseur (e+s), la bande d'épaisseur variable (4) étant en alliage à base de fer et comprenant en poids:
34,5%≤ Ni≤ 53,5%
0,15%≤Mn≤ 1 ,5%
0≤ Si≤ 0,35%, de préférence 0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0≤ C≤ 0,07%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration.
16. - Bande (4) selon la revendication 15, les premières zones (7) ayant une première taille moyenne de grains (G1ASTM) et les deuxièmes zones (10) ayant une deuxième taille moyenne de grain (G2ASTM), la différence en valeur absolue entre la première taille de grains (G1ASTM) et la deuxième taille de grains (G2ASTM) étant inférieure ou égale à 0,5 indice selon la norme ASTM E112-10.
17. - Bande selon l'une des revendications 15 et 16, l'alliage à base de fer comprenant en poids :
34,5≤ Ni≤ 42,5%
0,15%≤ Mn≤ 0,5%
0,1%≤ Si≤ 0,35%
0,010%≤C≤ 0,050%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01%≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration.
18. - Flan (12) susceptible d'être obtenu par le procédé de la revendication 12 ou 13, le flan (12) ayant, selon sa longueur, au moins une première zone renforcée (14) ayant une première épaisseur (e+s) et au moins une deuxième zone (13) ayant une deuxième épaisseur (e) inférieure à la première épaisseur (e+s), le flan (12) étant en alliage à base de fer et comprenant en poids:
34,5%≤ Ni≤ 53,5%
0,15%≤Mn≤ 1,5%
0≤ Si≤ 0,35%, de préférence 0,1%≤ Si≤ 0,35%
0≤ C≤ 0,07%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01%≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration.
19. - Flan (12) selon la revendication 18, la première zone renforcée (14) ayant une première taille moyenne de grains (G1ASTM) et la deuxième zone (13) ayant une deuxième taille moyenne de grain (G2ASTM), la différence en valeur absolue entre la première taille de grains (G1ASTM) et la deuxième taille de grains (G2ASTM) étant inférieure ou égale à 0,5 indice selon la norme ASTM E112-10.
20. - Flan selon l'une des revendications 18 et 19, l'alliage à base de fer comprenant en poids :
34,5≤ Ni≤ 42,5%
0,15%≤ Mn≤ 0,5%
0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0,010%≤C≤ 0,050%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration.
21 . - Tronçon de tube (18) susceptible d'être obtenu par le procédé selon la revendication 14, lequel est réalisé dans un alliage à base de fer comprenant en poids :
34,5%≤ Ni≤ 53,5%
0,15%≤ Mn≤ 1 ,5%
0≤ Si≤ 0,35%, de préférence 0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0≤ C≤ 0,07%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration, et lequel tronçon comprend une zone centrale (20) cylindrique d'épaisseur (e) encadrée par des extrémités renforcées (22) cylindriques formées d'une pièce avec la zone centrale (20), d'épaisseur supérieure à l'épaisseur (e) de la zone centrale (20).
22. - Tronçon de tube (18) selon la revendication 21 , dans lequel l'alliage à base de fer comprend, en poids :
34,5≤ Ni≤ 42,5%
0,15%≤ Mn≤ 0,5%
0,1 %≤ Si≤ 0,35%
0,010%≤C≤ 0,050%
optionnellement :
0≤Co≤20%
0≤Ti≤0,5%
0,01 %≤Cr≤0,5%
le reste étant du fer et des impuretés résultant nécessairement de l'élaboration.
23. - Ensemble comprenant au moins un flan (12) selon l'une des revendications 18 à 20 et une pièce (16) soudée au flan (12).
24. - Ensemble selon la revendication 23, dans lequel la pièce (16) est soudée à la première zone renforcée (14) du flan (12).
25.- Ensemble selon la revendication 24, dans lequel la pièce (16) est un flan (12) selon l'une des revendications 18 à 20.
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