Procédé pour augmenter la résistance mécanique de corps creux en acier. La présente invention a pour objet un procédé pour augmenter la résistance méca nique de corps creux en acier, tels que des conduites forcées ou des récipients destinés à supporter des pressions élevées, ce procédé tendant à obtenir la meilleure utilisation du métal.
Dans ce but, divers procédés ont été préco nisés, consistant, d'une fanon générale, à faire subir au métal de l'ouvrage en totalité ou dans certains de ses éléments un écrouissage rele vant sa limite élastique.
(C'est ainsi que, suivant la technique dite dle l'autofrettage à froid, on réalise l'ouvrage au moyen d'un tuyau sur lequel on enfile des frettes convenablement espacées et qu'on soumet à une pression suffisante pour que sa paroi prenne une déformation permanente en prenant contact avec des frettes (brevet suisse N 1463715).
Une autre technique consiste à plagier le tuyau à l'intérieur d'un moule de dimensions supérieures à son diamètre extérieur et à le mettre sous pression jusqu'à ce que les parois viennent, s'appliquer sur le moule en dépas sant leur limite élastique. Les tuyaux ainsi réalisés sont dits surpressés .
On obtient encore une économie notable de métal en appliquant à l'ouvrage un sur- pressage, suivi d'un autofrettage. On réalise iiussi avantageusement en une même opération simultanée le surpressage et l'autofrettage (brevet suisse N 287299). Dans tous ces procédés, on augmente la résistance du métal ou, pour une même résis tance, on diminue le poids de métal mis en c#uvre en augmentant sa limite élastique par un écrouissage préalable. Il en résulte une meilleure utilisation du métal, donc une éco nomie sensible sur le prix des ouvrages, con duites forcées, réservoirs, récipients, etc.
L'effet de l'écrouissage peut être recher- ehé sur le métal constituant le tuyau, sans intéresser les frettes. Mais on a proposé aussi (le provoquer également une déformation élas tique des frettes elles-mêmes, ce qui a le dou ble avantage de réaliser une économie supplé mentaire et de donner aux ouvrages un coef ficient (le sécurité supérieur (brevet suisse No 285862).
La présente invention a pour objet un pro cédé pour augmenter encore la résistance mé canique de tels corps creux en acier, ayant subi en partie au moins un écrouissage à froid augmentant. leur limite élastique permettant d'obtenir une encore meilleure utilisation du métal et une économie sensible. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on soumet les parties écrouies à un traitement. thermique les main tenant pendant, au moins 30 minutes à une température comprise entre 225 et 275 <B>C</B>.
Ce traitement thermique portera, dans ce qui suit, le nom de vieillissement artificiel . L'application du traitement thermique se lon l'invention consécutif aux opérations mé- eaniques d'écrouissage augmente sensiblement la limite élastique du métal. Cette augmenta- tion de la limite élastique est relativement fort importante, pouvant aller jusqu'à 50 % de la limite élastique initiale pour un degré d'écrouissage relativement faible.
Le traitement selon l'invention se traduit généralement par une réduction de la rési lience. Mlais cette réduction n'est pas très sen sible, de l'ordre de 10 % au maximum, ce qui est sans inconvénient sur la tenue de l'ou vrage.
La température du traitement est relative ment basse, de l'ordre de 250 C. L'expérience révèle, en effet, que la limite élastique du nmé- tal écroui croît d'abord lorsque la tempéra ture augmente, propriété mise à profit selon l'invention, mais décroît ensuite rapidement lorsqu'on dépasse la température de l'ordre de 250 C.
Cette particularité différencie nettement le procédé ci-dessus défini des traitements thermiques usuels tels que le recuit. Par le recuit, on cherche à faire disparaître, par transformation de structure, les tensions in ternes provenant des déformations subies par le métal, afin de le ramener à un état d'équi libre faisant disparaître l'écrouissage. Au contraire, le traitement, envisagé, s'appliquant à un métal préalablement et volontairement écroui, conserve les effets de l'étirage à froid préalable en les intensifiant, et ceci sans mo dification de structure physico-chimique.
La durée de traitement dépendra de la nature du métal et de la forme de l'ouvrage. Elle sera déterminée par l'expérience, de telle sorte que la température requise soit atteinte uniformément, sans dépassement local, en tous les points de l'ouvrage.
Le traitement de viellissement artificiel s'applique aux ouvrages construits selon l'un quelconque des procédés ci-dessus indiqués, qui comportent lui écrouissage à froid, tel que conduites surpressées ou frettées ou surpres- sées autofrettées ou encore aux réservoirs fret- tés selon les mêmes techniques.
Il peut être effectué sur tout ou partie desdits ouvrages, c'est-à-dire sur l'ouvrage entier après exécution complète ou seulement sur certains de ses éléments au cours de leur fabrication.
En particulier, dans le cas d'un corps creux fretté dans lequel non seulement la pa roi du corps creux, mais aussi les frettes sont écrouies à froid, on peut procéder au viellis- sement artificiel sur les frettes seules préala blement écrouies, séparément et avant leur montage sur le corps creux. Exemple 1: O)n réalise un élément de conduite forcée au moyen d'un tuyau surpressé en acier.
Au cours de l'opération de surpressage la limite élastique du métal, initialement (le 34 kg/mm2 est portée à 40 kg/mm2 après allongement permanent de 2 o%o.
Ce tuyau est ensuite placé dans un four et soumis pendant une heure à la température (le 250 C.
On constate que la limite élastique du mé tal se trouve portée à 46 kg. Il est donc sus ceptible de supporter, avec le même coeffi cient de sécurité, une pression de 1,15 fois plus élevée que celle qu'il pouvait supporter avant traitement. Exemple 2: On réalise suivant la technique des tuyaux surpressés autofrettés un élément de conduite forcée dont le tuyau est en tôle d'acier ayant une limite élastique de 34 kg/mm2. Ce tuyau est maintenu par des frettes en acier laminé traité ayant une limite élastiquede 70kg/mm2.
Après la ou les opérations de surpressage et d'autofrettage, la limite élastique est por tée: pour le tuyau à 4O kg/mm2 et pour les frettes à 85 kg/mm2 avec un allongement per manent de ? /o.
On place le tuyau autofretté surpres.sé dans un four où il est. maintenu à 250 C pen dant 1 heure.
Après ce traitement., la limite élastique du tuyau est de -16 kg/mm2 et. celle des frettes se trouve portée à. 105 kg/mm=. La pression que le tuyau peut supporter est de 1,4 fois plus élevée que celle qu'il pouvait supporter aupa- ravant avec le même coefficient de sécurité. Inversement pour une même pression d'utili sation, on peut taire une économie de 20 % en poids de métal. Si l'on conserve à la paroi son épaisseur initiale, on peut réaliser une écono mie de 36 % o sur le poids du métal des frettes.
Process for increasing the mechanical resistance of hollow steel bodies. The present invention relates to a method for increasing the mechanical resistance of hollow steel bodies, such as penstocks or vessels intended to withstand high pressures, this method tending to obtain the best use of the metal.
For this purpose, various methods have been recommended, consisting, of a general dewlap, in subjecting the metal of the work in whole or in some of its elements to a work hardening raising its elastic limit.
(Thus, according to the technique known as cold autofrettage, the work is carried out by means of a pipe on which suitably spaced hoops are threaded and which is subjected to sufficient pressure so that its wall takes on a permanent deformation by making contact with the hoops (Swiss patent N 1463715).
Another technique consists of plagiarizing the pipe inside a mold of dimensions greater than its external diameter and of putting it under pressure until the walls come, to be applied on the mold by exceeding their elastic limit. . The pipes thus produced are said to be overpressed.
A notable saving in metal is also obtained by applying overpressing to the work, followed by autofrettage. The overpressing and the autofrettage are also advantageously carried out in a single simultaneous operation (Swiss patent N 287 299). In all of these processes, the strength of the metal is increased or, for the same strength, the weight of the metal used is reduced by increasing its elastic limit by prior work hardening. This results in better use of metal, and therefore a significant saving in the price of structures, penstocks, tanks, receptacles, etc.
The effect of strain hardening can be sought on the metal constituting the pipe, without affecting the hoops. But it has also been proposed (also to cause an elastic deformation of the frets themselves, which has the double advantage of achieving additional savings and of giving the structures a coefficient (superior safety (Swiss patent No 285862) .
The present invention relates to a process for further increasing the mechanical resistance of such hollow steel bodies, having undergone at least part of an increasing cold work hardening. their elastic limit making it possible to obtain an even better use of the metal and a significant economy. This process is characterized in that the hardened parts are subjected to a treatment. thermal holding them for at least 30 minutes at a temperature between 225 and 275 <B> C </B>.
This heat treatment will be referred to as artificial aging in what follows. The application of the heat treatment according to the invention following the mechanical work hardening operations appreciably increases the elastic limit of the metal. This increase in the elastic limit is relatively large, possibly going up to 50% of the initial elastic limit for a relatively low degree of hardening.
The treatment according to the invention generally results in a reduction in the resistance. But this reduction is not very noticeable, of the order of 10% at most, which has no disadvantage in terms of the performance of the structure.
The temperature of the treatment is relatively low, of the order of 250 C. Experience shows that the elastic limit of the work-hardened nmetal first increases when the temperature increases, a property taken advantage of depending on the temperature. invention, but then decreases rapidly when the temperature is exceeded on the order of 250 C.
This particularity clearly differentiates the process defined above from the usual heat treatments such as annealing. By annealing, one seeks to make disappear, by transformation of structure, the internal tensions resulting from the deformations undergone by the metal, in order to bring it back to a state of free equi making disappear the hardening. On the contrary, the treatment envisaged, applying to a metal which has been previously and deliberately hardened, retains the effects of the prior cold drawing by intensifying them, and this without modifying the physicochemical structure.
The duration of treatment will depend on the nature of the metal and the shape of the work. It will be determined by experience, so that the required temperature is reached uniformly, without local overshoot, at all points of the structure.
The artificial aging treatment applies to structures built according to any one of the above-indicated processes, which include cold work hardening, such as overpressed or shrink-wrapped or self-fretted overpressed pipes or even to tanks fretted according to specifications. same techniques.
It can be carried out on all or part of said structures, that is to say on the entire structure after complete execution or only on some of its elements during their manufacture.
In particular, in the case of a shrunken hollow body in which not only the pa king of the hollow body, but also the hoops are cold work-hardened, it is possible to proceed with artificial aging on the frets only previously work-hardened, separately and before their assembly on the hollow body. Example 1: O) n makes a penstock element using a steel pressure pipe.
During the overpressing operation the elastic limit of the metal, initially (the 34 kg / mm2 is brought to 40 kg / mm2 after permanent elongation of 2 o% o.
This pipe is then placed in an oven and subjected for one hour to the temperature (the 250 C.
It can be seen that the elastic limit of the metal is raised to 46 kg. It is therefore possible to withstand, with the same safety coefficient, a pressure 1.15 times higher than that which it could withstand before treatment. Example 2: A penstock element, the pipe of which is made of sheet steel having an elastic limit of 34 kg / mm2, is produced using the technique of self-fretted pressure pipes. This pipe is held in place by treated rolled steel hoops with an elastic limit of 70 kg / mm2.
After the overpressing and autofrettage operation (s), the elastic limit is increased: for the pipe to 40 kg / mm2 and for the hoops to 85 kg / mm2 with a permanent elongation of? / o.
The overpressed autofretted pipe is placed in an oven where it is. maintained at 250 C for 1 hour.
After this treatment, the elastic limit of the pipe is -16 kg / mm2 and. that of the frets is brought to. 105 kg / mm =. The pressure that the hose can withstand is 1.4 times greater than that which it could withstand before with the same safety coefficient. Conversely, for the same working pressure, a saving of 20% by weight of metal can be achieved. If we keep the wall its initial thickness, we can achieve a saving of 36% o on the weight of the metal of the hoops.