FR2488532A1 - Procede de laminage ecrouissant a taux regle pour bandes d'acier doux recuites sous cloche - Google Patents

Abstract

L'ELABORATION DE BANDES DE FER NOIR OU BLANC DESTINEES NOTAMMENT A LA FABRICATION D'EMBALLAGE COMPORTE, APRES UN LAMINAGE A FROID QUI LES AMENE SENSIBLEMENT A EPAISSEUR, UN RECUIT ET UN SECOND LAMINAGE ECROUISSANT, EFFECTUE GENERALEMENT A SEC AVEC UN ALLONGEMENT D'ENVIRON 2 AU PLUS. AVEC LES NUANCES D'ACIER COULEES EN CONTINU, PREVUES POUR UN RECUIT EN CONTINU, LE RECUIT SOUS CLOCHE CONDUIT, AVEC UN ECROUISSAGE CLASSIQUE, A DES DURETES INSUFFISANTES. SUIVANT LA PRESENTE INVENTION, LE LAMINAGE ECROUISSANT EST EFFECTUE AVEC UN ALLONGEMENT CHOISI ENTRE 4 ET 20, PROCURANT LA DURETE VOULUE SUR UN LAMINOIR A DEUX CAGES 11, 12, L'ALLONGEMENT ETANT OBTENU ESSENTIELLEMENT DANS LA CAGE 11. A L'ENTREE DE CETTE CAGE ON LUBRIFIE LA BANDE AVEC UNE EMULSION D'HUILE DANS L'EAU, ON LAVE A L'EAU VERS 50C AU SORTIR DE LA CAGE 11, ET ON SOUFFLE L'EXCES D'EAU AU SORTIR DE LA CAGE 12. LES CYLINDRES DE CAGE 12 SONT RECTIFIES FINEMENT, TANDIS QUE CEUX DE LA CAGE 11 SONT RECTIFIES AVEC UNE RUGOSITE D'AUTANT PLUS ELEVEE QUE L'ALLONGEMENT CHOISI EST FAIBLE.

Description

i L'invention a trait à un procédé d'écrouissage par laminage de bandes

d'acier doux destinées notamment à la fabrication d'emballages, cet écrouissage prenant sa place dans la fabrication des bandes, o des tôles en bobines provenant d'acier de nuance prévue pour coulée en continu

sont amenées sensiblement à épaisseur de bande par un pre-

mier laminage à froid, recuites en sorte de faire disparaî--

tre les anisotropies structurelles engendrées par le premier laminage, puis écrouiez par un second laminage en sorte

d'amener le métal de bande à dureté choisie. Plus précisé-

ment, le procédé est destiné à conférer à des bandes recui-

tes sous cloche une dureté comparable à celle de bandes re-

cuites en continu et écrouies par laminage à sec avec un

allongement inférieur à 2%.

L'invention prend sa place dans l'évolution techniologi-

que de l'élaboration des bandes d'acier destinées principa-

lement à la fabrication d'emballages, sous forme de fer blanc et de fer noir, c'est-à-dire de bandes laminées à

froid d'épaisseurs nominales allant de 0,15 à 0,49 mm, con-

formes à la norme TS0 1111/Il (1976). Par fer blanc on en--

tend des bandes ou des feuilles recouvertes d'étain, et par fer noir des bandes correspondantes non étamées, soit au stade précédant l'étamage, soit destinées à la fabrication

d'articles protégés par divers traitements de surface. L'in-

vention se rapporte à l'élaboration des bandes à l'état de fer noir, à un stade précédant l'étamage du fer blanc ou

tout autre traitement de surface.

L'élaboration des bandes se fait à partir de bobines de t8les d'épaisseur de l'ordre de 2 ma, qui subissent un premier laminage à froid, au cours duquel les tôles sont réduites en épaisseur avec un allongement corrélatif, pour

donner des bandes dont l'épaisseur est sensiblement l'épais-

seur finale de la bande de fer noir. Les bandes sont alors recuites sous atmosphère protectrice, pour faire disparaître les anisotropies structurelles engendrées par le premier laminage, o le métal a subi un allongement considérable lui conférant une structure cristalline fibreuse. Mais, à la suite du recuit, le métal est trop mou pour une mise en oeuvre par déformation. On lui fait donc subir un second

laminage à faible allongement, pour l'écrouir et lui confé-

rer la dureté requise pour les mises en forme ultérieures.

Ce second laminage, écrouissant, parfait en outre le fini des bandes. Les tôles elles-mêmes ont été élaborées par laminage à

chaud de brames.

Pendant longtemps, les brames ont été obtenues à par-

tir d'acier coulé en lingotières. Le recuit des bandes après le premier laminage à froid était effectué en bobine sous cloche. Les nuances d'acier utilisé étaient telles que le

second laminage, écrouissant, conférait aux bandes une dure-

té convenable avec un allongement d'environ 1 à 2%, Parallèlement au développement de la coulée en continu

de l'acier, qui permet une plus grande régularité de compo-

sition du métal et partant une plus grande régularité des

propriétés mécaniques et structurelles des produits élabo-

rés, tÈles et bandes, et permet également des cadences de production supérieures, on a développé des techniques de recuit en continu, o la bande, après avoir subi un premier

laminage, traverse un four de recuit, avant la mise en bobi-

ne à destination du second laminage écrouissant. Ce recuit en continu s'exécute beaucoup plus rapidement que le recuit classique en bobine sous cloche, et comporte notamment des phases d'échauffement et de refroidissement brèves. Il en résulté que la structure cristalline de l'acier après recuit en continu est nettement plus fine qu'après un recuit sous cloche, avec comme conséquence une dureté supérieure, qui se

répercute évidemment sur la dureté de la bande après lamina-

ge écrouissant. En conséquence les nuances d'aciers de cou-

lée continue des tôles en bobine destinées à l'élaboration de bandes de fer noir ont été modifiées par-réduction de la teneur en éléments durcissants, afin d'obtenir des duretés convenables des fers noirs en bande élaborés suivant les processus de coulée continue des aciers, et de recuit en

continu des bandes à la suite du premier laminage. On note-

ra que l'utilisation de nuances plus douces d'acier présen-

te un avantage évident pour le laminage à froid, en rédui-

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sant l'énergie nécessaire pour obtenir la réduction d'épais-

seur voulue,

Cependant, l'aménagement d'une installation de lamina-

ge à froid pour l'élaboration de bandes avec incorporation d'un four de recuit continu exige des investissements très lourds, qui ne sont rentables que si le tonnage produit est

suffisamment important. On a estimé que le tonnage corres-

pondant au seuil de rentabilité se situe, en'tout état de cause, au-delà de 100:000 tonnes par an. Pour des tonnages inférieurs au tonnage de seuil de rentabilité, le recuit en bobine sous cloche s'impose, et l'on se trouve devant le

dilemme suivant: ou bien renoncer aux avantages de régula-

rité du métal, et de facilité de laminage à froid procurés par les tôles provenant d'aciers de coulée continue, et utiliser des tôles provenant d'aciers coulés en lingotière, de dureté supérieure ou bien élaborer des bandes de fer noir de dureté inférieure à la dureté des bandes recuites

en continu, requise usuellement pour la mise en forme ulté-

rieure. Dans les deux cas, la compétitivité commerciale des

bandes qui ont subi un recuit sous cloche est compromise.

L'invention a pour objectif principal un procédé d'é-

arouissage de bandes provenant d'acier de nuance prévue pour coulée en continu, et recuites sous cloche, qui leur

confère une dureté comparable à celle de bandes correspon-

dantes recuites en continu, L'invention a également pour objectif un procédé d'écrouissage de bandes qui soit applicable à des trains de

laminoirs classiques sans transformations importantes.

A ces effets, l'invention propose, dans la fabrication de bandes d'acier doux destinées notamment à la fabrication d'emballages, o des tôles en bobine provenant d'acier de

nuance prévue pour coulée en continu sont amenées sensible-

ment à épaisseur de bande par un premier laminage à froid, recuites en sorte de faire disparaître les anisotropies structurelles engendrées par le premier laminage, puis écrouies par un second laminage à faible allongement en sorte d'amener le métal de bande à une dureté choisie, un procédé de laminage écrouissant destiné à conférer à des bandes recuites sous cloche une dureté comparable à celle de bandes recuites en continu et écrouies par laminage à sec avec un allongement inférieur à 2%, caractérisé en ce qu'on le conduit sur deux cages successives, en sorte que l'allongement résultant soit réglé à une valeur choisie entre 4 et 20% et obtenu en majeure partie dans la première cage, on lubrifie la bande à l'entrée de la première cage par projection d'une émulsion d'huile dans l'eau, on lave la bande à l'eau à température supérieure à la température

ambiante entre les cages, et on sèche la bande par souffla-

ge d'air en sortie de deuxième cages Il est connu de lubrifier les tôles à l'entrée de cages de laminage à froid, pour faciliter la réduction d'épaisseur

de la tôle dans la cage. On utilise généralement des émul-

sions d'huiles, dites organiques en terme de métier, qui sont des triglycérides, d'origine végétale ou animale. Dans

l'élaboration de bandes dites à double réduction, qui subis-

sent après le recuit suivant le premier laminage, une secon-

de réduction d'épaisseur accompagnée d'un allongement de plus de 50%b, on met en oeuvre également une lubrification des bandes à l'entrée des cages de seconde réduction, en

utilisant soit des émulsions d'huiles organiques, soit sou-

vent des émulsions d'huiles minérales ou synthétiques, trai-

tées pour donner aisément des émulsions stables. On précise

que les bandes à double réduction présentent des taux d'é-

crouissage élevés et sont réservées à des usages spéciaux,

différents des usages des bandes de fer noir (à simple réduc-

tion). On sait traiter des bandes en laminage écrouissant,

avec lubrification analogue à celle pratiquée en double ré-

duction. Le but visé est essentiellement une amélioration de

la finition des bandes, par réduction de l'adhérence de dé-

pôts résiduels après recuit afin d'éviter l'incrustation superficielle des résidus sur la bande, et par réduction de l'encrassage des cylindres de laminoir. Corrélativement on a remarqué que la lubrification augmentait l'allongement de

la bande lors de l'écrouissage, notamment aux grandes vites-

ses de défilement, tandis que la dureté de la bande écrouie

diminuait quelque peu à allongement égal. Pour ne pas s'é-

carter des propriétés mécaniques conférées aux bandes écrouies à sec en processus usuel avec des allongements

inférieurs à 2,o, on admet que les allongements en écrouis-

sage humide ne doivent pas dépasser 3%. L'opinion des gens

du métier est que cet écrouissage humide ne présente d'inté-

rêt que pour nettoyer les cylindres encrassés.

Or la Demanderesse a constaté qu'il était possible de régler le taux d'écrouissage des bandes après un recuit sous cloche, en réglant corrélativement le taux d'allongement au passage dans les cages d'écrouissage, la dureté finale de

la bande croissant avec le taux d'allongement, et cette du-

reté finale pouvant être ajustée de façon reproductible

avec une bonne précision à condition que le taux d'allonge-

ment soit contr8lé étroitement à l'intérieur d'une gamme de 4 à 20%. Une étude minutieuse des paramètres gouvernant la constance du taux d'allongement a fait ressortir que la lubrification à l'entrée de la première cage, o doit se réaliser en majeure partie l'allongement, joint au lavage entre les deux cages en sorte que la bande soit très peu lubrifiée à l'entrée dans la seconde cage, était essentiel pour le contrôle de l'allongement. Par ailleurs, la bande finie doit être enroulée à sec pour éviter l'oxydation, et le séchage résulte de l'utilisation d'eau chauffée pour le lavage, en vue de son évaporation ultérieure rapide, et du

soufflage en sortie de deuxième cage pour réduire au mini-

mum la quantité d'eau à évaporer*.

De préférence, la rugosité des cylindres de première cage est comprise entre 3,5 et 1 micromètres Ra, tandis que celle des cylindres de deuxième cage est comprise entre 0,75 et 0,4 micromètre Ra. Ces rugosités, qui correspondent à un état de surface relativement rugueux pour la première cage, et un état finement rectifié pour la seconde cage, se sont avérées utiles pour que l'allongement soit en majeure

partie obtenu dans la première cage, avec un contr8le effi-

cace de l'allongement total.

De préférence d'ailleurs l'allongement au passage de la première cage représente de 85 à 95% de l'allongement

total à l'écrouissage.

Il est à remarquer que des allongements de 4 à 20% correspondent à des réductions d'épaisseur respectivement de 3,8 à 16,7X, c'est-à-dire des variations d'épaisseur, pour une bande de 0,2 mm4 d'épaisseur respectivement de 7,6 à 33,4 micromètres. Le contrôle à 1% près de l'allongement,

s'il devait être effectué sur l'épaisseur de la bande, im-

poserait un contrôle d'épaisseur à 2 micromètres près. Il est clair que le seul contr8le d'épaisseur, tel qu'il est pratiqué pour la réduction d'épaisseur, serait inopérant pour régler la dureté de la bande en sortie d'éerouissage

dans la gamme requise. Par ailleurs, l'écrouissage classi-

que avec des allongements inférieurs à 2% se situe dans une zone o la dureté finale dépend peu de l'allongement, qui ne nécessite donc pas un contr8le serré, De préférence, l'émulsion d'huile dans l'eau utilisée pour la lubrification est à une teneur comprise entre 1 et

10% d'huile.

De préférence également l'eau de lavage entre les ca-

ges est à 500C environ, ce qui correspond à un bon compro-

mis entre les exigences de vitesse d'évaporation, et l'ab-

sence de zones prématurément séchées.

Par ailleurs, l'eau de lavage contiendra de préférence environ 0,2% en poids de nitrite de sodium, pour passiver la surface de la bande et éviter une oxydation ultérieure,

Les caractéristiques et avantages de l'invention res-

sortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à

titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma de laminoir à deux cages,

aménagé pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'inven-

tion;

la figure 2 est un diagramme de dureté finale en fonc-

tion de l'allongement0 Comme on le voit figure 1, le laminoir comporte deux cages successives 11 et 12, première et seconde cages dans le sens du défilement de la bande 10 indiqué par la flèche lqa. Ces cages comportent respectivement des cylindres supérieurs lla et 12a et des cylindres inférieurs llb et

l2b. La bande 10 à écrouir est débitée à partir d'une bobi-

ne 1, qui a été préalablement recuite en atmosphère protec- trice sous une cloche classique. La bande 10 passe sur une paire de rouleaux tendeurs 2, freinés pour mettre la bande sous tension. Au sortir des rouleaux tendeurs 2, la bande s'engage entre les cylindres lla et llb de la première cage 11, puis entre les cylindres 12a et l2b de la cage 12, avant de passer entre une paire de rouleaux tendeurs 4, puis de s' enrouler sur une bobine réceptrice 5. Comme il est classique, les couples exercés sur les axes des rouleaux

tendeurs 2 et 4 sont ajustés par asservissement pour donner.

à la bande une tension réglée, et les vitesses et couples

d'entraînement des cylindres de cage 11 et 12 sont ajusta-

bles en coopération avec le serrage des cages pour régler

les allongements.

Pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention, les cylindres lla et llb sont rectifiés avec une rugosité de 3 micromètres Ra, tandis que les cylindres 12a et 12b

sont rectifiés polis avec une rugosité de 0,6 micromètre Ra.

On rappelle que la rugosité Ra est la moyenne quadratique des écarts de la surface réelle à la surface théorique. Par

ailleurs, on a équipé le laminoir de rampes de pulvérisa-

tion 6 à l'entrée de la cage 11, et 7 au voisinage de la sortie de cette cage 11, et de rampes de soufflage 8 au sortir de la cage 12. Les rampes 6 sont alimentées sous une pression réglable de 2 à 5 bars, par de l'eau additionnée de 5% environ d'huile, en l'espèce une huile synthétique

vendue sous la dénomination FCF 106 par la Société CRODA.

Le débit des rampes est réglé par la pression d'alimentation, pour apporter en ordre de grandeur, 250 g d'huile pour

1 000 m2 de surface exposée de bande (c'est-à-dire en comp-

tant les deux c8tés)0 Les rampes 7 sont alimentées en eau à la température de 500C environ, à raison d'environ 0,2 à 0,4 m5 d'eau pour 1 000 M2 de surface exposée de bande. L'eau est additionnée de 5 kg de nitrite de sodium par mètre cube. Bien entendu, l'eau qui s'écoule de la bande après lavage est reprise et

traitée pour gtre recyclée.

Le soufflage par les rampes 8 est exécuté à l'air com-

primé, et réglé pour qu'au-delà la bande soit humide, mais non mouillée. Le film d'eau qui reste en surface au-delà des rampes de soufflage 8 s'évapore progressivement pour dispac raltre avant l'enroulement sur la bobine réceptrice 50 La traction sur la bande 10 entre les rouleaux tendeurs 2 et 4, les vitesses périphériques des cylindres de cage l1 et 12, et le serrage des cages sont réglés, selon les règles de l'art, pour que l'allongement ait une valeur choisie, et

que 90% environ de cet allongement se produise dans la pre-

mière cage 11. La cage 12 a essentiellement pour rôle de planer et améliorer le fini de la bande 10, de régulariser la traction sur la bande (entre 20 et 40 kN normalement) du côté de la cage 11, et accessoirement essorer la bande, Il va sans dire que les valeurs de paramètres indiquées ci-dessus sont-des valeurs moyennes, déterminées par la Demanderesse au cours de nombreux essais. Mais le paramètre

le plus important, auquel les autres paramètres sont subor-

donnés, est l'allongement conféré à la bande, en7 fonction de l'état de la bande après le recuit sous cloche et de la

dureté finale souhaitée.

On présente ci-après des résultats d'essais d'écrouis-

sage destinés à préciser la relation entre allongement et dureté finale, pour deux aciers coulés en continu; A et B, dont les compositions sont données dans le tableau suivant

(teneurs en constituants en p.p.m.).

TABLEAU

j C Mn P S

A 300-650 2000-5000 < 200 <300

900-1300 4000-6000 1200 <300

La figure 2 indique la dureté, exprimée en Rockwell HR 30T des bandes écrouies, en fonction de l'allongement

conféré. On voit que la relation entre dureté et allonge-

ment est sensiblement linéaire entre 4 et 2oe/o d'allongement.

La bande de nuance A passe de 61 Rockwell HR 30T pour 4% d'allongement à 69 HR 30T pour 20% d'allongement, et la bande de nuance Bpasse de 64 à 71 HER 30T pour ces allonge-

ments limites.

En conséquence, pour un fer noir de dureté spécifiée de 65 + 4 HR 30T, on écrouira la bande nuance A avec un allongement d'environ 13%, et la bande de nuance B avec un

allongement d'environ 7%.

Il est par ailleurs clair que l'établissement de dia-

grammes d'étalonnage d'écrouissage, en fonction des nuances d'acier utilisées et des conditions de recuit sous cloche

relève d'essais de routine.

On précisera toutefois que les essais ont confirmé que

la rugosité des cylindres de première cage devait être d'au-

tant plus élevée que l'allongement choisi est faible, une rugosité Ra de 3,5 micromètres convenant à des allongements

de 4%, tandis que pour des allongements de 20%, une rugosi-

té de 1 micromètre Ra convenait bien.

On notera que, parallèlement à la rugosité des cylin-

dres de première cage, le pouvoir lubrifiant de l'émulsion

d'huile a un effet sur l'allongement. Il est indiqué d'uti-

liser une huile à pouvoir lubrifiant intrinsèque plut8t ré-

duit, mais à teneur relativement élevée dans l'émulsion, ce qui rend plus aisé le contr8le de la teneur en huile de l'émulsion et partant la régularité du pouvoir lubrifiant

de l'émulsion.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exem-

ples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exé-

cution dans le cadre précis du problème que la Demanderesse vise à résoudre. On conçoit notamment que l'écrouissage peut être pratiqué sur un laminoir comportant plus de deux cages, en n'utilisant que deux cages opérantes. Par ailleurs, on pourrait mettre en oeuvre le procédé avec deux laminoirs à une cage, en respectant les conditions opératoires propres à chaque cage suivant les enseignements présentés ci-dessus, encore que l'utilisation d'un laminoir à au moins deux cages

soit preféree.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Dans la fabrication de bandes d'acier doux destinées notamment à la fabrication d'emballages, o des tôles en bobine provenant d'acier de nuance prévue pour coulée en continu sont amenées sensiblement à épaisseur de bande par

un premier laminage à froid, recuites en sorte de faire dis-

paraitre les anisotropies structurelles engendrées par le premier laminage, puis écrouies par un second laminage à faible allongement en sorte d'amener le métal de bande à une dureté choisie, procédé de laminage écrouissant destiné à conférer à des bandes recuites sous cloche une dureté comparable à celle de bandes recuites ern continu et écrouies par laminage à sec avec un allongement intérieur à 2%,

caractérisé en ce qu'on le conduit sur deux cages successi-

ves en sorte que l'allongement résultant soit réglé à une valeur choisie entre 4 et 20% et obtenu en majeure partie dans la première cage, on lubrifie la bande à l'entrée de la première cage par projection d'une émulsion d'huile dans l'eau, on lave la bande à l'eau à température supérieure à la température ambiante entre les cages, et on sèche la

bande par soufflage d'air en sortie de deuxième cage.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en

ce que la rugosité des cylindres de première cage est com-

prise entre 3,5 et 1 micromètres Ra, tandis que celle des cylindres de deuxième cage est comprise entre 0,75 et 0,4

micromètre Ra.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'allongement dans la première cage représente 85 à % de l'allongement totalo

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsion est à 1-1lo d'huile dans l'eauo

5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en

ce que l'eau de lavage est à 50 C environ.

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau de lavage contient environ 0,2% en poids de

nitrite de sodium.