FR3112297A1 - Procédé et équipement de refroidissement sur un Laminoir réversible à chaud - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un laminoir à chaud réversible équipé d’un ou plusieurs systèmes de refroidissement constitués de rampes de buses qui aspergent une ébauche en aluminium. Elle concerne également le procédé de laminage à chaud associé à ce laminoir à chaud réversible dans lequel le système de refroidissement sert au moins une fois qui permet de produire des tôles en aluminium de façon avantageuse. Elle concerne également le procédé de laminage d’un alliage d’aluminium de la série AA6xxx dans lequel une ébauche est refroidie au cours du laminage à chaud et une tôle mince obtenue par ce procédé. L’invention permet d’améliorer la productivité des laminoirs réversibles en améliorant la qualité métallurgique et/ou la productivité des autres étapes de transformation. L’invention est particulièrement utile pour fournir des tôles en alliage 6xxx de qualité supérieure destinées à l’industrie automobile.
Description
Domaine de l’invention
L'invention concerne le domaine du laminage des produits plats en alliage d’aluminium. Plus précisément, l'invention concerne un laminoir à chaud réversible équipé d’un système de refroidissement particulièrement rapide, homogène et reproductible pour des produits plats en alliage d’aluminium.
L'invention concerne également le procédé mis en œuvre par ledit laminoir à chaud réversible équipé d’un système de refroidissement qui permet un meilleur contrôle thermique des produits plats en alliage d’aluminium pendant le laminage. L’invention porte également sur une tôle mince dont le procédé utilise un refroidissement en cours de laminage à chaud qui peut être obtenu par l’invention.
Etat de la technique
Une ligne à chaud pour le laminage des alliages d’aluminium comporte toujours un laminoir réversible (c’est-à-dire qui lamine par aller et retour) aussi appelé ébaucheur ou dégrossisseur et, éventuellement, un laminoir multi-cages aussi appelé laminoir tandem, à la sortie du quel le métal encore chaud est enroulé. Le nombre de passes et la prise de passe (réduction d’épaisseur par passe) dépendent de la dureté du produit (sa contrainte d’écoulement) et bien sûr, de la puissance du laminoir, en termes de couple et d’effort. La productivité impose que l’on prenne les plus grandes réductions possibles à chaque passe. Cependant, on est alors limité par la capacité du laminoir en termes d’effort de laminage et/ou de couple de laminage, comme cela est décrit par exemple dans l’article « Mise en forme de l’aluminium – Laminage – Patrick Deneuville, © Techniques de l’Ingénieur – 2010 ». Au cours des transformations à chaud de l’aluminium telles que le laminage à chaud, la température du métal est toujours d’au moins typiquement 200 °C.
On connait par ailleurs des lignes à chaud dans lesquelles deux laminoirs réversibles se suivent suivis d’un laminoir tandem.
Les laminoirs à chaud réversibles sont souvent des goulots de production dans les usines et au vu des investissements considérables qu’ils représentent, augmenter leur productivité est un enjeu majeur et de manière évidente on a toujours pensé à augmenter la capacité du laminoir en termes d’effort et/ou de couple de laminoir.
Dans l’état technique, on a souvent envisagé d’améliorer la productivité des laminoirs tandem plutôt que celle du laminoir réversible. Les demandes ci-dessous portent notamment sur des méthodes ou sur des procédés de refroidissement installés sur des laminoirs tandem à chaud finisseurs.
La demande de brevet WO201558902 porte sur un train de laminage à chaud de bandes d'aluminium et un procédé de laminage à chaud d'une bande d'aluminium.
Cette demande vise à proposer, pour un train de laminage à chaud de bandes d'aluminium comprenant un train de laminage finisseur tandem à plusieurs cages comportant au moins un dévidoir monté en aval dans la direction du laminage et au moins une section de refroidissement associée, une solution qui permette d'ajuster de meilleure manière les courbes de refroidissement et les trajets température-temps dans le produit à laminer lors du laminage à chaud de bandes d'aluminium. A cet effet, la ou les sections de refroidissement sont agencées dans la zone de sortie du train de laminage à chaud de bandes d'aluminium, et au moins une cisaille rogneuse installée en aval dans la direction du laminage est associée au train de laminage finisseur tandem.
Le brevet EP2991783 porte sur un procédé de fabrication d'une bande métallique. Ce brevet concerne un procédé de fabrication d'une bande métallique selon lequel la bande est laminée dans un laminoir à plusieurs cages, est sortie derrière la dernière cage du laminoir dans le sens de transport et refroidie dans un dispositif de refroidissement. Pour obtenir une structure granulaire favorable et un degré de planéité élevé, selon le brevet, la bande ou tôle est soumise directement après le passage à travers les cylindres de travail de la dernière cage de laminoir à un refroidissement rapide supplémentaire, le refroidissement de la bande ou tôle ayant encore lieu au moins en partie dans l'étendue de la dernière cage de laminoir dans le sens de transport, le refroidissement rapide ayant lieu en appliquant un fluide de refroidissement par le haut et par le bas sur la bande ou tôle, le flux volumique de fluide de refroidissement appliqué par le bas sur la bande ou tôle s'élevant au moins à 120 % du flux volumique de fluide de refroidissement appliqué par le haut sur la bande ou tôle.
La demande de brevet WO200889827 porte sur un dispositif pour refroidir une bande métallique. Cette demande concerne un dispositif pour refroidir une bande métallique entre deux cages de laminoir, la bande étant guidée sur un élément de guidage supérieur de conception plane. En dessous de l'élément de guidage supérieur est disposé un élément de pulvérisation qui conduit du fluide de refroidissement à travers au moins une ouverture dans l'élément de guidage supérieur vers le côté inférieur de la bande. Afin d'obtenir un schéma de pulvérisation amélioré, conformément à cette demande, au moins deux ouvertures juxtaposées dans la direction transversale à la direction d'avance de la bande sont pratiquées dans l'élément de guidage supérieur et présentent une forme allongée. L'axe longitudinal de l'ouverture est orienté suivant un angle par rapport à la direction d'avance de la bande.
Il existe aussi des procédés et des équipements pour refroidir les plateaux avant le début d’approvisionner le laminoir à chaud.
La demande de brevet WO2016/012691 porte sur un procédé et équipement de refroidissement. Cette demande a pour objet un procédé de refroidissement d'un plateau de laminage en alliage d'aluminium, après le traitement thermique d'homogénéisation métallurgique dudit plateau et avant son laminage à chaud, caractérisé en ce que le refroidissement d'une valeur de 30 à 150°C est effectué à une vitesse 150 à 500°C/h, avec une homogénéité de moins de 40°C sur toute la partie traitée du plateau. Cette demande a également pour objet l'installation permettant la mise en œuvre dudit procédé ainsi que ladite mise en œuvre.
La demande de brevet WO 2018/011245 a pour objet un procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage d'aluminium de la série 6xxx comprenant les étapes suivantes : coulée d'un alliage d'aluminium de la série 6xxx pour former un lingot ; homogénéisation du lingot ; refroidissement du lingot homogénéisé à une vitesse de refroidissement d’au moins 150 °C/h directement à la température de départ du laminage à chaud ; laminage à chaud du lingot jusqu'à une épaisseur finale et bobinage à l'épaisseur finale après laminage à chaud dans des conditions permettant d'obtenir un taux de recristallisation d'au moins 50 % ; laminage à froid afin d'obtenir une tôle mince laminée à froid. Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour la fabrication de tôles minces destinées à l'industrie automobile qui combinent une limite d'élasticité à la traction élevée et une aptitude à la mise en forme adaptée aux opérations d'emboutissage à froid, ainsi qu'une excellente qualité de surface et une résistance élevée à la corrosion avec une productivité élevée.
Pour des alliages de la série 6000 d’autres modification sont également envisagée pour améliorer la productivité et/ou les propriétés métallurgiques.
La demande de brevet EP1165851 concerne un procédé permettant de convertir un lingot d'un alliage d'aluminium de série 6000 en une feuille à auto recuit. Ce procédé consiste à soumettre le lingot à un traitement d'homogénéisation en deux étapes, premièrement à une température d'au moins 560 °C, puis à une température comprise entre 450 °C et 480 °C. Ce procédé consiste ensuite à laminer à chaud le lingot homogénéisé à une température de départ comprise entre 450 °C et 480 °C, puis à une température d'arrivée comprise entre 320 °C et 360 °C. On obtient ainsi une feuille laminée à chaud comprenant un composant de recristallisation Cube exceptionnellement bas.
La demande de brevet US2016/0201158 concerne de nouveaux procédés permettant d'accroître augmenter la productivité sur une ligne de recuit continu et de traitement thermique de remise en solution pour des produits de tôle d'aluminium pour l'industrie automobile se prêtant à un traitement thermique présentant de grandes résistances T4 et post-cuisson et un lignage réduit. A titre d'exemple non limitatif, les procédés selon l'invention peuvent être utilisés dans l'industrie automobile. Les alliages se prêtant à un traitement thermique et les procédés selon l'invention peuvent également être appliqués dans les industries maritime, aérospatiale et des transports.
La demande de brevet EP1375691 concerne une feuille laminée en alliage aluminium de type 6000 contenant du Si et du Mg comme principaux composants et possédant une excellente aptitude au formage suffisante pour permettre un usinage sur rabat plat, une excellente résistance aux bosses, et une bonne durcissabilité au cours de la cuisson d'un revêtement. La feuille en alliage présente une anisotropie à coefficient de Lankford supérieur à 0,4 ou un coefficient de résistance pour des orientations en cube de la texture supérieure ou égale à 20, et présente un rayon de courbure critique inférieur ou égal à 0,5 mm à 180 °C, se pliant même lorsque la résistance au seuil conventionnel d'écoulement dépasse 140 MPa par vieillissement à température ambiante. L'invention concerne également un procédé de production de la feuille laminée en alliage aluminium, qui consiste à soumettre un lingot à un traitement d'homogénéisation, à le refroidir à une température inférieure à 350 °C à une vitesse de refroidissement de 100 °C/heure ou plus, éventuellement jusqu'à température ambiante, à le chauffer à nouveau à une température de 300 à 500 °C et à le soumettre à un laminage à chaud, à effectuer un laminage à froid du produit laminé chaud, et à soumettre la feuille laminée à froid à un traitement de mise en solution à une température supérieure ou égale à 400 °C avant de procéder à une trempe.
La demande EP0786535 concerne l’homogénéisation, à une température non inférieure à 500 °C, d’un lingot d'alliage d'aluminium ne contenant pas moins de 0,4 % en poids et moins de 1,7 % en poids de Si, pas moins de 0,2 % en poids et moins de 1,2 % en poids de Mg, ainsi que de l'Al et des impuretés inévitables à titre de solde, puis on refroidi le produit obtenu d'une température non inférieure à 500 °C jusqu'à une température située dans la plage comprise entre 350 et 450 °C, et dont le point de départ permet un laminage à chaud. L'étape de laminage à chaud étant achevée à une température se situant dans la plage comprise entre 200 et 300 °C, on soumet le produit obtenu à un laminage à froid à un rapport de réduction non inférieur à 50 %, immédiatement avant son traitement en solution. On soumet ensuite le produit laminé à froid à un traitement en solution dans lequel il est conservé à une température se trouvant dans la plage située entre 500 et 580 °C, à un taux d'augmentation de température non inférieur à 2 °C/s pendant au plus 10 minutes, puis on soumet le produit obtenu à un durcissement au cours duquel il est refroidi jusqu'à une température non supérieure à 100 °C, à un taux de refroidissement non inférieur à 5 °C/s. On obtient ainsi un procédé de production d'une plaque d'alliage d'aluminium destinée à un moulage, laquelle présente une résistance et une aptitude au moulage élevées, ainsi qu'une excellente apparence extérieure sur sa surface de post-moulage, laquelle est utilisée de manière appropriée en tant que matériau destiné à des pièces d'équipement de transport, telles que des plaques extérieures pour automobiles.
La demande de brevet JP2015067857 concerne la fourniture d’une feuille d'alliage d'aluminium à base d'Al-Mg-Si pour panneau automobile excellente en emboutissabilité, pliable capable de traiter le pliage à plat, propriété de stabilité de la forme, durcissement du grippage du revêtement et résistance à la corrosion, et de fournir une méthode de fabrication à cet effet, avec une feuille d'alliage d'aluminium à base d'Al-Mg-Si pour panneau automobile contient Si: 0,4 à 1,5%, Mg: 0,2 à 1,2%, Cu: 0,001 à 1,0%, Zn: 0,5% ou moins, Ti: 0,1% ou moins, B: 50 ppm ou moins, un ou plusieurs types de Mn: 0,30% ou moins, Cr: 0,20% ou moins et Zr: 0,15% ou moins, et le reste Al avec des impuretés inévitables. Une distribution de la densité de la direction du cube à une partie de la profondeur de 1/4 de l'épaisseur de la feuille à partir d'une surface est dans une plage de 10 à 25, une moyenne de la valeur r r (r = (r + r + r × 2) / 4) est 0,50 ou de plus, une valeur absolue d'un indice d'anisotropie dans le plan de la valeur r Δr (Δr = (r + rr × 2) / 2) est de 0,30 ou moins et un diamètre moyen des particules de cristal est de 50 μm ou moins.
Pour des raisons métallurgiques ou de productivité, il peut être envisagé de tremper la bande après laminage à chaud.
On connait par exemple un laminoir réversible suivi d’une «piscine» dans laquelle le métal à l’épaisseur finale à chaud est plongé pour être refroidi (« Mise en forme de l’aluminium – Laminage – Patrick Deneuville, © Techniques de l’Ingénieur – 2010 »).
La demande de brevet WO2019241514 porte sur des systèmes et procédés de trempe d'une bande métallique après laminage. Cette demande concerne des systèmes et des procédés de trempe d'un substrat métallique, comprenant le refroidissement d'une surface supérieure et d'une surface inférieure du substrat métallique jusqu'à ce qu'une température de bande soit refroidie à une température intermédiaire. Le refroidissement de la surface supérieure du substrat métallique est interrompu lorsque la température de bande atteint la température intermédiaire, et le refroidissement de la surface inférieure du substrat métallique se poursuit jusqu'à ce que le substrat métallique atteigne une température cible, la température cible étant inférieure à la température intermédiaire.
Problème posé
Le problème que la présente invention cherche à résoudre est d’améliorer la productivité des laminoirs réversibles sans dégrader la qualité métallurgique des produits obtenus, voire en améliorant la qualité métallurgique et/ou la productivité des autres étapes de transformation. Il existe en particulier une demande dans l’industrie automobile pour des méthodes ayant une productivité élevée pour fournir des tôles en alliage 6xxx de qualité supérieure, notamment en termes de résistance mécanique, aptitude à la mise en forme et à l’assemblage et aspect de surface après peinture.
Objet de l’invention
Un premier objet de l’invention est un laminoir réversible à chaud comprenant deux cylindres de travail, un cylindre de travail supérieur (21) et un cylindre de travail inférieur (22), et au moins un système de refroidissement destiné à refroidir une ébauche (11), ladite ébauche (11) se déplaçant sur des rouleaux (23) et traversant le laminoir réversible à chaud entre les deux cylindres de travail (21) et (22), ledit système de refroidissement étant constitué de deux dispositifs de refroidissement : un dispositif de refroidissement supérieur de l’ébauche (11) et un dispositif de refroidissement inférieur de l’ébauche (11) caractérisé en ce que :
le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une rampe (30) de buses (35) disposée substantiellement parallèlement à l’axe du cylindre de travail supérieur (21), les buses (35) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (36) la face supérieure de l’ébauche (11),
le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40) de buses (45) disposée entre les rouleaux (23) ou entre le cylindre de travail inférieur (22) et le rouleau (23) le plus proche, substantiellement parallèle à l’axe du cylindre de travail inférieur (22), les buses (45) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (46) la face inférieure de l’ébauche (11), l’axe des jets de fluide de refroidissement (46) étant orienté substantiellement perpendiculairement à la surface inférieure de l’ébauche (11).
le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une rampe (30) de buses (35) disposée substantiellement parallèlement à l’axe du cylindre de travail supérieur (21), les buses (35) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (36) la face supérieure de l’ébauche (11),
le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40) de buses (45) disposée entre les rouleaux (23) ou entre le cylindre de travail inférieur (22) et le rouleau (23) le plus proche, substantiellement parallèle à l’axe du cylindre de travail inférieur (22), les buses (45) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (46) la face inférieure de l’ébauche (11), l’axe des jets de fluide de refroidissement (46) étant orienté substantiellement perpendiculairement à la surface inférieure de l’ébauche (11).
Un autre objet de l’invention est un procédé de laminage à chaud d’alliages d’aluminium comprenant les étapes successives de
- approvisionnement d’une plaque de laminage en alliage d’aluminium avec un ou plusieurs alliages d’aluminium à une température d’entrée de laminage à chaud,
- réalisation d’une pluralité de passes de laminage à chaud et/ou de refroidissement avec le laminoir à chaud selon l’invention, le système de refroidissement servant au moins une fois,
- transfert de l’ébauche (11) ou du produit fini sous forme de tôle ou bande à une température de sortie de laminage à chaud pour la suite du procédé de transformation.
Encore un autre objet de l’invention est un procédé de laminage d’un alliage d’aluminium de la série AA6xxx comprenant les étapes successives de :
- coulée d’une plaque de laminage en alliage de la série AA6xxx,
- homogénéisation de la plaque de laminage, suivie optionnellement d’un réchauffage,
- premier laminage à chaud pour transformer la plaque de laminage en une ébauche ayant une première épaisseur de sortie à partir d’une première température de début de laminage à chaud,
- refroidissement de l’ébauche ainsi obtenue avec une vitesse moyenne typique de refroidissement de la température moyenne de l’ébauche de l’ordre de V= C/e jusqu’à une seconde température de début de second laminage à chaud, où V est en °C/s, e est l’épaisseur de l’ébauche en mm, et C est une valeur constante qui vaut entre 400 et 1000, préférentiellement entre 600 et 900, plus préférentiellement entre 700 et 800,
- second laminage à chaud pour transformer l’ébauche ainsi refroidie en une bande à l’épaisseur finale de laminage à chaud dans des conditions de déformation et de température telles que la bande soit recristallisée à au moins 50%,
- laminage à froid de la bande en une tôle mince.
Encore un autre objet de l’invention est une tôle mince obtenue selon le procédé de l’invention, telle qu’après traitement de mise en solution dans un four de traitement thermique en continu fonctionnant de façon telle que la durée de maintien équivalente à 560 °C, , est inférieure à 20 s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l'aide de l'équation
,
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol,
elle atteint une résistance à la traction d'au moins 90 % et de préférence d'au moins 95 % de la résistance à la traction maximale obtenue après traitement de mise en solution avec une durée de maintien équivalente à 560 °C, , de 98s.
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol,
elle atteint une résistance à la traction d'au moins 90 % et de préférence d'au moins 95 % de la résistance à la traction maximale obtenue après traitement de mise en solution avec une durée de maintien équivalente à 560 °C,
Description des figures
Description de l’invention :
Tous les alliages d'aluminium dont il est question ci-après sont désignés, sauf mention contraire, selon les règles et désignations définies par l’«Aluminum Association » dans les « Registration Record Series » qu'elle publie régulièrement.
Les états métallurgiques dont il est question sont désignés selon la norme européenne EN-515.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction sont déterminées par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1.
On appelle ici ébauche un produit intermédiaire en alliage d’aluminium obtenu par laminage d’une plaque de laminage telle qu’un lingot ou une plaque de fonderie, optionnellement scalpée, optionnellement plaquée avec un ou plusieurs alliages d’aluminium, destiné à la fabrication d’un produit fini sous forme de tôles bandes ou feuilles en alliage d’aluminium, optionnellement plaquées avec un ou plusieurs alliages d’aluminium. Une ébauche est donc un produit laminé dont l’épaisseur est intermédiaire entre la plaque de laminage et le produit fini.
Sauf indication contraire, le terme « laminoir » vise ici un « laminoir réversible ».
Contrairement à l’art antérieur dans lequel soit on augmente la productivité des laminoirs réversibles en augmentant la capacité du laminoir en termes d’effort et/ou de couple de laminage, soit on améliore la productivité des étapes antérieures ou postérieures, les présents inventeurs sont parvenus à améliorer la productivité des laminoirs réversibles sans recourir à ces solutions.
Les présents inventeurs ont notamment constaté que compte tenu de leur dureté, la plupart des alliages d’aluminium ont tendance à trop s’échauffer à chaque prise de passe. Il est alors nécessaire de ralentir le laminoir en faisant des prises de passes moins importante par exemple ou en laissant un temps d’attente entre chaque passe de laminage.
Selon l’invention, il a été constaté que refroidir l’ébauche durant l’étape de laminage à chaud permet d’améliorer la productivité d’un laminoir à chaud ou de créer de nouveaux procédés de fabrication plus économiques en supprimant des étapes de production, tout en conservant une qualité métallurgique des produits identique ou améliorée. Ainsi, refroidir l’ébauche au cours du laminage sur les laminoirs réversibles peut également de manière surprenante permettre de donner au produit laminé fini des propriétés physiques supplémentaires, telles que les propriétés mécaniques, l’état de surface ou la résistance à la corrosion.
Le laminoir réversible à chaud selon l’invention comprend deux cylindres de travail, un cylindre de travail supérieur (21) et un cylindre de travail inférieur (22), et au moins un système de refroidissement destiné à refroidir une ébauche (11), ladite ébauche (11) se déplaçant sur des rouleaux (23) et traversant le laminoir réversible à chaud entre les deux cylindres de travail (21) et (22), ledit système de refroidissement étant constitué de deux dispositifs de refroidissement : un dispositif de refroidissement supérieur de l’ébauche (11) et un dispositif de refroidissement inférieur de l’ébauche (11). Les nombreuses autres pièces et systèmes du laminoir à chaud biens connues de la personne de l’art, par exemples non limitatifs cylindres d’appui, moteurs, colonnes, allonges, ne sont pas représentées sur les figures.
Le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une rampe (30) de buses (35) disposée substantiellement parallèlement à l’axe du cylindre de travail supérieur (21), les buses (35) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (36) la face supérieure de l’ébauche (11). Le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40) de buses (45) disposée entre les rouleaux (23) ou entre le cylindre de travail inférieur (22) et le rouleau (23) le plus proche, substantiellement parallèle à l’axe du cylindre de travail inférieur (22), les buses (45) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (46) la face inférieure de l’ébauche (11), l’axe des jets de fluide de refroidissement (46) étant orienté substantiellement perpendiculairement à la surface inférieure de l’ébauche (11).
La montre une ébauche (11) traversant un laminoir à chaud réversible (le système de refroidissement n’est pas représenté sur cette figure). La montre les rives (111), les chants (1111) et les extrémités (112). L’ébauche (11) est représentée de façon simplifiée comme un parallélépipède alors que la réalité est plus complexe.
Les extrémités (112) correspondent à la partie de l’ébauche (11) qui s’engage la première ou qui se dégage la dernière de l’emprise des cylindres (21) et (22). Les extrémités (112) sont représentées sur la de façon simplifiée comme un parallélépipède. L’homme du métier connait bien les extrémités (112) car elles devront être enlevées pour garantir la fabrication et la qualité du produit final. Les extrémités (112) se déforment en général en s’arrondissant et en s’ouvrant en deux sous l’effet du laminage à chaud, ce phénomène est nommé « crocodiling » par l’homme du métier. Les extrémités (112) correspondent aussi aux zones de l’ébauche où le laminage n’est pas homogène dans la longueur. Les extrémités (112) peuvent aussi contenir des zones correspondant aux régimes transitoires de démarrage ou de fin de la coulée pendant laquelle la plaque a été fabriquée. La longueur des extrémités (112) dépend des alliages, des conditions de laminage et de coulée et des applications finales. Cet enlèvement des extrémités (112) peut avoir lieu aussi bien sur une cisaille installée sur le train à chaud qu’ultérieurement dans le procédé de fabrication selon les contraintes spécifiques du produit final et de son procédé de fabrication. La longueur des extrémités (112) peut typiquement prendre les valeurs maximales de 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm ou 600mm. Les chants (1111) sont les faces qui raccordent la face supérieure de l’ébauche (11) en contact avec le cylindre supérieur (21) et la face inférieure de l’ébauche (11) en contact avec le cylindre inférieur (22) sans faire partie des extrémités (112). Les rives (111) sont la partie de l’ébauche (11) à proximité des chants (1111) à l’exclusion des extrémités (112). Les rives (111) sont bien connues de l’homme du métier car elles doivent être enlevées pour assurer la fabrication et la qualité du produit fini. Dans la réalité industrielle, les rives (111) et les chants (1111) ont une forme bien plus complexe que celle schématisée par la car il y apparait souvent des criques et des replis, bien connus de l’homme du métier. Ces déformations doivent être enlevés. Les rives (111) ne sont pas laminées de façon homogène dans la largeur compte tenu de la proximité des chants (1111) et elles doivent être enlevée afin de garantir les propriétés du produit final. Cet enlèvement des rives (111) peut avoir lieu aussi bien en fin de laminage à chaud qu’ultérieurement dans le procédé de fabrication selon les contraintes spécifiques du produit final et de son procédé de fabrication. La largeur des rives (111) peut typiquement prendre les valeurs maximales de 25mm, 50mm, 50mm, 75mm, 100mm, 125mm, 150mm, 175mm, 200mm ou 250mm.
Pour chaque système de refroidissement, on définit une enveloppe convexe supérieure (52) respectivement inférieure (62) comme l’enveloppe convexe des surfaces (51) respectivement (61) aspergées directement par les jets de fluide de refroidissement (36) respectivement (46) lors de leur premier impact sur l’ébauche (11). Un exemple d’enveloppe convexe (52, 62) des surfaces aspergées (51, 61) est illustré par les figures 2 et 3 où le système de refroidissement n’est pas représenté. Les éclaboussures et le ruissellement ne sont pas pris en compte dans l’enveloppe convexe. Un ensemble est convexe si pour tout segment, dont les extrémités sont dans cet ensemble, chaque point du segment est entièrement inclus dans cet ensemble. L’enveloppe convexe d’un ensemble est le plus petit ensemble convexe le contenant. La détermination des enveloppes convexes est menée en séparant les différents systèmes de refroidissement selon leur fonction. La illustre un exemple non limitatif comprenant un second système de refroidissement. Dans cet exemple, les enveloppes convexes de chaque système sont analysées séparément car un système refroidit l’ébauche (11) avant le passage entre les cylindres (21) et (22) et l’autre après le passage entre les cylindres (21) et (22). La montre un exemple avec 3 systèmes de refroidissement, deux de part et d’autre du laminoir réversible à chaud et un troisième qui est plus éloigné et qui sert, dans le cas de cet exemple non limitatif, à un refroidissement rapide avant de transférer l’ébauche (11) vers un second laminoir à chaud avec ses cylindres (25) et (26). On notera que dans la deux ébauches sont représentées à deux positions bien qu’il soit possible que ces ébauches ne puissent pas être simultanément présentes.
Comme illustré par la , pour chaque système de refroidissement, la distance maximale D55 au cylindre (21) de l’enveloppe convexe (52) est le maximum de la distance de tout point de l’enveloppe convexe (52) avec la droite C1 qui est la projection de l’axe de rotation du cylindre (21) sur la surface supérieure, de l’ébauche (11), diminué du rayon R1 du cylindre (21).
Comme illustré par la , pour chaque système de refroidissement, la distance minimale D57 de l’enveloppe convexe (52) au cylindre (21) est le minimum de la distance de tout point de l’enveloppe convexe (52) avec la droite C1 qui est la projection de l’axe de rotation du cylindre (21) sur la surface supérieure, de l’ébauche (11), diminué du rayon R1 du cylindre (21).
Comme illustré par la , pour chaque système de refroidissement, la distance maximale D65 au cylindre (22) de l’enveloppe convexe (62) est le maximum de la distance de tout point de l’enveloppe convexe (62) avec la droite C2 qui est la projection de l’axe du cylindre (22) sur la surface inférieure, de l’ébauche (11), diminué du rayon R2 du cylindre (22).
Comme illustré par la , pour chaque système de refroidissement, la distance minimale D67 de l’enveloppe convexe (62) au cylindre (22) est le minimum de la distance de tout point de l’enveloppe convexe (62) avec la droite C2 qui est la projection de l’axe du cylindre (22) sur la surface inférieure, de l’ébauche (11), diminué du rayon R2 du cylindre (22).
Pour chaque système de refroidissement, la zone opposée au laminoir (54) et la zone à côté du laminoir (53) sont des surfaces qui font partie d’un demi plan qui contient l’enveloppe convexe supérieur (52) de l’ébauche (11) considérée comme le parallélépipède simplifié de la et qui est délimité la droite C1.
Pour chaque système de refroidissement, comme illustré sur la , la zone opposée au laminoir (54) est un demi plan qui ne contient pas l’enveloppe convexe (52) et qui est délimité par une droite E1 qui est parallèle à la droite C1 et à la distance maximale D55 additionnée du rayon R1 de cylindre (21) de la droite C1.
Pour chaque système de refroidissement, la zone à côté du laminoir (53) est délimitée par la droite C1 et par la droite D1 qui est parallèle à la droite C1 et à la distance minimale D57 additionnée du rayon R1 de cylindre (21) de la droite C1.
La direction S est celle du déplacement de l’ébauche (11).
Selon la , pour chaque système de refroidissement, la distance D56 selon la direction S de l’enveloppe convexe (52) est la soustraction de la longueur D57 à la longueur D55.
Selon la , pour chaque système de refroidissement, la distance D66 selon la direction S de l’enveloppe convexe (62) est la soustraction de la longueur D67 à la longueur D65.
Dans le mode de réalisation illustré non limitativement par la , le dispositif de refroidissement supérieur est constitué d’une rampe (30) de buses (35) disposée substantiellement parallèlement à l’axe du cylindre de travail supérieur (21), les buses (35) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (36) la face supérieure de l’ébauche (11). Le dispositif de refroidissement inférieur illustré par la est constitué de deux rampes (40) de buses (45) disposée entre les rouleaux (23), substantiellement parallèle à l’axe du cylindre de travail inférieur (22), les buses (45) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (46) la face inférieure de l’ébauche (11), l’axe des jets de fluide de refroidissement (46) étant orienté substantiellement perpendiculairement à la surface inférieure de l’ébauche (11). Dans un mode de réalisation illustré par la , le dispositif de refroidissement inférieur est constitué d’une rampe de buses (45) localisée entre le cylindre de travail inférieur (22) et le rouleau (23) le plus proche.
Les modes de réalisation illustrés non limitativement par exemple par la et la montrent des dispositifs de refroidissement supérieurs constitués respectivement de deux et trois rampes (30) de buses (35).
Préférentiellement, les buses inférieures (45) produisent des jets de fluide de refroidissement (46) qui n’atteignent directement ni les rouleaux (23) ni le cylindre (22) en présence de l’ébauche (11) et qui sont préférentiellement presque tangents aux rouleaux (23) et dont la distance D67 est préférentiellement supérieure à un rayon du cylindre inférieur (22), plus préférentiellement au diamètre du cylindre inférieur (22) et/ou les buses supérieures (35) produisent des jets de fluide de refroidissement (36) qui n’atteignent pas directement le cylindre de travail supérieur (21), préférentiellement la distance D57 est supérieure au rayon du cylindre supérieur (21), plus préférentiellement la distance D57 est supérieure au diamètre du cylindre supérieur (21). Dans un mode de réalisation illustré par la , les jets de fluide de refroidissement (46) n’atteignent pas directement les rouleaux (23) pour que ces jets n’influencent que la température de l’ébauche (11). Dans un mode de réalisation illustré par la , dans lequel la rampe (40) est disposée entre le cylindre (22) et un rouleau (23), les jets de fluide de refroidissement (46) n’atteignent pas directement le cylindre (22) pour que ces jets n’influencent que la température de l’ébauche et ne perturbent pas le champ de température du cylindre (22) qui est un facteur important pour la qualité du laminage à chaud. Il est avantageux que la distance D67 soit supérieure au rayon R1 du cylindre inférieure (22), préférentiellement au diamètre de cylindre inférieure (22) pour éviter que des éclaboussures du jet de fluides (46) puissent atteindre le cylindre (22) et perturber le champ de température du cylindre (22). Il est aussi avantageux que la zone de la surface inférieure de l’ébauche (11) aspergée par les jets de fluide de refroidissement inférieurs (46) soit maximisée pour améliorer l’échange thermique. Pour maximiser la surface aspergée par les jets (46) sans toucher les rouleaux (23), il est avantageux que les jets (46) passent au ras desdits rouleaux (23) sans les toucher tel qu’illustré par la Ces jets inférieurs (46) sont donc de préférence presque tangents aux rouleaux (23). L’invention permet ainsi de maximiser la surface aspergée pour augmenter la surface utile à l’échange thermique. Les jets (36) ne touchent avantageusement pas le cylindres (22) pour ne pas perturber le champ de température du cylindres (21) qui est un facteur important de la qualité du laminage à chaud. Il est avantageux que la distance D57 soit supérieure au rayon R1 du cylindre supérieur (21), préférentiellement que la distance D57 soit supérieure au diamètre de cylindre supérieur (21) pour éviter que des éclaboussures du jet de fluides (36) puissent atteindre le cylindre (21) et en perturber le champ de température.
Des buses (24) illustrées sur la et dédiées aux cylindres (21) et (22) peuvent être installées afin de refroidir ou lubrifier ces organes en fonction de leurs besoins spécifiques indépendamment de l’ébauche (11). Dans un mode de réalisation non illustré des buses spécifiques peuvent être installées pour refroidir les rouleaux (23). La position des buses (24) sur la est uniquement à titre de principe et n’est pas limitative.
Préférablement, les buses inférieures (45) sont en dessous du plan passant par les axes de rotation des rouleaux (23) situés à proximité desdites buses (45) et/ou les buses inférieures (45) sont protégées par une pièce (47) disposant d’ouvertures pour laisser passer les jets de fluide de refroidissement (46) et/ou les buses supérieures (35) sont protégées par une pièce (37) disposant d’ouvertures pour laisser passer les jets de fluide de refroidissement (36). Protéger les buses (35) et (45) est avantageux car le laminage à chaud peut provoquer une ouverture des extrémités (112) de l’ébauche (11) que l’homme du métier appelle du « crocodiling » et qui peut venir percuter les buses. Les ébauches (11) peuvent aussi pendant le laminage à chaud former des ponts ou des bateaux, c’est-à-dire que l’ébauche (11) au lieu d’être substantiellement plane peut se courber dans le sens longitudinal en sortant du laminoir, les extrémités de l’ébauche (11) pointant vers le haut ou vers le bas. Protéger les buses (35) et (45) des ébauches (11) est donc avantageux pour éviter l’endommagement desdites buses. Un exemple non limitatif des pièces (37) et (47) protégeant les buses (35) et (45) est illustré sur la , la et la . La est un exemple non limitatif où seules les buses (35) sont protégées par une pièce protectrice (47). Lorsque les rouleaux (23) sont très proches les uns des autres, installer les buses (45) en dessous du plan des axes des rouleaux (23) permet de les protéger de façon économique sans installer les pièces protectrices (47), comme illustré par les figures 6 et 7.
Préférentiellement, chaque buse (35) et (45) est alimentée individuellement par une vanne à réponse rapide (49) dont avantageusement le temps de réponse est inférieur à 1 s, préférentiellement inférieur à 0,5s, et plus préférentiellement inférieur à 0,2s. Les figures 5a et 5b montrent des exemples non limitatifs de vannes à réponse rapide (49) montées entre une rampe (30) respectivement (40) et une buse (35) respectivement (45). Alimenter les buses individuellement avec des vannes rapides est avantageux car cela permet de refroidir chaque point de la surface supérieur et de la surface inférieure de l’ébauche (11) de façon spécifique. Ces temps de réponse permettent en particulier de pouvoir asperger avec une fiabilité suffisante les extrémités (112) des ébauches (11) pour ajuster leur température de manière à faciliter leur engagement entre les cylindres (21) et (22). Il est alors possible d’adapter la température aux extrémités (112) de l’ébauche (11) pour faciliter son engagement dans le laminoir à chaud réversible. Il est possible aussi d’adapter la température sur les rives (111) pour par exemple limiter les phénomènes de criques qui réduisent la largeur utile de l’ébauche voire qui peuvent entrainer sa rupture. Il est donc aussi possible d’optimiser la température des autres parties de l’ébauche (11) en fonction des propriétés requises sur le produit fini ou en fonction des propriétés requises pour les étapes ultérieures de la production. Par exemple, ceci est avantageux pour mieux maitriser les propriétés du produit final comme par exemple l’anisotropie dans la largeur pour les produits en alliage AA3104 ou l’uniformité des propriétés mécaniques des produits en alliage AA6xxx. Enfin, refroidir chaque point de l’ébauche (11) de façon spécifique permet aussi de maitriser la planéité de l’ébauche (11) en contrôlant les effets des dilations différentielles.
Dans un mode de réalisation, les buses (35) et (45) sont aptes à produire des jets de fluide de refroidissement (36) et (46) sous forme plate et/ou conique et/ou cylindrique. Si la forme des jets est cylindrique la section du cylindre est préférentiellement circulaire. Dans un mode de réalisation, les buses (35) et (45) sont aptes à produire des jets de fluide de refroidissement (36) et (46) par pulvérisation, préférentiellement les buses (35) et (45) sont aptes à produire des jets de fluide refroidissement (36) et (46) par pulvérisation, sous une forme de cône plein, appelés jets coniques. Les jets (46) et (36) coniques sont une meilleure configuration que des jets plats ou cylindriques. En effet, les jets coniques permettent une meilleure répartition du fluide de refroidissement sur l’ébauche (11). Cela permet ainsi un échange thermique plus homogène et on peut ainsi obtenir une ébauche (11) avec par exemple une hétérogénéité de température de moins de 20°C, préférentiellement de moins de 10°C.
Préférentiellement, les jets coniques de fluide de refroidissement (46) ont un angle de cône de 90°. Cet angle peut être limité, par exemple à 60°, par la présence des rouleaux (23) pour ne pas les asperger en particulier lorsque les buses (45) sont en dessous du plan passant par les axes de rotation des rouleaux (23). Si les rouleaux (23) sont très proches, il peut être préférable de mettre les buses (45) au-dessus du plan passant par les axes des rouleaux (23) pour asperger une surface (61) plus grande. Sur la , la buse (451) est placée en dessous du plan des axes de rotation des rouleaux 23 et produit un jet de refroidissement (461). Sur la , la buse (452) est placée au-dessus du plan des axes de rotation des rouleaux (23) et produit un jet de refroidissement (462), la pièce protectrice (47) qu’il faut installer préférentiellement dans cette situation, n’est pas représentée. Le jet (462) arrose donc une plus grande surface de l’ébauche (11) non représentée que le jet (461).
Préférentiellement, pour chaque système de refroidissement, au moins un dispositif (38) pour évacuer le fluide de refroidissement de la surface supérieure de l’ébauche (11) est installé au-dessus de l’ébauche. Des exemples non limitatifs de ce dispositif (38) sont donnés avec la , la ou la . Un dispositif (38) peut être installé au-dessus de la zone opposée au laminoir (54) et/ou au-dessus de la zone à côté du laminoir (53). Préférentiellement ledit dispositif (38) est un soufflage d’air qui repousse le fluide de refroidissement vers l’une des rives (111) de l’ébauche (11) et préférentiellement donne au fluide de refroidissement une vitesse suffisante pour qu’il ne ruisselle pas sur les chants (1111). Le dispositif (38) permet d’empêcher le ruissellement du fluide de refroidissement sur toute la face supérieure de l’ébauche (11). Ceci contribue à garantir un refroidissement maitrisé pour avoir une bonne répétabilité et une bonne reproductibilité de l’hétérogénéité de la température de l’ébauche (11). Eviter que le fluide de refroidissement ne ruisselle sur le chant (1111) contribue au contrôle thermique des bords de l’ébauche (11), et en particulier permet d’éviter que les bords ne soient trop refroidis, ce qui limite l’apparition de criques dans les rives (111). Lorsque le dispositif de refroidissement supérieur est à proximité du cylindre (21), le dispositif (38) d’évacuation du fluide de refroidissement est avantageusement complété ou remplacé par le cylindre (21) qui tient lieu de barrage bloquant le ruissèlement du fluide de refroidissement. Cela permet en particulier de réduire la consommation d’énergie du dispositif (38). Un exemple non limitatif de la configuration dans laquelle le dispositif (38) pour évacuer le fluide de refroidissement à proximité du cylindre (21) est remplacé par le cylindre (21) est illustré par la .
Dans un mode de réalisation, les jets coniques du dispositif de refroidissement supérieur (36) ont un angle de cône α d’au plus 20°, préférentiellement substantiellement 15° ou moins et les cônes des dits jets coniques ont un axe substantiellement vertical. Cette configuration permet de limiter le ruissèlement du fluide de refroidissement sur l’ébauche (11). Préférentiellement, le système de refroidissement ayant au moins un tel jet conique est encadré par un dispositif d’évacuation du fluide de refroidissement (38) comme illustré non limitativement par la . L’angle de cône α est illustré par la , l’angle de cône α est l’angle du cône du jet de fluide de refroidissement produit par les buses.
Dans un autre mode de réalisation, les jets coniques du dispositif de refroidissement supérieur (36) sont inclinés par rapport à la verticale. L’angle d’inclinaison β est illustré par la , il s’agit de l’angle que fait l’axe des buses avec la droite V perpendiculaire à la face supérieure de l’ébauche (11). Préférentiellement, la différence β – α/2 est supérieure à -20°, préférentiellement supérieure substantiellement à -15°, plus préférentiellement positive ou nulle. Préférentiellement, si la différence β – α/2 est négative, un dispositif d’évacuation du fluide de refroidissement (38) est préférentiellement installé pour empêcher le ruissellement sur la surface de l’ébauche (11). Si les jets de fluide de refroidissement du dispositif de refroidissement supérieur (36) sont à proximité du cylindre de travail (21), l’axe des jets de fluide de refroidissement (36) sont avantageusement orientés pour rapprocher les surface aspergées (51) du cylindre de travail (21) pour profiter de l’effet de barrage du cylindre (21). Cette configuration permet aussi d’augmenter les surfaces aspergées (51) pour augmenter la capacité de refroidissement du système de refroidissement. Si les jets de fluide de refroidissement sont éloignés du cylindre de travail, il est avantageux de regrouper les rampes du dispositif de refroidissement supérieur (30) deux à deux et d’orienter les axes de jets de fluide de refroidissement (36) de façon à rapprocher leurs surface aspergées (51) respectives. Cette configuration est avantageuse car elle amène le fluide de refroidissement à se concentrer dans au moins une partie de la zone de recouvrement des jets (36) et à rejeter ainsi le fluide de refroidissement sur les bords avec assez de vitesse pour ne pas ruisseler sur les chants (1111) de l’ébauche (11), ce qui permet de ne pas trop refroidir les rives (111) de l‘ébauche (11).
La est un exemple non limitatif des modes de réalisation précédents. Les buses à proximité du cylindre de travail (351) ont leur axe orienté vers le cylindre de travail (21) et la différence β – α/2 est supérieure à -20°. La buse (352) est orientée verticalement et l’angle α de son jet conique (36) est inférieur à 20°.
La est un autre exemple non limitatif des modes de réalisations précédents. Les buses à proximité du cylindre de travail (351) sont toutes inclinées pour rapprocher les surfaces aspergées (51) vers le cylindre de travail et la différence β – α/2 des jets coniques est positif ou nul pour éviter le ruissellement du fluide de refroidissement sur l’ébauche (11).
La est un autre exemple non limitatif des modes de réalisation précédents avec des jets (36) coniques de refroidissement verticaux dont l’angle du cône α est inférieur à 20°.
La est un autre exemple non limitatif des modes de réalisation précédents. Les rampes (303) et (304) sont appariées, les buses (353) et (354) sont orientées pour que les surfaces aspergées (513) et (514), illustrées par la , se rapprochent. Les différences β – α/2 sont positives ou nulles.
Préférentiellement, pour chaque système de refroidissement, l’enveloppe convexe aspergée supérieure (52) est en vis-à-vis avec une tolérance de deux préférentiellement une fois la dimension du diamètre du cylindre de travail supérieur (21) de l’enveloppe convexe aspergée inférieure (62), préférentiellement lesdites enveloppes convexes (52, 62) sont substantiellement en vis-à-vis. La détermination des enveloppes convexes est menée en séparant les différents systèmes de refroidissement de l’invention. La illustre un exemple non limitatif où il y a un second système de refroidissement. Dans ce cas, les enveloppes convexes de chaque système sont analysées séparément car un système refroidit avant le passage entre les cylindres (21) et (22) et l’autre après le passage entre les cylindres (21) et (22). La montre un exemple avec 3 systèmes de refroidissement, deux de part et d’autre du laminoir réversible à chaud et un 3eme qui est plus éloigné et qui sert, dans le cas de cet exemple non limitatif, à un refroidissement rapide avant de rejoindre un second laminoir à chaud avec ses cylindres (25) et (26). Cette disposition est avantageuse car elle contribue à l’homogénéité thermique de l’ébauche (11). Mette en vis-à-vis lesdites enveloppes convexes supérieure et inférieure (52, 62) de chaque système de refroidissement est particulièrement avantageux car cela permet un refroidissement homogène dans l’épaisseur de l’ébauche (11), ce qui contribue à maitriser la planéité de l’ébauche (11), qui est une caractéristique importante pour les ébauches qui sont des produits plats.
Préférentiellement, l’ensemble des buses (35) et (46) sont aptes à fournir un débit surfacique par face de l’ébauche (11) de fluide de refroidissement de 1500 l/min/m² maximum, préférentiellement de 600 à 1200 l/min/m². Ce fluide peut être propulsé par un gaz propulseur. Le fluide de refroidissement peut être de l’eau, de l’eau déionisée, un gaz liquéfié ou non, préférentiellement de l’émulsion d’eau, préférentiellement déionisée, et d’huile et des additifs de laminage, qui sert à la lubrification des cylindres (21) et (22) avec l’ébauche (11). Préférentiellement, l’eau déionisée a une résistivité supérieure à 105 kΩcm.
Dans un mode de réalisation, les buses du dispositif de refroidissement supérieur (35) sont mobiles et maintenues à distance constante de la surface supérieure de l’ébauche (11), préférentiellement en étant attachées au mécanisme qui maintient le cylindre (21). Cela permet d’assurer une meilleure répétabilité du refroidissement de l’ébauche (11). Dans un autre mode de réalisation, les buses (35) ne sont pas mobiles. Dans ce mode de réalisation non mobile moins couteux, il est nécessaire de piloter en conséquences les buses (35) qui arrosent les rives (111) ou à proximité des rives (111) par exemple dans le cas où les buses (35) produisent des jets (36) coniques. En effet, dans le cas des jets coniques (36) projetés par des buses (35) fixes, la distribution de fluide de refroidissement sur les rives (111) s’élargit au fur et à mesure que l’épaisseur de l’ébauche diminue lors des passes successives du schéma de laminage à chaud réversible. Les figures 11a et 11b sont des exemples non limitatifs de cette situation. L’ébauche (11) est montrée en début de laminage à chaud avec la et en fin de de laminage à chaud avec la avec à chaque fois le même nombre de buses supérieures (35) qui produisent des jets de fluide de refroidissement (36). Du fait de la forme conique des jets (36) et de la diminution de l’épaisseur de l’ébauche (11), les rives (111) ne sont pas aspergées en début de laminage illustré en 11a alors qu’elles le sont partiellement en fin de laminage illustré en 11b.
Dans un mode de réalisation préféré, illustré par exemple non limitatif en , les buses (351) à proximité à proximité du cylindre de travail supérieur (21) produisent des jets de fluide de refroidissement (36) dont toutes les composantes de déplacement, projetées sur la direction S de déplacement de l’ébauche (11), sont orientées vers les cylindres de travail (21) et (22) du laminoir. Préférentiellement, les jets de fluides de refroidissement (36) du dispositif de refroidissement supérieur sont coniques et la différence β – α/2 est positive ou nulle. Dans un mode de réalisation plus préféré comme illustré par la , il n’y qu’une rampe supérieure (30) et deux rampes inférieures (40).
Dans un mode de réalisation préféré illustré par l’exemple non limitatif de la , l’enveloppe convexe aspergée supérieure (52) et l’enveloppe convexe aspergée inférieure (62), non représentées sur la , sont à proximité des cylindres du laminoir ; préférentiellement les distance maximales D55 et D65 aux cylindres (21) et (22) des enveloppes convexes aspergées (52) et (62) sont inférieures à 3 fois le plus grand des diamètres des cylindres de travail (21) et (22) et / ou les longueurs D56 et D66 desdites enveloppes convexes (52, 62) sont inférieures à deux diamètres, préférentiellement un diamètre du plus grand des cylindres de travail (21) ou (22). Ce mode de réalisation est avantageux car il permet de refroidir l’ébauche (11) dès sa sortie de l’emprise des cylindres (21) et (22) et d’éviter que l’ébauche ne s’éloigne trop des cylindres avant de repartir dans l’autre sens pour la passe suivante de laminage à chaud. Cela est particulièrement avantageux car cela améliore la productivité du laminoir à chaud. En effet la vitesse des laminoirs à chaud réversibles est souvent limitée pour éviter un échauffement qui aboutit à des brulures, des criques, du crocodiling voire à des ruptures de l’ébauche (11).
Dans un mode de réalisation préféré illustré par un exemple non limitatif de la , il y a un second système de refroidissement de l’autre côté dudit laminoir réversible à chaud, le second système de refroidissement étant préférentiellement le symétrique du premier par rapport à un plan passant par les axes des cylindres de travail (21) et (22). Cette disposition est avantageuse car elle permet de refroidir l’ébauche (11) jusqu’à son entrée dans l’emprise du laminoir réversible et dès sa sortie de l’emprise du laminoir réversible à chaque passe de laminage et de façon identique.
Dans un autre mode de réalisation préféré illustré par un exemple non limitatif en figures 4 et 13, le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une paire de rampes (303 et 304) de buses (353, 354), préférentiellement 3 paires de rampes (303 et 304), dans chaque paire de rampes (303 et 304), les jets de fluide de refroidissement (363, 364) étant orientés en opposition, la différence β – α/2 étant positive ou nulle, préférablement nulle, α étant l’angle du cône du jet de fluide de refroidissement produit par les buses et β étant l’angle d’inclinaison que fait l’axe des buses (353, 354) avec la droite V perpendiculaire à la face supérieure de l’ébauche (11), les surfaces aspergées (513, 514) de l’ébauche (11) par les jets (363, 364) se recouvrant préférentiellement d’un facteur entre 1/3 et 2/3, préférentiellement 1/2, et le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40) de buses (45), préférentiellement 8 rampes (40), dont les jets de fluide de refroidissement (46) sont coniques et d’axe substantiellement normal à l’ébauche (11). Préférablement, l’ébauche (11) est substantiellement horizontale. Les angles sont schématisés dans le cas général sur la avec les buses (35), les rampes (30) et les jets de fluides de refroidissement (36). La illustre les surfaces aspergées (51). Cette configuration est avantageuse car elle amène le fluide de refroidissement à se concentrer dans au moins une partie de la zone de recouvrement des jets (36) et à rejeter ainsi le fluide de refroidissement sur les bords avec assez de vitesse pour ne pas ruisseler sur les chants (1111) de l’ébauche (11), ce qui permet de ne pas trop refroidir les rives (111) de l‘ébauche (11). Cela permet de diminuer la consommation d’énergie des dispositifs (38) d’évacuation du fluide de refroidissement voire de pouvoir les supprimer.
Dans un autre mode de réalisation préféré schématisé non limitativement en , le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une rampe (30), préférentiellement 6 rampes (30), de buses (35) et le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40), préférentiellement 8 rampes (40), de buses (45), toutes produisant des jets de fluide de refroidissement (36) et (46) coniques dont les axes sont substantiellement perpendiculaires à l’ébauche (11), et dont l’angle α du cône des jets (36) est inférieur à 20°, préférentiellement l’angle α du cône des jets (36) est substantiellement 15°. Ce dispositif a l’avantage d’être plus simple à construire. L’angle des jets coniques permet de limiter la composante horizontale de la vitesse du fluide de refroidissement lors de son impact sur l’ébauche (11), et par conséquence de limiter l’étalement du fluide de refroidissement sur l’ébauche (11) pour en maitriser le refroidissement.
Dans un autre mode de réalisation préféré illustré non limitativement par la et la le laminoir à chaud réversible selon l’invention fait partie d’un train à chaud dans lequel le laminoir à chaud réversible selon l’invention est préférentiellement suivi par un second laminoir à chaud, schématisé avec ses cylindres de travail (25) et (26), qui peut être un laminoir réversible ou un laminoir tandem. Dans le mode de réalisation illustré par la , le système de refroidissement du laminoir à chaud réversible selon l’invention est placé entre le laminoir à chaud réversible selon l’invention et le second laminoir à chaud, préférentiellement la distance entre le système de refroidissement et le second laminoir à chaud étant suffisante pour que le système de refroidissement selon l’invention et le second laminoir à chaud fonctionnent de façon indépendante. Cette disposition est intéressante car elle permet de réaliser l’opération de refroidissement dans le flux de production et sans perte de capacité pendant le transfert de l’ébauche de premier au second laminoir réversible à chaud. La distance entre le système de refroidissement et le second laminoir à chaud est également importante car, si elle est suffisante par rapport à la longueur de l’ébauche, elle permet par exemple de choisir des vitesses différentes pour passer dans le système de refroidissement et pour passer dans le second laminoir à chaud. La longueur de l’ébauche s’évalue par EP*LP/e, où EP est l’épaisseur de la plaque, LP la longueur de la plaque et e l’épaisseur de l’ébauche entre les deux laminoirs. Dans le mode de réalisation illustré par la , il y a trois système de refroidissement pour le laminoir à chaud réversible selon l’invention, deux systèmes positionnés à proximité et de part et d’autres des cylindres de travail (21,22) et un système placé entre le laminoir à chaud réversible selon l’invention et le second laminoir à chaud, préférentiellement la distance entre le système de refroidissement et le second laminoir à chaud étant suffisante pour que le système de refroidissement selon l’invention et le second laminoir à chaud fonctionnent de façon indépendante.
L’invention a également pour objet un procédé de laminage à chaud d’alliages d’aluminium comprenant les étapes successives de
- approvisionnement d’une plaque de laminage en alliage d’aluminium optionnellement plaqué à une température d’entrée de laminage à chaud,
- réalisation d’une pluralité de passes de laminage à chaud et/ou de refroidissement avec le laminoir à chaud réversible selon l’invention, le système de refroidissement servant au moins une fois,
- transfert de l’ébauche (11) ou du produit fini sous forme de tôle ou bande à une température de sortie de laminage à chaud pour la suite du procédé de transformation à chaud.
La largeur minimum de l’ébauche (11) peut prendre typiquement les valeurs de 100mm, 200mm, 300mm, 400mm,500mm, 700mm, 800mm, 900mm et 1000mm. La largeur maximum de l’ébauche (11) peut prendre typiquement les valeurs de 1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 3500mm, 4000mm, 4500mm et 5000mm.
L’épaisseur minimum de l’ébauche (11) peut prendre typiquement les valeurs de 5mm, 6.35mm, 10 mm, 12mm, 12.7mm, 15mm, 20mm, 30mm, 40 mm, 50mm, 60 mm, 70 mm, 80mm, 90 mm 100mm, 110 mm 120mm, 130 mm, 150 mm, 200 mm et 250mm. L’épaisseur maximum de l’ébauche (11), qui typiquement est proche de celle de la plaque coulée, peut prendre typiquement les valeurs de 300 mm, 350mm, 400mm, 450mm, 500mm, 550mm, 600mm, 650mm, 700mm et 800mm.
La longueur minimum de l’ébauche (11) peut prendre typiquement les valeurs de 2m, 3 m, 4m, 5m. La longueur maximum de l’ébauche (11) peut prendre typiquement les valeurs de 6m, 7m, 8m, 9m 10 m, 15m, 20m, 30m, 40m, 50m, 75m, 100m, 150m, 200 m, 300m, 400m. Deux contraintes agissent pour limiter la longueur maximum de l’ébauche (11). La première est la quantité de métal de la plaque de laminage avant le début de laminage à chaud. L’ordre de grandeur de la longueur maximale sera dans ce cas la longueur de la plaque avant le début du laminage du laminage à chaud divisé par l’épaisseur de l’ébauche à la fin de laminage à chaud multiplié par l’épaisseur de la plaque avant le début du laminage à chaud. La seconde limitation de la longueur de l’ébauche dépend de l’installation industrielle dans laquelle est installée le laminoir à chaud. Par exemple non limitatif, si l’installation industrielle est constituée d’un laminoir à chaud réversible suivi d’un laminoir à chaud en tandem ou d’un second laminoir à chaud réversible, la longueur maximum est imposée par la distance entre le laminoir réversible selon l’invention et le laminoir tandem ou le second laminoir à chaud réversible. Cela implique que toute les configurations de longueurs, d’épaisseurs, avant et après laminage à chaud ci-dessus énumérées peuvent ne pas être toutes faisables en fonction de l’installation industrielle.
La plaque est approvisionnée à une température d’entrée de laminage à chaud. Elle peut avoir été réchauffée et/ou homogénéisée.
Le laminoir à chaud réversible selon l’invention réalise une pluralité de passes de laminage à chaud et/ou de refroidissement avec le laminoir à chaud. Il peut donc y avoir des passes de refroidissements sans laminage, donc sans réduction d’épaisseur de l’ébauche. Cette fonction est avantageuse car elle permet d’augmenter la capacité de refroidissement du système de refroidissement si nécessaire. Il peut y avoir aussi des passes de laminage sans refroidissement, mais le procédé selon l’invention comprend au moins une passe avec un refroidissement avec le système de refroidissement selon l’invention. La plaque étant approvisionnée à la température d’entrée de laminage à chaud, il n’y a de préférence pas de refroidissement avant la première passe de laminage. Les opérations telles que la coupe des extrémités, le rivage, la coupe de l’ébauche en plusieurs ébauches plus petites, mise en attente de l’ébauche, rotation de l’ébauche pour changer l’orientation du laminage à chaud de l’ébauche (11) ou de la plaque sont des opérations usuelles pendant un laminage à chaud. Les exemples des étapes mentionnées ne sont pas limitatifs. La présence desdites opérations usuelles n’est pas une interruption du laminage à chaud et ne limite pas la portée de l’invention car elles font partie des opérations usuelles de laminage à chaud.
L’ébauche est ensuite transférée à une température de sortie de laminage à chaud du laminoir réversible selon l’invention. La température de sortie de laminage à chaud est de préférence au moins 200°C, de préférence au moins 220 °C, de manière préférée au moins 240°C et préférentiellement au moins 260 °C. Cette température de sortie de laminage chaud est une température compatible pour réaliser un second laminage à chaud. L’ébauche (11) peut être transférée vers toute étape usuelle sur un train à chaud : laminoir tandem à chaud, deuxième laminoir réversible à chaud, bobinage à chaud ou débitage à chaud.
Préférentiellement, l’ébauche comprend un alliage d’aluminium de la série AA6xxx, AA5xxx, AA7xxx, AA3xxx, AA2xxx. Préférentiellement l’ébauche comprend un alliage choisi parmi AA3003, AA3004, AA3207, AA3104, AA4017, AA4025, AA5006, AA5052, AA5083, AA5086, AA5088, AA5154, AA5182, AA5251, AA5383, AA5754, AA5844, AA6005, AA6009, AA6013, AA6014, AA6016, AA6022, AA6056, AA6061, AA6111, AA6181, AA6216, AA6316, AA6451, AA6501, AA6502, AA6603, AA6605, AA6607, AA7072 AA7075, et un alliage de composition, en % en poids, Si<0.5, de préférence <0.3, Fe<0.7, de préférence <0.3, Mn <1.9, de préférence 1-1.5, Cu<1.5, de préférence 0.5-1, de préférence 0.5-0.8, Ti<0.15, de préférence <0.1, Mg <0.5, de préférence <0.3, de préférence <0.05, reste en aluminium et les inévitables impuretés 0.05 maximum chacune et 0.15 leur totalité. Optionnellement l’ébauche est plaquée sur une ou deux faces, avec un ou plusieurs alliages d’aluminium des séries AA1xxx, AA4xxx ou AA7xxxx, et préférentiellement AA4004, AA4104, AA4045, AA4343, AA7072.
Préférentiellement, l’hétérogénéité de la température surfacique de l’ébauche (11) après son dégagement de l’emprise du laminoir et du dispositif de refroidissement est inférieure à 20°C et préférentiellement inférieure à 10°C. Cette caractéristique, obtenue grâce au système de refroidissement selon l’invention, est utile pour améliorer la répétabilité des propriétés métallurgiques des produits. L’hétérogénéité de l’ébauche (11) est définie comme la différence entre la température du point le plus chaud de l’ébauche (11) avec la température du point le plus froid de l’ébauche (11) sauf sur les rives (111) et/ou sauf sur les extrémités (112) et alternativement comme la différence entre la température du point le plus chaud de l’ébauche (11) avec la température du point le plus froid de l’ébauche (11).
Avec un laminoir à chaud qui n’est pas équipé de l’invention, les rives (111) sont naturellement plus froides que le reste de l’ébauche (11) compte tenu de la surface d’échange thermique du chant (1111). La plus basse température des rives (111) est une cause des criques ou fissures sur les rives qui réduisent la largeur utile de l’ébauche ou qui peuvent provoquer sa rupture. Les rives (111) de l’ébauche (11) sont donc préférentiellement moins refroidies que le reste de l’ébauche en aspergeant moins les rives que le reste de l’ébauche (11). Préférentiellement, les buses (35) et (45) dont les jets (36) et (46) pourraient arroser les rives (111) sont fermées pour ne pas arroser lesdites rives (111). Les figures 11a et 11b montrent un exemple non limitatif avec une coupe selon un plan perpendiculaire à la direction S passant par les rampes supérieure (30) et inférieure (40). Certaines buses supérieures (35) et inférieures (45) sont fermées pour ne pas arroser les rives (111).
Avec un laminoir à chaud qui n’est pas équipé de l’invention, les extrémités (112) sont naturellement plus froides que le reste de l’ébauche (11) compte tenu de la surface d’échange thermique supplémentaire aux extrémités. La température plus basse des extrémités (112) est une cause de refus d’engagement de l’ébauche lors du laminage à chaud. Avec un laminoir qui est équipé de l’invention, les extrémités (112) sont donc préférentiellement moins refroidies que le reste de l’ébauche en aspergeant moins les extrémités (112) que le reste de l’ébauche (11). Préférentiellement, les buses (35) et (45) dont les jets (36) et (46) pourraient arroser les extrémités (112) sont fermées lors du passage de ces extrémités. Cette fonction est préférentiellement réalisable par l’alimentation individuelle de chaque buse (35) et (45) par une vanne à réponse rapide (49) dont avantageusement le temps de réponse est inférieur à 1 s, préférentiellement inférieur à 0.5s, et plus préférentiellement inférieur à 0,2s. Les vannes à réponse rapide (49) sont illustrées par l’exemple non limitatif des figures 5a et 5b.
Le fluide de refroidissement est préférentiellement en caléfaction sur l’ébauche. La caléfaction est une fine couche de vapeur qui apparait entre un fluide sur une surface dont la température est suffisamment élevée (effet Leidenfrost). Ceci est avantageux car cela assure un échange thermique homogène par rapport à la situation où il y a des zones de la surface sur laquelle le fluide n’est pas en caléfaction.
Préférentiellement, un modèle thermique calcule la largeur d’arrosage et choisit le mode de refroidissement aux extrémités (112), préférentiellement le modèle thermique prérègle le système hydraulique qui alimente les rampe (30) et (40), puis à chaque passe le modèle thermique compare la température souhaitée avec la température calculée ou mesurée de l’ébauche (11), et le modèle thermique commande les vannes (49) des buses (35) et (45) en fonction de la position de l’ébauche (11), préférentiellement le modèle thermique gère de façon différente les buses supérieures (35) et inférieures (45).
Préférentiellement, le principe de la commande du système de refroidissement est tel que schématisé en . Un modèle thermique codé sur un calculateur ou un automate calcule la largeur d’arrosage correspondant à la largeur de l’ébauche. Préférentiellement la largeur d’arrosage exclut les rives (111) pour les refroidir le moins possible pour diminuer les défauts tels que les criques de rives. Le modèle thermique choisit le mode de refroidissement aux extrémités (112). Préférentiellement, les extrémités (112) ne sont pas arrosées pour les refroidir le moins possible pour faciliter les engagements dans le laminoir à chaud et diminuer le phénomène de crocodiling. Préférentiellement, le modèle définit un pré réglage du système hydraulique qui alimente les rampes (30) et (40) pour que les jets de fluide de refroidissement (36) et (46) s’établissent rapidement dès l’ouverture des vannes (49). Puis à chaque passe le modèle thermique compare la température souhaitée avec la température calculée ou mesurée de l’ébauche (11 La température mesurée peut être obtenue par exemple, non limitatif, par une mesure de température de surface par pyrométrie infra-rouge sans contact ou par une mesure de contact sur la surface de l’ébauche (11). La température calculée peut aussi bien concerner une température de surface ou une température moyenne. La température calculée peut être calculée avec un logiciel de simulation thermique, par exemple non limitatif MSC Marc. Avec la comparaison entre la température souhaitée et la température de l’ébauche (11), le modèle thermique commande les vannes (49) des buses (35) et (45) en utilisant la position et les dimensions de l’ébauche (11). La position l’ébauche (11) peut être calculée ou mesurée. En l’absence d’ébauche (11) entre les dispositifs supérieur et inférieure du système de refroidissement, les buses (35) et (45) ne sont pas alimentées pour éviter, par exemple non limitatif, que les jets (46) des buses inférieures (45) n’aspergent le cylindre supérieure (21) ou que les jets (36) des buses supérieures (36) n’asperge le cylindre inférieur (22). L’hétérogénéité maximum de la température surfacique de l’ébauche (11), préférentiellement de l’ébauche (11) sauf sur les rives (111) et /ou sur les extrémités (112), après son dégagement de l’emprise du laminoir et du dispositif de refroidissement peut être inférieure à 20°C et préférentiellement inférieure à 10°C. Préférentiellement, le modèle thermique gère de façon différente les buses supérieures (35) et les buses inférieures (45) afin d’éviter la formation de ponts ou de bateaux de l’ébauche (11). Préférentiellement, la valeur absolue de la différence de température entre la face supérieure et la face inférieure de l’ébauche (11) est inférieure à 10°C, plus préférentiellement 7°C, plus préférentiellement 5°C, plus préférentiellement 2°C. Plus préférentiellement, la température de la face supérieure de l’ébauche (11) est substantiellement égale à la température de la face inférieure de l’ébauche (11).
Le niveau d’hétérogénéité maximum de température de l’ébauche (11) souhaité avec ou sans les rives (111) et ou les extrémités (112), la température souhaitée sont des choix métallurgiques qui dépendent des produits à produire. Préférentiellement la commande du système de refroidissement est intégrée au système de commande du laminoir à chaud réversible qui contrôle les paramètres de laminage.
Préférentiellement, le dispositif thermique ne refroidit pas la surface de l’ébauche (11) en dessous de la température de Leidenfrost du fluide de refroidissement. La température de Leidenfrost est la température au-dessus de laquelle le fluide de refroidissement est en caléfaction. La température de Leidenfrost du liquide de refroidissement pulvérisé sur l’ébauche dépend de la nature du liquide de refroidissement et de son débit surfacique. La valeur de cette température est typiquement et de manière approximative d’environ 300°C pour le fluide de refroidissement typique, une émulsion et d’huile et d’additifs de laminage, ce qui est inférieur aux températures usuelles de laminage à chaud sur un laminoir réversible. Le système de refroidissement peut provoquer une forte hétérogénéité de température entre la surface et le cœur de l’ébauche (11). En arrosant trop longtemps ou trop intensément l’ébauche (11), la température de surface de l’ébauche (11) est susceptible d’être momentanément inférieure à la température de Leidenfrost, ce qui augmenterait notablement le risque de perte du contrôle thermique en valeur moyenne et en homogénéité de l’ébauche (11) ainsi refroidie. Le modèle thermique contrôle donc à chaque passe que l’arrosage prévu à la passe suivante ne risque pas de générer une température d’ébauche inférieure à la température de Leidenfrost.
Préférentiellement, la vitesse moyenne typique de refroidissement V de la température moyenne de l’ébauche (11) pendant le passage de l’ébauche (11) entre les enveloppes convexes supérieure (52) et inférieure (62) est de l’ordre de V= C/e, ou V est en °C/s, e est l’épaisseur de l’ébauche en mm, et C est une valeur constante qui vaut entre 400 et 1000, préférentiellement entre 600 et 900, plus préférentiellement entre 700 et 800. La formule V=C/e est une approximation qui requiert en particulier que la surface de l’ébauche (11) reste supérieure à la température de Leidenfrost. La diminution de la température moyenne DT en degré °C de l’ébauche (11) après avoir traversé les enveloppes convexes supérieures (52) et inférieure (62) du système de refroidissement est typiquement de l’ordre DT = C/e*d, d étant la durée de passage d’un point de l’ébauche (11) entre lesdites enveloppes convexes, la vitesse de l’ébauche (11) étant constante. Cette formule est une approximation qui requiert en particulier que la surface de l’ébauche (11) reste supérieure à la température de Leidenfrost. Préférentiellement, la plage d’épaisseur de l’ébauche (11) pour l’application desdites formules a pour minimum 25mm, préférentiellement 50, préférentiellement 75mm, préférentiellement 100mm, préférentiellement 110mm et a pour maximum 200mm, préférentiellement 175mm, préférentiellement 150mm, préférentiellement 140mm, préférentiellement 130mm, préférentiellement 125mm, préférentiellement 120mm.
Dans un mode de réalisation préféré, le temps de cycle du laminage à chaud de une ébauche (11) en alliage AA6xxx , préférentiellement en alliage AA6016, est diminué d’au moins 30 secondes, préférentiellement d’au moins 60 secondes, plus préférentiellement d’au moins 90 secondes avec le procédé selon l’invention, par rapport au laminage sans l’aide dudit procédé. Dans un mode de réalisation préféré, le temps de cycle du laminage à chaud d’une ébauche (11) en l’alliage AA5182 est préférentiellement diminué d’au moins 15 secondes pour, préférentiellement de 20 s, plus préférentiellement de 45s par rapport au laminage sans l’aide dudit procédé. Le temps de cycle est la durée entre le début de la première passe et la fin de la dernière passe de laminage à chaud avec le laminoir à chaud réversible de l’invention.
Dans un autre mode de réalisation préféré, le système de refroidissement est utilisé préférentiellement une seule fois de façon à diminuer la température moyenne de l’ébauche d’au moins 50°C jusqu’à une température moyenne supérieure à 400°C, en moins de 10 secondes préférentiellement en moins 8 secondes pour une ébauche (11) d’une épaisseur d’au plus de 114 mm.
Dans un mode de réalisation, le système de refroidissement permet de contrôler la température de l’ébauche (11) sur un chemin thermique prédéfini pendant le laminage à chaud. Le chemin thermique est l’évolution de la température de l’ébauche (11) pendant la durée du laminage à chaud. Le chemin thermique est un choix métallurgique qui dépend de l’alliage, des propriétés souhaitées du produit fini et des capacités du laminoir à chaud.
Dans un mode de réalisation préféré, le système de refroidissement permet de contrôler l’ébauche (11) sur un chemin thermique isotherme. Un chemin thermique est isotherme si la température de l’ébauche (11) pendant le laminage à chaud ne varie pas de plus ou moins 10°C par rapport à la température de la plaque juste avant le début du laminage à chaud. Préférentiellement, la température de l’ébauche (11) reste substantiellement égale à la température de la plaque avant le début du laminage à chaud.
Description détaillée de certains modes de réalisation.
Dans un premier mode de réalisation illustré par la , pour chaque système de refroidissement, l’enveloppe convexe aspergée supérieure (52) et l’enveloppe convexe aspergée inférieure (62), sont à proximité des cylindres du laminoir ; préférentiellement les distances maximales D55 et D65 aux cylindres (21) et (22) des enveloppes convexes aspergées (52) et (62) selon la direction S sont inférieures à 3 fois le plus grand des diamètres des cylindres de travail (21) et (22) et / ou les longueurs D56 et D66 selon la direction S desdites enveloppes convexes (52, 62) sont inférieures à un diamètre du plus grand des cylindres de travail (21) ou (22). Préférentiellement, les enveloppes convexes (52, 62) sont substantiellement en vis-à-vis. Ce mode de réalisation est avantageux car il permet de refroidir l’ébauche (11) dès sa sortie de l’emprise des cylindres (21) et (22). Cela est particulièrement avantageux car la vitesse des laminoirs à chaud réversible est souvent limitée pour éviter un échauffement de l’ébauche (11) qui aboutit à des brulures voire à des ruptures de l’ébauche (11). Cela est particulièrement avantageux car cela améliore la productivité du laminoir à chaud. En effet la vitesse des laminoirs à chaud réversible est souvent limitée pour éviter un échauffement qui aboutit à des brulures voire à des ruptures de l’ébauche (11).
Dans ce premier mode de réalisation, il y a préférentiellement un second système de refroidissement de l’autre côté dudit laminoir réversible à chaud dont la est un exemple non limitatif. Le second système de refroidissement est préférentiellement le symétrique du premier par rapport à un plan passant par les axes des cylindres de travail (21) et (22). Cette disposition est avantageuse car elle permet de refroidir l’ébauche (11) jusqu’à son entrée dans l’emprise et dès sa sortie de l’emprise du laminoir réversible à chaque passe de laminage et de façon identique.
Ce système est avantageux car il permet la meilleure maitrise de la température de l’ébauche en cours de son laminage réversible et ce à chaque passe, ce qui est profitable pour la qualité métallurgique du produit et pour la productivité dudit laminoir réversible.
D’autres exemples non limitatifs du premier mode de réalisation sont donnés par la et la .
Dans le premier mode de réalisation préféré, le temps de cycle du laminage à chaud de l’ébauche (11) est préférentiellement diminué d’au moins 30 secondes pour les alliages AA6xxx, préférentiellement pour l’alliage AA6016, préférentiellement de 60s, plus préférentiellement de 90s.
Dans le premier mode de réalisation préféré, le temps de cycle du laminage à chaud de l’ébauche (11) est préférentiellement diminué d’au moins 15 secondes pour l’alliage AA5182, préférentiellement de 20 s, plus préférentiellement de 45s.
Un second mode de réalisation est un système de refroidissement permettant de refroidir rapidement une ébauche (11) pendant un laminage à chaud.
Ce mode de réalisation est conçu pour arroser chaque point de l’ébauche (11) pendant 10s, préférentiellement 8 secondes. L’homme de l’art saura adapter les caractéristiques ci-dessous à son laminoir particulier et à la vitesse de l’ébauche (11).
Dans un mode de réalisation préféré du second mode de réalisation préféré, illustré de façon non limitative par la , le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une paire de rampes (303 et 304) de buses (353, 354), préférentiellement 3 paires de rampes (303 et 304), dans chaque paire de rampes (303 et 304), les jets de fluide de refroidissement (363, 364) étant orientés en opposition, la différence β – α/2 étant positive ou nulle, préférablement nulle, les surfaces aspergées (513, 514) de l’ébauche (11) par les jets (363, 364) se recouvrant préférentiellement d’un facteur entre 1/3 et 2/3, préférentiellement 1/2, et le dispositif de refroidissement inférieur comprenant au moins 1 rampe (40) de buses (45), préférentiellement 8 rampes (40), dont les jets de fluide de refroidissement (46) sont coniques et d’axe substantiellement perpendiculaire à l’ébauche (11). L’angle β est l’angle que fait l’axe des buses (353, 354) avec la droite V perpendiculaire à la face supérieure de l’ébauche (11). L’angle α est l’angle du cône du jet de fluide de refroidissement produit par lesdites buses. Ces angles sont schématisés sur la avec les rampes (30), les buses (35) et les jets (36). Cette configuration est intéressante car elle amène le fluide de refroidissement à se concentrer dans au moins une partie de la zone de recouvrement des jets (36) et à rejeter ainsi le fluide de refroidissement sur les bords avec assez de vitesse pour ne pas ruisseler vers les extrémités de l’ébauche (11), ce qui permet de refroidir de manière uniforme l’ensemble de la longueur de l’ébauche. Ce système permet en outre de diminuer la consommation d’énergie des dispositifs (38) d’évacuation du fluide de refroidissement voire de pouvoir les supprimer.
Dans un autre mode de réalisation préféré du second mode de réalisation préféré, illustré de façon non limitative par la ou la , le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins 1 rampe (30) de buses (35), préférentiellement 6 rampes, et le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins 1 rampe de buses (45), préférentiellement 8 rampes, toutes produisant des jets de fluide de refroidissement (36) et (46) coniques dont les axes sont substantiellement normal à l’ébauche (11), et dont l’angle α du cône des jets (36) est inférieur à 20°, préférentiellement l’angle du cône des jets (36) est substantiellement de 15°. Ce dispositif a l’avantage d’être plus simple à construire. L’angle α des jets coniques de moins de 20°, préférentiellement substantiellement 15°, permet de limiter la composante horizontale de la vitesse du fluide de refroidissement lors de son impact sur l’ébauche (11), et par conséquence de limiter le ruissellement du fluide de refroidissement sur l’ébauche (11) pour en maitriser le refroidissement.
Dans le second mode de réalisation préféré, le système de refroidissement est utilisé préférentiellement une seule fois de façon à diminuer la température moyenne de l’ébauche (11) d’au moins 50°C jusqu’à une température moyenne supérieure à 400°C, en moins de 10 secondes préférentiellement en moins 8 secondes pour une ébauche (11) d’une épaisseur d’au plus de 114 mm comme montré en .
Dans un autre mode de réalisation, il est possible de refroidir plus l’ébauche (11) par exemple en faisant deux passages sous le système de refroidissement.
Dans un autre mode de réalisation, il est possible de refroidir de 50°C une ébauche plus épaisse en diminuant la vitesse de passage de l’ébauche (11) ou en agrandissant la longueur des surfaces aspergées (51) et (61). Par exemple non limitatif, une ébauche (11) de 140mm peut être refroidie de 50°C en au moins 15 secondes, préférentiellement au moins 10 secondes comme montré en .
Dans un autre mode de réalisation, la vitesse moyenne typique de refroidissement V de la température moyenne de l’ébauche (11) pendant le passage de l’ébauche (11) entre les enveloppes convexes supérieure (52) et inférieure (62) est de l’ordre de V= C/e, ou V est en °C/s, e est l’épaisseur de l’ébauche en mm, et C est une valeur constante qui vaut entre 400 et 1000, préférentiellement entre 600 et 900, plus préférentiellement entre 700 et 800. La formule V=C/e est une approximation qui requiert en particulier que la surface de l’ébauche (11) reste supérieure à la température de Leidenfrost. La diminution de la température moyenne DT en degré °C de l’ébauche (11) après avoir traversé les enveloppes convexes supérieures (52) et inférieure (62) du système de refroidissement est typiquement de l’ordre DT = C/e*d, d étant la durée de passage d’un point de l’ébauche (11) entre lesdites enveloppes convexes, la vitesse de l’ébauche (11) étant constante. Cette formule est une approximation qui requiert en particulier que la surface de l’ébauche (11) reste supérieure à la température de Leidenfrost. Préférentiellement, la plage d’épaisseur de l’ébauche (11) pour l’application desdites formules a pour minimum 25mm, préférentiellement 50, préférentiellement 75mm, préférentiellement 100mm, préférentiellement 110mm et a pour maximum 200mm, préférentiellement 175mm, préférentiellement 150mm, préférentiellement 140mm, préférentiellement 130mm, préférentiellement 125mm, préférentiellement 120mm.
Un troisième mode de réalisation préféré est un procédé de laminage d’un alliage d’aluminium de la série AA6xxx comprenant les étapes :
- coulée d’une plaque de laminage en alliage de la série AA6xxx,
- homogénéisation de la plaque de laminage, suivie optionnellement d’un réchauffage,
- premier laminage à chaud pour transformer la plaque de laminage en une ébauche ayant une première épaisseur de sortie à partir d’une première température de début de laminage à chaud,
- refroidissement de l’ébauche ainsi obtenue avec une vitesse moyenne typique de refroidissement de la température moyenne de l’ébauche de l’ordre de V= C/e jusqu’à une seconde température de début de second laminage à chaud, où V est en °C/s, e est l’épaisseur de l’ébauche en mm, et C est une valeur constante qui vaut entre 400 et 1000, préférentiellement entre 600 et 900, plus préférentiellement entre 700 et 800,
- second laminage à chaud pour transformer l’ébauche ainsi refroidie en une bande à l’épaisseur finale de laminage à chaud dans des conditions de déformation et de température telles que la bande soit recristallisée à au moins 50%,
- laminage à froid de la bande en une tôle mince.
Le premier laminage à chaud et le refroidissement sont effectués de préférence avec un laminoir réversible à chaud selon l’invention. Lors du refroidissement de l’étape d le système de refroidissement est utilisé préférentiellement une seule fois de façon à diminuer préférentiellement la température moyenne avec une vitesse moyenne typique de refroidissement de la température moyenne de l’ébauche d’au moins 50°C jusqu’à une température moyenne supérieure à 400°C. Préférentiellement, la plage d’épaisseur de l’ébauche lors de ce refroidissement a pour minimum 25mm, préférentiellement 50, préférentiellement 75mm, préférentiellement 100mm, préférentiellement 110mm et a pour maximum 200mm, préférentiellement 175mm, préférentiellement 150mm, préférentiellement 140mm, préférentiellement 130mm, préférentiellement 125mm, préférentiellement 120mm.
Dans un mode de réalisation du troisième mode de réalisation préféré, lors du refroidissement de l’étape d le système de refroidissement est utilisé préférentiellement une seule fois de façon à diminuer la température moyenne de l’ébauche d’au moins 50°C jusqu’à une température moyenne supérieure à 400°C, en moins de 10 secondes préférentiellement en moins 8 secondes pour une ébauche (11) d’une épaisseur d’au plus de 114mm.
Les inventeurs ont trouvé de façon surprenante que ce procédé permet d’améliorer la productivité tout en conservant des propriétés mécaniques, de qualité de surface et de résistance à la corrosion au moins égales à celles obtenues sans le procédé selon l’invention. Ces produits peuvent être particulièrement utiles dans l’industrie automobile en particulier pour réaliser des pièces extérieures de la carrosserie.
Dans le troisième mode de réalisation préféré, parmi les alliages de la série AA6xxx, les alliages préférés sont AA6005, AA6009, AA6013, AA6014, AA6016, AA6022, AA6056, AA6061, AA6111, AA6181, AA6216, AA6316, AA6451, AA6501, AA6502, AA6603, AA6605, AA6607.
Dans un mode de réalisation du troisième mode de réalisation préféré, la composition de la plaque en alliage de la série AA6xxx est un alliage comprenant en % de poids: Si : 0.5 – 0.8; Mg : 0.3 – 0.8; Cu :maximum 0.3; Mn : maximum 0.3; Fe maximum 0.5 ; Ti : maximum 0.15, reste en aluminium et les inévitables impuretés 0.05 maximum chacune et 0.15 leur totalité, et préférablement Si : 0.6 – 0.75; Mg : 0.5 – 0.6; Cu :maximum 0.1; Mn maximum 0.1; Fe 0.1 – 0.25 ; Ti : maximum 0.05, reste en aluminium et les inévitables impuretés 0.05 maximum chacune et 0.15 leur totalité.
Dans un autre mode de réalisation du troisième mode de réalisation préféré la composition de la plaque en alliage de la série AA6xxx est un alliage comprenant en % de poids: Si 0.7 – 1.3; Mg : 0.1 – 0.8; Cu :maximum 0.3; Mn : maximum 0.3; Fe maximum 0.5 ; Ti : maximum 0.15, reste en aluminium et les inévitables impuretés 0.05 maximum chacune et 0.15 leur totalité, et préférablement Si : 0.8 – 1.1; Mg : 0.2 – 0.6; Cu :maximum 0.1; Mn maximum 0.2; Fe 0.1 – 0.4 ; Ti : maximum 0.1, reste en aluminium et les inévitables impuretés 0.05 maximum chacune et 0.15 leur totalité.
Après la coulée, la plaque est préférentiellement homogénéisée à une température entre 500 et 570°C., et préférablement entre 540 et 560°C typiquement pendant une durée d’au moins 4 heures, et préférablement pendant au moins 8 heures. Dans un mode de réalisation préféré, la température maximum de l’homogénéisation est au plus de 555°C. L’homogénéisation peut être en une étape ou en plusieurs étapes avec des températures croissantes pour diminuer le risque de brulure.
Dans le troisième mode de réalisation préféré, la plaque est ensuite laminée en une ébauche au cours d’un premier laminage à chaud sur un laminoir réversible. La température de début de laminage du premier laminage à chaud est préférentiellement supérieure à 470°C, plus préférablement au-dessus de 490°C, et encore plus préférablement au-dessus de 500°C. Préférablement, pendant ce premier laminage à chaud, la température est maintenue au-dessus de 450°C, préférablement au-dessus de 470°C et plus préférablement au-dessus de 490°C. Préférablement, la première épaisseur de sortie est entre 90mm et 140mm, préférentiellement entre 100 et 130mm, et plus préférentiellement entre 110mm et 120mm.
Cette épaisseur de l’ébauche est particulièrement intéressante dans les usines dont le train de laminage à chaud est constitué de successivement de deux laminoirs à chaud réversibles et optionnellement d’un laminoir en tandem à chaud. En effet, cette épaisseur d’ébauche correspond à l’épaisseur de l’ébauche lors de son transfert entre le premier laminoir réversible et le second laminoir réversible. Le refroidissement peut alors se fait sans aucune perte de temps.
L’ébauche est alors refroidie suivant une vitesse de refroidissement d’au moins 5°C/s de la température moyenne de l’ébauche jusqu’à une seconde température de début de second laminage à chaud. Avantageusement le premier laminage à chaud et le refroidissement sont effectués avec un laminoir réversible à chaud selon l’invention, tel qu’illustré notamment par les figures 12 à 15.
Après refroidissement, l’ébauche est laminée avec un second laminage à chaud en une bande. Le second laminage à chaud peut être réalisé successivement sur plusieurs laminoirs à chaud, par exemple un second laminoir à chaud réversible suivi par un laminoir tandem ou sur le laminoir à chaud réversible ayant été utilisé pour le premier laminage à chaud suivi par un laminoir tandem. De façon préférable, la température de début du second laminage à chaud est entre 380 et 450°C, plus préférablement entre 400 et 440°C, et plus préférablement entre 420 et 435°C. La bande est laminée jusqu’à une épaisseur finale de laminage à chaud dans des conditions telle que la bande après refroidissement est recristallisée à au moins 50%, préférablement au moins 80%, et plus préférablement au moins 90%, et particulièrement préférentiellement au moins 98%. Une recristallisation d’au moins respectivement 50%, 80%, 90% et 98% signifie que le taux de recristallisation mesuré au travers de l’épaisseur et dans au moins 3 points de la largeur est respectivement d’au moins 50%, 80%, 90% et 98%. Typiquement, la recristallisation varie au travers de l’épaisseur et peut être complète en surface et incomplète à mi épaisseur. Le taux de recristallisation préféré dépend de l’alliage de la bande.
Pour obtenir ladite recristallisation, il est avantageux la température de sortie du second laminage à chaud soit au moins 345°C, préférablement au moins 350°C et plus préférentiellement au moins 355°C. La réduction d’épaisseur lors de la dernière passe du second laminage est un paramètre pour assurer la recristallisation. Ladite réduction de la dernière passe du second laminage à chaud est au moins de 25%, préférentiellement au moins 30%, préférentiellement 40%, et plus préférentiellement au moins 45%. L’épaisseur typique de la bande obtenue avec le second laminage à chaud est entre 4 et 10mm.
La bande est ensuite laminée à froid en une tôle mince. Avec la méthode de l’invention, il n’est pas nécessaire d’effectuer un recuit et/ou une mise en solution entre le laminage à chaud et le laminage à froid ou en cours de laminage à froid pour obtenir les propriétés mécaniques, de formabilité, d’état de surface ou de corrosion. Préférablement il n’est pas réalisé un recuit et/ou une mise en solution entre le laminage à chaud et le laminage à froid ou en cours de laminage à froid. La tôle mince a une épaisseur typiquement entre 0.5 et 2mm. Dans un mode de réalisation préféré, la réduction par laminage à froid est entre 70% et 80%. Dans un autre mode de réalisation préféré, le taux de réduction entre la bande et la tôle mince est d’au moins 80% pour obtenir pour la qualité de surface la plus avantageuse.
Préférentiellement, après l’étape f, une étape supplémentaire peut être réalisée
g : mise en solution et trempe de la tôle mince ainsi obtenue dans un four de traitement thermique en continu.
Ledit four de traitement thermique en continu fonctionne préférentiellement de façon telle que la durée de maintien équivalente à 560 °C, est inférieure à 30 s, préférablement inférieure à 25 s et plus préférablement inférieure à 20 s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l'aide de l'équation
,
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol
Préférentiellement, après le traitement de mise en solution et la trempe, un pré-revenu est optionnellement effectué, et la tôle mince mature à la température ambiante, de façon à atteindre l'état métallurgique T4, est découpée et mise en forme jusqu'à obtenir sa forme finale, est peinte et durcie par cuisson
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol
Préférentiellement, après le traitement de mise en solution et la trempe, un pré-revenu est optionnellement effectué, et la tôle mince mature à la température ambiante, de façon à atteindre l'état métallurgique T4, est découpée et mise en forme jusqu'à obtenir sa forme finale, est peinte et durcie par cuisson
La tôle mince, après traitement de mise en solution dans un four de traitement thermique en continu fonctionnant de façon telle que la durée de maintien équivalente à 560 °C, , est inférieure à 20 s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l'aide de l'équation
,
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol,
atteint une résistance à la traction d'au moins 90 % et de préférence d'au moins 95 % de la résistance à la traction maximale obtenue après traitement de mise en solution avec une durée de maintien équivalente à 560 °C, , de 98s.
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol,
atteint une résistance à la traction d'au moins 90 % et de préférence d'au moins 95 % de la résistance à la traction maximale obtenue après traitement de mise en solution avec une durée de maintien équivalente à 560 °C,
La tôle mince issue du laminage à froid est particulièrement avantageuse ne serait-ce que parce qu'elle est facile à traiter par mise en solution. Les gammes classiques visant à obtenir un bon état de surface, compatible avec une qualité pour les tôles extérieures de carrosserie, comportent généralement un traitement thermique supplémentaire au cours de la gamme de transformation par rapport à la tôle obtenue selon l’invention. La présence de ce traitement thermique supplémentaire fait que l’homme du métier a besoin d’utiliser des températures élevées et des durées de maintien équivalente importantes sur les lignes de traitement de mise en solution avec recuit continu afin d’obtenir des résistances mécaniques suffisamment élevées dans les états métallurgiques tels que fournis et avec après cuisson des peintures. Au contraire, la tôle mince laminée à froid de l'invention peut utiliser un traitement de mise en solution dans une ligne de recuit continu fonctionnant de façon telle que la durée de maintien équivalente à 560 °C, , est courte , typiquement inférieure à 25s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l'aide de l'équation
,
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol.
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol.
Généralement, la ligne de recuit continu fonctionne de façon telle que la vitesse de chauffage de la tôle mince est supérieure ou égale à 10°C/s pour une température du métal inférieure à 400°C, le temps passé à plus de 530°C est compris entre 15s et 90s, et la vitesse de trempe est supérieure ou égale à 10 °C/s, de préférence supérieure ou égale à 15 °C/s pour une épaisseur de 0,9 à 1,1mm. Le traitement de mise en solution fait en sorte que le métal atteigne une température inférieure mais proche de la température du solidus, à savoir généralement supérieures à 530 °C et inférieures à 570 °C. La température de bobinage après le traitement de mise en solution est de préférence comprise entre 50 °C et 90 °C, et préférablement entre 60 °C et 80°C.
Après le traitement de mise en solution et la trempe, la tôle mince peut vieillir de façon à atteindre l'état métallurgique T4, avant d’être découpée et mise en forme jusqu'à obtenir sa géométrie finale, peinte et durcie par cuisson.
Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour la fabrication de tôles minces destinées à l'industrie automobile qui combinent une limite d'élasticité à la traction élevée et une aptitude à la mise en forme adaptée aux opérations d'emboutissage à froid, ainsi qu'une excellente qualité de surface sur pièce et une résistance élevée à la corrosion avec une productivité élevée.
Dans un quatrième mode de réalisation préféré, le laminoir à chaud combine le premier mode de réalisation préféré et le second mode de réalisation.
Un exemple non limitatif est donné en . Le laminoir à chaud est entouré par systèmes de refroidissements qui permettent d’en améliorer la productivité. Un troisième système de refroidissement permet d’effectuer un refroidissement rapide pendant le transfert vers la suite du laminage à chaud. Ce quatrième mode de réalisation permet de combiner le gain de productivité sur le laminoir à chaud réversible, le refroidissement rapide sans impact de productivité pendant le transfert vers la suite du laminage, l’ensemble permettant de fournir des tôles d’alliage AA6xxx avec de bonne qualité de surface et en améliorant la productivité des lignes de mise en solution et de trempe.
Exemple
Exemple 1.
Un laminoir à chaud réversible selon l’invention illustré par la comprend deux systèmes de refroidissement installés de part et d’autre de cylindres de travail de façon symétrique. Chacun de ces deux systèmes de refroidissement est composé d’un dispositif de refroidissement supérieur et d’un dispositif de refroidissement inférieur. Le dispositif de refroidissement supérieur comporte une rampe (30) de buses (35) orientées vers le cylindre (21). Chaque rampe de buses supérieure est protégé par un pièce protectrice (37). Le dispositif de refroidissement inférieur comporte deux rampes (40) de buses inférieures (45) installées en dessous du plan des axes des rouleaux (23) ; une première rampe (40) entre le premier rouleau (23) à partir du cylindre (22) et le second rouleau (23), et la seconde rampe (40) de buses (45) entre le deuxième et le troisième rouleau (23). Les rouleaux (23) sont suffisamment proches pour ne pas nécessiter l’installation d’une pièce protectrice (47). Les buses (35) et (45) produisent des jets coniques pleins par pulvérisation. Les buses (45) produisent des jets coniques qui sont presque tangents aux rouleaux (23). Les buses (35) et (45) sont alimentées par des vannes à réponses rapide dont le temps de réponse est de 0.2s. L’enveloppe convexe de la surface aspergée supérieure est substantiellement en vis-à-vis de l’enveloppe convexe de la surface aspergée inférieure. Lesdites enveloppes convexes sont à moins de 3 diamètres du plus grand des deux cylindres de travail du laminoir réversible à chaud. Le débit surfacique moyen par surface est d’environ 1200 l/min/m². Le fluide de refroidissement est l’émulsion du laminoir qui sert à lubrifier l’ébauche (11) lors de son laminage à chaud. Le fluide de refroidissement est en caléfaction sur la surface de l’ébauche (11).
Une plaque d’épaisseur 500mm a été laminée à chaud avec un refroidissement selon l’invention à chaque passe de laminage à chaud. La montre le champ thermique en surface supérieure d’une ébauche en alliage AA6016 de dimensions 2000 mm de large, 50 mm d’épais et 5000 mm de long, juste en sortie de la dernière passe de laminage à chaud réversible. L’hétérogénéité de la température surfacique de l’ébauche, y compris les rives et les extrémités, est de 10°C aussi bien dans la longueur que dans la largeur.
Une plaque identique du même alliage a également été laminée à chaud mais sans l’utilisation de système de refroidissement de l’invention. La montre le champ thermique en surface supérieure de l’ébauche obtenue de mêmes dimensions que celle présentée en juste en sortie de la dernière passe de laminage à chaud réversible. L’hétérogénéité de la température surfacique de surface de l’ébauche est de 25°C aussi bien dans la longueur que dans la largeur en l’absence de l’utilisation du système de refroidissement de l’invention.
En plus de l’amélioration notable de l’uniformité thermique de l’ébauche en utilisant l’invention par rapport à la pratique sans faire appel à l’invention, le refroidissement de l’ébauche en cours du schéma de laminage permet de réduire le temps de cycle de laminage à chaud réversible de 90 secondes.
Deux plaques en alliage AA5182, de largeur 1480mm et d’épaisseur 510mm ont été laminées à chaud avec l’invention, la première avec l’invention et la seconde sans l’invention. Le temps de cycle de laminage à chaud de la première plaque était plus court de 64s par rapport à la seconde.
Exemple 2
Un laminoir à chaud selon l’invention comprenant des cylindres de travail (21,22) et un système refroidissement ayant six rampes supérieures (30) de buses (35) et huit rampes inférieures (40) de buses (45) est représenté sur la . Il fait partie d’un train à chaud comprenant un second laminoir réversible comprenant des cylindres de travail (25,26). Ces deux laminoirs à chaud réversibles font partie d’un train à chaud comportant en plus un laminoir tandem à chaud. Les buses des rampes supérieures (35) sont orientées perpendiculairement au plan de l’ébauche (11). Les jets des buses supérieures (36) sont coniques pleins dont l’angle du cône est substantiellement 15° Le fluide de refroidissement est l’émulsion servant à la lubrification des cylindres de travail lors du laminage à chaud. Les buses (45) des rampes inférieures (40) sont orientées perpendiculairement vers la face inférieure de l’ébauche (11). Les jets des buses inférieures sont coniques pleins dont l’angle du cône est substantiellement 90° Les surfaces aspergées (52) et (62) sont substantiellement en vis-à-vis.
Le système est capable de refroidir une tôle d’épaisseur 114mm d’une température de 470°C à une température moyenne de 420°C en 8 secondes comme montré sur le graphique de la obtenu par simulation numérique. 20 secondes après le début de refroidissement, l’hétérogénéité dans l’épaisseur de l’ébauche est d’environ 9°C, et 30s après le début du refroidissement, l’hétérogénéité dans l’épaisseur de l’ébauche d’environ 2°C. Dans le tableau 1, les exemples D et E, qui sont des ébauches de 114 et 109mm en alliage de la série AA6xxx, ont été refroidis avec le système sans réglage particulier pour avoir des rives ou des extrémités plus chaudes. Les températures mentionnées dans le tableau 1 sont des mesures prises en surface des ébauches. Vu le temps de transfert supérieur à 30 s entre le premier laminoir réversible à chaud et le système de refroidissement et entre le système de refroidissement et le second laminoir réversible à chaud, les températures de surface des ébauches D et E sont représentatives de la température moyenne des dites ébauches ainsi que des températures à cœur. Les tôles D et E ont donc été refroidies de 57 et 75°C
| A | B | C | D | E | |
| Exemple A de référence | Exemple B de référence | . Exemple C de référence | Exemple D selon l’invention- | Exemple E selon l’invention- | |
| Composition (% en poids) | |||||
| Si | 0.66 | 0.67 | 0.70 | 0.69 | 0.69 |
| Fe | 0.14 | 0.15 | 0.14 | 0.15 | 0.15 |
| Cu | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 |
| Mn | 0.08 | 0.07 | 0.09 | 0.07 | 0.07 |
| Mg | 0.64 | 0.64 | 0.52 | 0.54 | 0.56 |
| Cr | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 |
| Ti | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.05 | 0.04 |
| Traitement thermique de la plaque | |||||
| homogénéisation | 6.5h 554°C | 6.7h 554°C | 30h 554°C | 20h 554°C | 16h 554°C |
| refroidissement | N/A | N/A | température ambiante | N/A | N/A |
| réchauffage | N/A | N/A | à la température de laminage | N/A | N/A |
| Premier laminage à chaud | |||||
| température de début de laminage (°C) | 554 | 553 | 393 | 511 | 537 |
| Epaisseur finale(mm) | 114 | 114 | 114 | 114 | 109 |
| température de fin de laminage (°C) | 524 | 523 | 360 | 481 | 507 |
| refroidissement | |||||
| vitesse de refroidissement | N/A | N/A | N/A | 5°C/s | 5°C/s |
| second laminage à chaud | |||||
| température de début de laminage (°C) | 519 | 519 | 356 | 424 | 432 |
| Epaisseur finale de laminage à chaud (mm) | 3.05 | 3.05 | 6.35 | 5.08 | 5.08 |
| réduction à la dernière passe à chaud | 41% | 39% | 44% | 47% | 47% |
| température de bobinage (°C) | 332 | 327 | 343 | 352 | 357 |
| Laminage à froid | |||||
| réduction à froid (%) | 73.7 | 73.8 | 85.0 | 81.3 | 81.3 |
| épaisseur finale (mm) | 0.8 | 0.8 | 0.95 | 0.95 | 0.95 |
Cinq plaques dont les compositions sont données dans le tableau 1 en % en poids ont été coulées. Le tableau 1 détaille également le procédé de transformation. Les colonnes A et B décrivent une plaque et ses étapes de transformation en ébauche puis en bande puis en tôle mince pour produire des éléments de carrosserie internes qui n’ont pas d’exigence en terme de qualité de surface. La colonne C décrit une plaque et ses étapes de transformation typique en ébauche puis en bande puis en tôle mince pour produire des éléments de carrosseries externes qui ont des exigences fortes en terme de qualité de surface. Il s’agit d’exemples de référence dans lesquels on ne réalise pas de refroidissement au cours du laminage à chaud. Les colonnes D et E sont des exemples de l’invention.
Les 5 plaques A, B C D et E ont été homogénéisées avec les conditions du tableau 1. Les plaques A, B, D et E ont été transférées vers le premier laminage réversible à chaud. La plaque C a été refroidie à la température ambiante puis réchauffée à la température de début du premier laminage à chaud et transférées vers le premier laminage à chaud réversible. Les 5 plaques ont été laminées à chaud par le premier laminoir à chaud en une ébauche d’épaisseur 114mm sauf la plaque E qui a été laminée en ébauche d’épaisseur 109mm. Les 5 ébauches ont ensuite été transférés vers le second laminoir à chaud réversible en traversant le système de refroidissement du premier laminoir à chaud. Les ébauches A, B et C ont traversé le système de refroidissement sans être arrosées, et n’ont subi qu’un refroidissement naturel à l’air pendant leur transfert vers le second laminoir à chaud réversible. Les ébauches D et E ont traversé le système de refroidissement en fonctionnement et ont donc été refroidies jusqu’à la température de surface indiquée dans le tableau 1. Les 5 ébauches ont été ensuite laminées avec le second laminoir à chaud réversible, puis avec un laminoir à chaud tandem en une bande. En sortant du laminoir tandem à chaud, les bandes ont été bobinées selon les caractéristiques dans le tableau 1. Après refroidissement, les 5 bobines ont été laminées à froid en tôles minces.
Des échantillons des bandes C, D et E ont été prélevés après la dernière passe de laminage à chaud et avant le bobinage. Ces échantillons ont été refroidis rapidement en les immergeant dans un bac d’eau à la température ambiante. Puis une cinétique de recristallisation a été réalisée en laboratoire en chauffant chaque échantillon à différentes températures, ensuite les échantillons sont refroidis d’une façon similaire au refroidissement d’une bobine après laminage à chaud. Des métallographies ont ensuite été réalisées ( ) et le taux de recristallisation évalué (tableau 2).
| Température de chauffage | |||||||
| 310°C | 321°C | 332°C | 343°C | 355°C | 365°C | ||
| C | Réf exemple | 0% | 75% | 98% | 100% | 100% | 100% |
| D | invention | 0% | 15% | 33% | 44% | 95% | 100% |
| E | invention | 0% | 6% | 43% | 94% | 99% | 100% |
La qualité de l’état de surface en lignage (roping) a été caractérisée sur les tôles minces A, B, D et E. Le lignage est mesuré de la façon suivante. Un échantillon mesurant environ 270 mm (dans le sens transversal au sens de laminage) par 50 mm (dans le sens du laminage) est découpé dans la tôle mince. Une pré déformation par traction de 15 %, perpendiculaire au sens du laminage, c’est à dire dans le sens de la longueur de l’échantillon, est ensuite appliquée. L’échantillon est ensuite soumis à l'action d'un papier abrasif de type P800 afin de révéler le lignage
Les tôles minces D et E, produites selon l’invention, ont une qualité de surface conforme pour réaliser des éléments de carrosserie externe comme le montrent la pour la tôle mince D et la pour la tôle mince E. Ce n’est pas le cas des tôles minces A et B comme le montrent la pour la tôle mince A et la pour la tôle mince B. Le système de refroidissement démontre son utilité pour obtenir la qualité de surface avec un procédé plus économique en supprimant le réchauffage comme pour la tôle mince C, non caractérisée spécifiquement en qualité de surface, qui sert à produire des éléments de carrosserie externe.
Pour évaluer la cinétique de mise en solution des 3 tôles minces C, D et E, les caractérisations suivantes ont été menées. Des échantillons ont été prélevés après laminage à froid jusqu’à l’épaisseur finale sur les 3 tôles minces C, D et E. Divers traitements thermiques de mise en solution ont d’abord été effectués sur les échantillons en variant les temps mise en solution des échantillons dans un four à lit fluidisé à 570 °C. Une longue période d’immersion de 90 s à 570 °C a été utilisée pour mettre complètement en solution les échantillons. La durée de 90s à 570°C est équivalente à une durée de 98s à 560°C en utilisant la formule
,
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol.
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol.
. Des durées de mise en solution plus courtes dans le four à lit fluidisé à 570 °C ont été utilisées pour obtenir une mise en solution de solution incomplète des alliages. Ces traitements thermiques de mise en solution ont tous été suivis d’une trempe à l’eau jusqu’à 80 °C et d’un traitement pré-revenu de 8 heures à 80 °C. Après ces différents traitements thermiques de mise en solution, puis de trempe et puis de pré revenu, les échantillons ont été revenus pendant 2 heures à 205 °C dans un bain d’huile afin d’atteindre l’état métallurgique T6.
Des tests de traction ont ensuite été effectués. La limite d’élasticité (Rp0,2) obtenue après le traitement de revenu final à l’état métallurgique T6 est utilisée comme indicateur de la qualité de mise en solution des échantillons. En effet, selon l’état de précipitation existant dans les tôles minces, la durée de mise en solution à la température de mise en solution (ici 570 °C) nécessaire pour dissoudre ces précipités varie. Pour des raisons de productivité sur les machines de production réalisant la mise en solution, il est avantageux que la durée de mise en solution soit aussi courte que possible.
Les résultats des tests de traction des 3 tôles minces C, D et E sont indiqués dans le tableau 3 et sur la . Sur ce graphique, chaque limite élastique mesurée (T6YS) est normalisée avec la limite élastique obtenue pour la même tôle mince après un temps de mise en solution de 90 secondes dans le lit fluidisé à 570 °C (T6YSmax).
La montre que la cinétique de mise en solution des deux tôles minces D et E selon l’invention est beaucoup plus rapide que celle de l’exemple C comparatif. En effet, après une immersion de 50s dans le lit fluidisé à 570°C, la limite d’élasticité à l’état T6 des exemples D et E selon l’invention a atteint plus de 99% de sa limite d’élasticité maximale à l’état T6, alors que l’exemple comparatif C est juste supérieur à 98% de sa limite d’élasticité maximale à l’état T6. De même, après une mise en solution de 30s dans le lit fluidisé à 570°C, la limite d’élasticité à l’état T6 des exemples D et E selon l’invention a atteint plus de 98% de sa limite d’élasticité maximale à l’état T6, alors que l’exemple comparatif C est à 96% de sa limite d’élasticité maximale à l’état T6. Donc l’invention permet de surcroit d’accélérer la productivité de la mise en solution.
| durée d’immersion dans le lit fluidisé (s) à 570°C | limité élastique (T6YS – MPa ) | Limité élastique à l’état T6 divisé par la limité élastique maximum à l’ état T6 (T6YS/T6YS max) | ||
| D | invention 1 | 10 | 143 | 0.52 |
| D | invention 1 | 20 | 264 | 0.96 |
| D | invention 1 | 30 | 271 | 0.98 |
| D | invention 1 | 50 | 275 | 1.00 |
| D | invention 1 | 90 | 276 | 1.00 |
| E | Invention 2 | 10 | 134 | 0.49 |
| E | Invention 2 | 20 | 262 | 0.96 |
| E | Invention 2 | 30 | 271 | 0.99 |
| E | Invention 2 | 50 | 274 | 1.00 |
| E | Invention 2 | 90 | 274 | 1.00 |
| C | ref exemple 3 | 30 | 264 | 0.96 |
| C | ref exemple 3 | 50 | 271 | 0.98 |
| C | ref exemple 3 | 90 | 275 | 1.00 |
Claims (11)
- Laminoir réversible à chaud comprenant deux cylindres de travail, un cylindre de travail supérieur (21) et un cylindre de travail inférieur (22), et au moins un système de refroidissement destiné à refroidir une ébauche (11), ladite ébauche (11) se déplaçant sur des rouleaux (23) et traversant le laminoir réversible à chaud entre les deux cylindres de travail (21) et (22), ledit système de refroidissement étant constitué de deux dispositifs de refroidissement : un dispositif de refroidissement supérieur de l’ébauche (11) et un dispositif de refroidissement inférieur de l’ébauche (11) caractérisé en ce que :
* le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une rampe (30) de buses (35) disposée substantiellement parallèlement à l’axe du cylindre de travail supérieur (21), les buses (35) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (36) la face supérieure de l’ébauche (11),
* le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40) de buses (45) disposée entre les rouleaux (23) ou entre le cylindre de travail inférieur (22) et le rouleau (23) le plus proche, substantiellement parallèle à l’axe du cylindre de travail inférieur (22), les buses (45) arrosant avec des jets de fluide de refroidissement (46) la face inférieure de l’ébauche (11), l’axe des jets de fluide de refroidissement (46) étant orienté substantiellement perpendiculairement à la surface inférieure de l’ébauche (11). - Laminoir réversible à chaud selon la revendication 1 caractérisé en ce que les buses inférieures (45) produisent des jets de fluide de refroidissement (46) qui n’atteignent directement ni les rouleaux (23) ni le cylindre (22) en présence de l’ébauche (11) et qui sont préférentiellement presque tangents aux rouleaux (23) et dont la distance D67 est préférentiellement supérieure à un rayon du cylindre inférieur (22), plus préférentiellement au diamètre du cylindre inférieur (22) et/ou les buses supérieures (35) produisent des jets de fluide de refroidissement (36) qui n’atteignent pas directement le cylindre de travail supérieur (21), préférentiellement la distance D57 est supérieure au rayon du cylindre supérieur (21), plus préférentiellement la distance D57 est supérieure au diamètre du cylindre supérieur (21).
- Laminoir réversible à chaud selon l’une au moins des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que, pour chaque système de refroidissement, l’enveloppe convexe aspergée supérieure (52) est en vis-à-vis avec une tolérance de deux préférentiellement une fois la dimension du diamètre du cylindre de travail supérieur (21) de l’enveloppe convexe aspergée inférieure (62), préférentiellement lesdites enveloppes convexes (52, 62) sont substantiellement en vis-à-vis.
- Laminoir réversible à chaud selon l’une au moins des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l’enveloppe convexe aspergée supérieure (52) et l’enveloppe convexe aspergée inférieure (62), sont à proximité des cylindres du laminoir ; les distance maximales D55 et D65 aux cylindres (21) et (22) des enveloppes convexes aspergées (52) et (62) sont inférieures à 3 fois le plus grand des diamètres des cylindres de travail (21) et (22) et / ou les longueurs D56 et D66 desdites enveloppes convexes (52, 62) sont inférieures à deux diamètres, préférentiellement un diamètre du plus grand des cylindres de travail (21) ou (22).
- Laminoir réversible à chaud selon la revendication 4 caractérisé en ce qu’il comprend un second système de refroidissement de l’autre côté dudit laminoir réversible à chaud, le second système de refroidissement étant préférentiellement le symétrique du premier par rapport à un plan passant par les axes des cylindres de travail (21) et (22).
- Laminoir réversible à chaud selon l’une au moins des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une paire de rampes (303 et 304) de buses (353, 354), préférentiellement 3 paires de rampes (303 et 304), dans chaque paire de rampes (303 et 304), les jets de fluide de refroidissement (363, 364) étant orientés en opposition, la différence β – α/2 étant positive ou nulle, préférablement nulle, α étant l’angle du cône du jet de fluide de refroidissement produit par les buses et β étant l’angle d’inclinaison que fait l’axe des buses (353, 354) avec la droite V perpendiculaire à la face supérieure de l’ébauche (11), les surfaces aspergées (513, 514) de l’ébauche (11) par les jets (363, 364) se recouvrant préférentiellement d’un facteur entre 1/3 et 2/3, préférentiellement 1/2, et le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40) de buses (45), préférentiellement 8 rampes (40), dont les jets de fluide de refroidissement (46) sont coniques et d’axe substantiellement normal à l’ébauche (11).
- Laminoir réversible à chaud selon l’une au moins des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement supérieur comprend au moins une rampe (30), préférentiellement 6 rampes (30), de buses (35) et le dispositif de refroidissement inférieur comprend au moins une rampe (40), préférentiellement 8 rampes (40), de buses (45), toutes produisant des jets de fluide de refroidissement (36) et (46) coniques dont les axes sont substantiellement perpendiculaires à l’ébauche (11), et dont l’angle α du cône des jets (36) des buses supérieures (35) est inférieur à 20°, préférentiellement l’angle α du cône des jets (36) des buses supérieures (35) est substantiellement 15°.
- Laminoir réversible à chaud selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce que le laminoir à chaud réversible fait partie d’un train à chaud dans lequel le laminoir à chaud réversible est suivi par un second laminoir à chaud le système de refroidissement du laminoir à chaud réversible étant placé entre le laminoir à chaud réversible et le second laminoir à chaud, préférentiellement la distance entre le système de refroidissement et le second laminoir à chaud est suffisante pour que le système de refroidissement et le second laminoir à chaud fonctionnent de façon indépendante .
- Procédé de laminage à chaud d’alliages d’aluminium comprenant les étapes successives de
- approvisionnement d’une plaque de laminage en alliage d’aluminium optionnellement plaquée à une température d’entrée de laminage à chaud,
- réalisation d’une pluralité de passes de laminage à chaud et/ou de refroidissement avec le laminoir à chaud selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le système de refroidissement servant au moins une fois,
- transfert de l’ébauche (11) ou du produit fini sous forme de tôle ou bande à une température de sortie de laminage à chaud pour la suite du procédé de transformation à chaud.
- Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que l’hétérogénéité de la température surfacique de l’ébauche (11), préférentiellement de l’ébauche (11) sauf sur les rives (111) et /ou sur les extrémités (112), après son dégagement de l’emprise du laminoir et du dispositif de refroidissement est inférieure à 20°C, préférentiellement inférieure à 10°C et/ou la valeur absolue de la différence de température entre la face supérieure et la face inférieure de l’ébauche (11) est inférieure à 10°C, plus préférentiellement 7°C, plus préférentiellement 5°C, plus préférentiellement 2°C et plus préférentiellement, la température de la face supérieure de l’ébauche (11) est substantiellement égale à la température de la face inférieure de l’ébauche (11).
- Procédé selon l’une au moins des revendications 9 à 10 caractérisé en ce que la vitesse moyenne de refroidissement de la température moyenne de l’ébauche (11) pendant le passage de l’ébauche (11) entre les enveloppes convexes supérieure (52) et inférieure (62) est V= C/e, ou V est en °C/s, e est l’épaisseur de l’ébauche en mm, et C est une valeur constante qui vaut entre 400 et 1000, préférentiellement entre 600 et 900, plus préférentiellement entre 700 et 800.
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