LU86201A1 - Procede de laminage controle d'un produit epais - Google Patents

Description

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| C 2326/8412.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder, winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .

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Procédé de laminage contrôlé d'un produitiépais.

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La présente invention concerne un procédé de laminage contrôlé d'un produit épais tel qu'une tôle forte, en vue d’améliorer ses propriétés de résistance et de résilience.

Le laminage d'une tôle de forte épaisseur, s'il est pratiqué directement à la sortie des fours de réchauffage, s'effectue à une température très élevée et conduit à l'obtention d'une structure austénitique à grains grossiers. Dans ces conditions, la structure ferritique observée après refroidissement naturel des produits est formée de grains de grande dimension donnant lieu à une résistance et à une résilience insuffisantes.

On connaît déjà une méthode de laminage contrôlé, qui a été dé-j veloppée pour produire des aciers à grains ferritiques fins, I grâce à un choix approprié des conditions de réchauffage, du t plan des passes de laminage et des températures de laminage.

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En ce qui concerne les conditions de réchauffage# on sait qu'en abaissant la température de réchauffage dans les fours, on évite un grossissement exagéré des grains d'austénite. Une température minimale de réchauffage est cependant requise pour assurer la mise en solution des éléments dispersoïdes dont la précipitation ultérieure au cours du laminage provoque un ralentissement de la recristallisation de l'austénite. En pratique, la température de réchauffage est voisine de 1200°C, ce qui conduit à une dimension du grain austénitique de l'ordre de 170 μχα. au moment du défournement de la brame.

Dans cette méthode connue, le laminage est divisé en une phase de laminage à haute température, par exemple supérieure' à environ 900°C, et une phase de laminage à basse température pouvant descendre jusqu'à environ 700°C.

La phase de laminage à haute température comprend plusieurs passes au courls desquelles se produit une certaine recristallisation. L'affinement obtenu par les recristallisations·successives est cependant contrarié par le fait que les grains recristallisés subissent un grossissement entre lés passes. On a alors proposé de diviser ce domaine des déformations en-deux parties séparées par une attente à l'air, la première partie étant effectuée dans un domaine où les déformations induites s'accompa-! gnent d'une recristallisation statique de l'austénite, tandis | que la deuxième partie est réalisée à une température intermé diaire où le grossissement des grains après recristallisation est faible. Au cours de cette phase de laminage à haute température, il y a intérêt à appliquer par passe des taux de réduction aussi élevés que possible, afin d'augmenter le taux de recristallisation et également d'obtenir une distribution fine des précipités. En fin de cette phase, le métal présente une structure austénitique fine et recristallisée.

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Le laminage à haute température est interrompu au moment où l'épaisseur du produit se situe entre 2 et 3 fois l'épaisseur finale. La température du produit diminue par refroidissement à l'air calme au cours d'une attente pouvant atteindre plusieurs minutes.

Le laminage sé poursuit lorsque la température a atteint une certaine valeur en dessous de laquelle la recristallisation nécessite une durée supérieure à l'intervalle de temps séparant deux passes de laminage successives. Cette température dite “température de non recristallisation'1 dépend de la composition chimique de l'acier : dans la pratique, on estime qu’elle est de l'ordre de 950°C pour un acier au Nb et de 850°C pour un acier sans'Hb. Au cours de cette phase de laminage à basse température, le grain n'a pas le temps de recristalliser, de ; sorte qu'il s'allonge progressivement et que la structure en fin de laminage est formée de grains très fins et allongés, < riches en défauts cristallins. Dans ces conditions, l'énergie ! de déformation développée dans le domaine austénitique est pleinement utilisée pour une germination intense de la ferrite.

La mise en oeuvre de cette méthode rencontre fréquemment des difficultés dues notamment aux limitations des trains de laminoir en matière de couple ou de force de laminage.

Par exemple, dans la phase de laminage à haute température, la réduction d'épaisseur par passe peut être, pour cette raison, limitée à 25 mm dans les premières passes et à 20 % dans les ! dernières. Par ailleurs, la température de la tôle à la fin de | la phase de laminage à basse température peut être limitée à 800°C, alors qu'elle pourrait descendre jusqu'à 700°C, comme on l'a. indiqué plus haut.

? Il apparaît à l'expérience qu'avec cette méthode, l'intervalle ! de temps requis pour abaisser la température du produit entre ! Λ | " \ a * I ' - 4 - les deux phases de laminage est de l'ordre de 6 à 7 minutes.

Afin d'éviter une perte sensible de production, on pratique le laminage dit "imbriqué". Cette technique consiste à appliquer à une tôle la première phase de laminage, à haute température, puis à évacuer ensuite cette tôle vers l'aval de la cage où elle se refroidit à l'air. Une deuxième tôle, ensuite une troisième et une quatrième subissent de la même manière la première phase de laminage et sont évacuées vers l'aval. Ces quatre tôles sont alors ramenées en amont de la cage et la deuxième phase de laminage, à basse température, leur est successivement appliquée.

On peut ainsi traiter en parallèle un maximum de 4 ou 5 tôles, selon leur longueur.

Le laminage "imbriqué" permet de maintenir une production éle- ; .· vée. Il présente cependant plusieurs inconvénients : - nécessite d'une grande attention de la part des opérateurs; ! - risque de perdre plusieurs produits lors d'un ennui au cours < du laminage.

De plus, une oxydation importante des surfaces sé produit au cours du refroidissement de longue durée à l'air, pouvant engendrer l'apparition de défauts rendant nécessaire une réparation ultérieure.

La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à ces inconvénients.

Elle est basée sur une idée originale du demandeur, qui vise à remplacer le refroidissement prolongé à l'air classique par un refroidissement accéléré de courte durée, pratiqué en ligne et permettant un laminage consécutif des produits sans perte de production.

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Le procédé de laminage contrôlé d'un produit épais qui fait 1' objet de la présente invention# dans lequel on soumet le produit précité successivement à plusieurs phases de laminage séparées par des phases de refroidissement, est essentiellement caractérisé en ce que l'on applique au produit sortant du four de réchauffage les opérations successives suivantes ; (a) - une première phase de laminage, comprenant au moins une passe de laminage# de façon à réduire l'épaisseur E du produit depuis Ba valeur initiale Eq jusqu'à une valeur E^ comprise entre 3 et 6 fois l'épaisseur finale E^ désirée, (b) une première phase de refroidissement forcé au moyen d'un agent réfrigérant aqueux pendant une durée qui n'est pas supérieure à 1 minute# immédiatement suivie d'une première période d'homogénéisation de la température du produit d' une durée maximum de 1 minute; (c) une deuxième phase de laminage# comprenant au moins une ( passe de laminage, de façon à. réduire l'épaisseur E du produit depuis la valeur E^ précitée jusqu'à une valeur E2 comprise entre 1,5 et 3 fois l'épaisseur finale E^ désirée; (d) une deuxième phase de refroidissement forcé au moyen d'un agent réfrigérant aqueux pendant une durée qui h'est pas supérieure à 1 minute, immédiatement suivie d'une deuxième période d'homogénéisation de la température du produit d' une durée maximum de deux minutes; (e) une troisième phase de laminage comprenant au moins une . passe de laminage# de façon à réduire l'épaisseur E du produit depuis la valeur E£ précitée jusqu'à la valeur finale E^ désirée.

Selon une modalité préférentielle de mise en oeuvre, on réalise au moins une des dites phases de refroidissement forcé par projection de l'agent réfrigérant aqueux sur le produit.

Selon une autre modalité de mise en oeuvre, il s'est avéré intéressant de réaliser au moins une des phases de refroidisse- :> .

t „ - 6 - ment forcé, alors que le produit se trouve à l'arrêt dans 1' installation de refroidissement.

Selon encore une autre modalité de mise en oeuvre, on réalise au moins une des phases.de refroidissement forcé, alors que le produit défile à travers l’installation de refroidissement.

On va décrire à présent un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.l représente le schéma du laminage contrôlé d'une tôle suivant la méthode connue comprenant deux phases de laminage séparées par un refroidissement naturel dans 1;'air' calme; la Fig.2 schématise la méthode du laminage imbriqué de 4 tôles spivant cette méthode connue; la Fig.3 représente le schéma du ‘laminage contrôlé d'une tôle suivant le procédé de la présente invention; la Fig.4 illustre l’évolution comparée de la structure à coeur de la tôle dans différents cas de laminage; la Fig.5 mpntre un dispositif connu en soi par le brevet belge n° 900.784, utilisable pour l'exécution des phases de refroidissement du procédé de l'invention; la Fig.6 montre schématiquement l'implantation d'un dispositif de refroidissement de là Fig. 5 dans une ligne de laminage de tôles fortes.

L'exemple envisagé ici porte sur la fabrication d'une tôle de 45 mm d'épaisseur finale, par laminage à partir d'une brame de 250 mm d'épaisseur en un acier contenant 0,15 % de carbone, 1,4 % de manganèse et 0,025 % de niobium. La section considérée est. celle qui est située à mi-longueur de la tôle.

On considère successivement : // 1/ t .

- 7 - - le laminage d'une tôle en deux phases séparées par un refroidissement naturel prolongé dans l'air calme selon la méthode connue (Fig.l); - le laminage imbriqué de 4 tôles, selon une méthode également connue (Fig.2); - le laminage d'une tôle en trois phases séparées par de courts refroidissements forcés, selon la méthode de la présente in- i vent ion (Fig. 3) .

i ! ! Dans la méthode connue, illustrée par la Fig.l, la phase de la- ! minage à haute température comprend huit passes qui réduisent l'épaisseur E du produit de 250 mm à 75 mm en 56 secondes. Pendant ce temps, la température de surface du produit passe de 1100°C à environ 1075°C. On laisse ensuite refroidir le produit naturellement dans l'air calme, jusqu'à ce qu'il ait atteint la température de reprise désirée, c'est-à-dire la température à laquelle doit débuter la phase de laminage à basse température. Dans le cas envisagé, cette température de reprise se situe aux environs de 880°C et le refroidissement naturel requis dure 410 secondes. La seconde phase de laminage comprend 5 passes, qui ramènent l'épaisseur du produit de 75 mm à 45 mm et sa température de 880°C à 850°C; elle dure 30 secondes.

La durée totale de fabrication d'une tôle de 45 mm d'épaisseur par cette méthode connue s'élève donc à 496 secondes, soit plus de 8 minutes. Cette longue durée est doublement défavorable,car d'une part elle réduit la productivité du laminoir et d'autre part elle occasionne une oxydation importante de la surface des produits.

La technique du laminage imbriqué, illustrée par la Fig.2 per-! met de relever la productivité du laminoir. Comme on l'a ex pliqué plus haut, cette technique permet de traiter en parai-lèlè par exemple 4 tôles en combinant de façon adéquate les i .

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! /7 ii I * - 8 - » phases de laminage et de refroidissement. Dans le cas considéré, la durée totale du traitement des 4 tôles est de 828 secondes, ce gui correspond à un temps par tôle de 207 secondes.

Cette durée de 207 secondes par tôle est cependant une durée fictive, car chaque tôle, considérée individuellement, subit encore le refroidissement naturel prolongé dans l'air, et elle n'échappe donc pas aux inconvénients précités en matière d'oxydation superficielle notamment.

La méthode de laminage contrôlé suivant l'invention permet d' atteindre une productivité du même ordre que celle du laminage imbriqué, tout en traitant les produits en ligne, c'est-à-dire successivement et en réduisant dès lors très sensiblement le temps réel de -fabrication d'une tôle.

Dans l'exemple considéré, la Fig.3 montre que la phase de laminage à haute température comprend 3 passes qui réduisent l'épaisseur de 250 mm à 175 mm en 16 secondes. Le produit, qui se ! trouve'à une température moyenne de l'ordre de 1130°C, est alors , amené dans une installation de refroidissement qui sera décrite plus loin. Pendant qu'il se trouve à l'arrêt dans cette installation, le produit est soumis à un premier refroidissement à 1' eau (a^) pendant 30 secondes, suivi d'une période d'homogénéisation de la température, également pendant 30 secondes. On ef-, fectue ensuite la deuxième phase de laminage qui, en 4 passes, ramène l'épaisseur du produit à 89 mm et sa température moyenne à 1050°C. On réalise alors le second refroidissement à 1' eau (2^) en deux étapes, à savoir pendant des traversées aller et retour de l'installation précitée. Pendant la course aller, | le produit se déplace à une vitesse de 3 m/s et il subit un re froidissement pendant 2 secondes; pendant la course retour,. sa vitesse est de 0,4 m/s et le refroidissement dure 15 secondes. Pendant son retour de l'installation de refroidissement jusqu' j à la cage de laminoir, le produit se déplace toujours à 0,4 m/s ! j 3 I *

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ψ - 9 - et il subit ainsi une homogénéisation de la température pendant 30 secondes.

La dernière phase de laminage, effectuée à basse température, comprend 6 passes gui réduisent le produit à son épaisseur finale de 45 mm, à une température moyenne de 880°C.

Dans ces conditions, la durée totale de laminage d'une tôle, y compris le refroidissement, est de 213 secondes, ce qui est pratiquement équivalent à la durée virtuelle de 207 secondes obtenue par le laminage imbriqué décrit plus haut. Les inconvénients du laminage imbriqué sont cependant éliminés.

La Fig.4 montre l'évolution de la taille du grain austénitique (<3y) à mi-épaisseur du produit, dans les cas suivants : (a) laminage classique sans interruption (courbe a), (b) laminage contrôlé avec un refroidissement naturel dans 1' air calme, selon la méthode connue (courbe t>) , (c) laminage contrôlé avec deux refroidissements forcés, selon l'invention, pour deux durées différentes d'homogénéisation de la température après le second refroidissement, respectivement 30 secondes (courbe c 1) et 60 secondes (courbe c 2) .

On constate que le laminage selon l'invention conduit, à l'entrée de la dernière passe de laminage, à un net affinement du grain par rapport au laminage contrôlé avec refroidissement naturel (b) et plus encore par rapport au laminage classique sans interruption (a) . Cet affinement est encore plus marqué lorsque la durée d'homogénéisation est portée de 30 secondes (c 1) à 60 secondes (c 2). Dans ce dernier cas, la durée totale du laminage est quelque peu accrue (243 secondes), mais elle est encore très inférieure à celle du laminage contrôlé connu (b) .

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La Fig.4 montre encore que le laminage contrôlé selon l'invention provoque un accroissement de l'écrouissage résiduel (£R) » de la tôle, qui est favorable à l'obtention d'un grain ferri- tique fin et par conséquent à l'accroissement de la résilience et de la résistance d'ensemble.

La mise en oeuvre du procédé de l'invention fait appel, de préférence, à une installation de refroidissement décrite dans le brevet belge n° 900.784 et illustrée par la Fig.5.

On peut rappeler que cette installation se compose essentiellement de caissons supérieurs et inférieurs d'alimentation en eau, entre lesquels circule le produit à refroidir et débitant une quantité d'eau telle que les espaces supérieur et inférieur compris entre les caissons et le produit soient entièrement remplis d'eau. ;

La Fig.6 illustre schématiquement l'implantation d'une telle installation (30) dans une ligne de laminage de tôles fortes TF. Dans l'exemple envisagé, l'installation (30) présente une longueur 1^, de refroidissement de 6 m et son entrée se situe à une distance D de 12 m en aval du plan vertical contenant les axes des cylindres de la cage du laminoir (31). Dans la zone (32) du banc de rouleaux transporteurs comprise entre la cage du laminoir (31) et l'installation de refroidissement (30), la vitesse périphérique des rouleaux peut être réglée de manière continue jùsqu'à une valeur minimale égale à 0,4 m/s.

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Le débit total d'eau de refroidissement est de 2500 m /h.

Claims (4)

1. Procédé de laminage contrôlé d'un produit épais, dans lequel on soumet le produit précité successivement à plusieurs phases de laminage séparées par des phases de refroidissement, caractérisé en ce que l’on applique au produit sortant du four de réchauffage les opérations successives suivantes : (a) une première phase de laminage, comprenant au moins une passe de laminage, de façon à réduire l'épaisseur E du produit depuis sa valeur initiale Eq jusqu’à une valeur E^ comprise entre 3 et 6 fois l'épaisseur finale Ef désirée, (b) une première phase de refroidissement forcé au moyen d'un agent réfrigérant aqueux pendant une durée qui n'est pas supérieure' à 1 minute, immédiatement suivie d'une première période d'homogénéisation de la température du produit d' une durée maximum de 1 minute; (c) une deuxième phase de laminage, comprenant au moins une padse de laminage, de façon à réduire l'épaisseur E du produit depuis la valeur E^ précitée jusqu'à une valeur comprise entre 1,5 et 3 fois l'épaisseur finale Ef désirée; (d) unq deuxième phase de refroidissement forcé au moyen d'un agent réfrigérant aqueux pendant une durée qui n'est pas supérieure à 1 minute, immédiatement suivie d'une deuxième période d'homogénéisation de la température du produit d' une durée maximum de deux minutes; (e) une troisième phase de laminage, comprenant au moins une passe de laminage, de façon à réduire l'épaisseur E du produit depuis la valeur E^ précitée jusqu'à la valeur finale Ef désirée.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise au moins une des dites phases de refroidissement forcé par projection de l'agent réfrigérant aqueux sur le dit produit. 1 // A // / - 12 -

3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on réalise au moins une des phases de refroidissement forcé, alors que le produit se trouve à l'arrêt dans l'installation de refroidissement.

4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on réalise au moins une des phases de refroidissement forcé, alors que le produit défile à travers l'installation de refroidissement. Dessins : .6.. dcnc-uc —di......papes dont .....ή ... pS03 de bords Ac cspes r’s description ... 2/ :->0cS de revendication Ί descriptif i_uxemb:v.;r- * 1 {1~Ç- ΓΠ£. Htjci £ · i le Alain Rukavina Λ . /. /