WO2021245355A1 - Procede et equipement de refroidissement sur un laminoir reversible a chaud - Google Patents

Procede et equipement de refroidissement sur un laminoir reversible a chaud Download PDF

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WO2021245355A1
WO2021245355A1 PCT/FR2021/051002 FR2021051002W WO2021245355A1 WO 2021245355 A1 WO2021245355 A1 WO 2021245355A1 FR 2021051002 W FR2021051002 W FR 2021051002W WO 2021245355 A1 WO2021245355 A1 WO 2021245355A1
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blank
cooling
hot rolling
rolling mill
nozzles
Prior art date
Application number
PCT/FR2021/051002
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Inventor
Vincent Duhoux
Gilles Guiglionda
Romain-Fabrice BERNES
Bruno Magnin
Erin DEDA
Xavier UNTERFINGER
John M Evans
Trevor GILMORE
Original Assignee
Constellium Neuf-Brisach
Constellium Muscle Shoals Llc
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    • B21B1/32—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a non-continuous process in reversing single stand mills, e.g. with intermediate storage reels for accumulating work
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    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B2003/001—Aluminium or its alloys

Definitions

  • the invention relates to the field of rolling flat aluminum alloy products. More specifically, the invention relates to a reversible hot rolling mill equipped with a particularly rapid, homogeneous and reproducible cooling system for flat aluminum alloy products.
  • the invention also relates to the process implemented by said reversible hot rolling mill equipped with a cooling system which allows better thermal control of flat aluminum alloy products during rolling.
  • the invention also relates to a thin sheet, the method of which uses cooling during hot rolling which can be achieved by the invention.
  • a hot line for rolling aluminum alloys always includes a reversible rolling mill (that is to say one that rolls back and forth) also called blank or rougher and, possibly, a multi-stand rolling mill also called tandem rolling mill. , at the exit of which the still hot metal is coiled.
  • the number of passes and the take-up (reduction in thickness per pass) depend on the hardness of the product (its flow stress) and of course, on the power of the rolling mill, in terms of torque and force. Productivity requires that we take the greatest possible reductions with each pass.
  • Hot lines are also known in which two reversible rolling mills follow one another followed by a tandem rolling mill.
  • This application aims to propose, for a hot rolling train for aluminum strips comprising a tandem finishing rolling train with several stands comprising at least one unwinder mounted downstream in the direction of rolling and at least one associated cooling section, a solution which makes it possible to better adjust the cooling curves and the temperature-time paths in the product to be rolled during the hot rolling of aluminum strips.
  • the cooling section (s) are arranged in the exit area of the hot aluminum strip rolling train, and at least one trimming shear installed downstream in the rolling direction is associated with the finishing rolling train. tandem.
  • EP2991783 relates to a method of manufacturing a metal strip.
  • This patent relates to a method of manufacturing a metal strip whereby the strip is rolled in a multi-stand rolling mill, is taken out behind the last stand of the rolling mill in the direction of transport and cooled in a cooling device.
  • the strip or sheet is subjected directly after passing through the working rolls of the last rolling stand to an additional rapid cooling, the cooling of the strip.
  • Patent application WO200889827 relates to a device for cooling a metal strip.
  • This application relates to a device for cooling a metal strip between two rolling mill stands, the strip being guided on an upper guide element of planar design.
  • a spray member which conducts coolant through at least one opening in the upper guide member towards the lower side of the strip.
  • at least two openings juxtaposed in the direction transverse to the direction of advance of the web are made in the upper guide member and have an elongated shape. The longitudinal axis of the opening is oriented at an angle with respect to the direction of advance of the strip.
  • Patent application WO2016 / 012691 relates to a cooling method and equipment.
  • This application relates to a process for cooling a rolling plate made of aluminum alloy, after the heat treatment of metallurgical homogenization of said plate and before its hot rolling, characterized in that the cooling of a value of 30 at 150 ° C is carried out at a speed of 150 to 500 ° C / h, with a homogeneity of less than 40 ° C over the entire treated part of the plate.
  • This request also relates to the installation allowing the implementation of said method as well as said implementation.
  • Patent application WO 2018/011245 relates to a process for manufacturing a thin sheet of aluminum alloy of the 6xxx series comprising the following steps: casting of an aluminum alloy of the 6xxx series to form an ingot ; homogenization of the ingot; cooling the homogenized ingot at a cooling rate of at least 150 ° C / h directly to the starting temperature of the hot rolling; hot rolling the ingot to a final thickness and winding to the final thickness after hot rolling under conditions making it possible to obtain a recrystallization rate of at least 50%; cold rolling to obtain a thin cold rolled sheet.
  • the method of the invention is particularly useful for the manufacture of thin sheets intended for the automotive industry which combine a high tensile yield strength and a formability suitable for cold stamping operations, thus than excellent surface quality and high corrosion resistance with high productivity.
  • Patent application EP1165851 relates to a process for converting an ingot of an aluminum alloy of series 6000 into a self-annealing sheet. This process involves subjecting the ingot to a two-step homogenization treatment, firstly at a temperature at least 560 ° C, then at a temperature between 450 ° C and 480 ° C. This process then consists in hot rolling the homogenized ingot at an initial temperature of between 450 ° C and 480 ° C, then at an arrival temperature of between 320 ° C and 360 ° C. There is thus obtained a hot-rolled sheet comprising an exceptionally low Cube recrystallization component.
  • the patent application US2016 / 0201158 relates to new processes making it possible to increase the productivity on a continuous annealing and re-solution heat treatment line for aluminum sheet products for the automotive industry which are suitable for treatment. thermal with high T4 and post-curing resistances and reduced lineage.
  • the methods according to the invention can be used in the automotive industry.
  • the alloys suitable for heat treatment and the methods according to the invention can also be applied in the maritime, aerospace and transport industries.
  • Patent application EP1375691 relates to a type 6000 aluminum alloy rolled sheet containing Si and Mg as main components and having excellent formability sufficient to allow machining on a flat flap, excellent dent resistance, and good hardenability. during baking of a coating.
  • the alloy sheet exhibits a Lankford coefficient anisotropy greater than 0.4 or a resistance coefficient for texture cube orientations greater than or equal to 20, and has a critical radius of curvature less than or equal to 0.5 mm at 180 ° C, bending even when the strength at the conventional yield point exceeds 140 MPa by aging at room temperature.
  • Also disclosed is a method of producing the aluminum alloy rolled sheet which comprises subjecting an ingot to homogenization treatment, cooling it to a temperature below 350 ° C at a cooling rate of 100 ° C. / hour or more, optionally to room temperature, reheating it to a temperature of 300 to 500 ° C and subjecting it to hot rolling, performing cold rolling of the hot rolled product, and subjecting the cold-rolled sheet undergoes a solution treatment at a temperature greater than or equal to 400 ° C. before proceeding to quenching.
  • Application EP0786535 relates to the homogenization, at a temperature not lower than 500 ° C, of an aluminum alloy ingot containing not less than 0.4% by weight and less than 1.7% by weight of Si , not less than 0.2% by weight and less than 1.2% by weight of Mg, as well as of I ⁇ I and inevitable impurities as the balance, then the product obtained is cooled from a temperature not lower than 500 ° C to a temperature in the range between 350 and 450 ° C, and the starting point of which allows hot rolling. With the hot rolling step completed at a temperature in the range of 200 to 300 ° C, the obtained product is subjected to cold rolling at a reduction ratio of not less than 50%, immediately before its processing. in solution.
  • the cold-rolled product is then subjected to a solution treatment in which it is stored at a temperature in the range of 500 to 580 ° C, at a rate of temperature increase of not less than 2 ° C / s. for not more than 10 minutes, then the product obtained is subjected to hardening during which it is cooled to a temperature not higher than 100 ° C, at a cooling rate not lower than 5 ° C / s.
  • a process for producing an aluminum alloy plate for molding which exhibits high strength and moldability, as well as excellent exterior appearance on its post-molding surface, which is used. suitably as a material for parts of transportation equipment, such as exterior plates for automobiles.
  • J patent application P2015067857 relates to providing an aluminum alloy sheet based on AI-Mg-Si for automotive panel excellent in drawability, pliable capable of processing flat bending, property of shape stability , hardening of coating seizure and corrosion resistance, and to provide a manufacturing method for this purpose, with aluminum alloy sheet based on AI-Mg-Si for automotive panel contains Si: 0.4 to 1.5%, Mg: 0.2 to 1.2%, Cu: 0.001 to 1.0%, Zn: 0.5% or less, Ti: 0.1% or less, B: 50 ppm or less , one or more kinds of Mn: 0.30% or less, Cr: 0.20% or less and Zr: 0.15% or less, and the remainder Al with inevitable impurities.
  • Patent application WO2019241514 relates to systems and methods for quenching a metal strip after rolling.
  • This application relates to systems and methods for tempering a metal substrate, comprising cooling an upper surface and a lower surface of the metal substrate until a web temperature is cooled to an intermediate temperature. The cooling of the upper surface of the metal substrate is stopped when the strip temperature reaches the intermediate temperature, and the cooling of the lower surface of the metal substrate is continued until the metal substrate reaches a target temperature, the target temperature being lower than the intermediate temperature.
  • Patent application FR2378579 relates to a process for the rapid cooling of a continuous casting bar, round or slab, resting on a rolling track and subjected to water spraying. According to this application, this method is characterized in that said bar is moved with a reciprocating movement during the total duration of the cooling, the stroke of this movement being greater in the direction of extraction than in the opposite.
  • the patent US6309482 relates to the in-line combination of a reversible rolling mill (Steckel rolling mill) and its coil furnaces with an accelerated cooling device controlled immediately downstream thereof and the associated process make it possible to roll steel sequentially. reversibly to achieve an overall reduction of at least about 3: 1.
  • the patent US9643224 relates to a device for the cooling of rolled products, preferably for cooling during cold rolling, comprising a nozzle for the application of a cooling agent on the rolled products, a cooling chamber in fluid communication with the nozzle and extending substantially parallel to the running plane of the strip being provided for the application of the cooling medium to the rolled products
  • EP2979769 discloses a method and plant for manufacturing a steel plate by which a high quality steel plate having less variation in quality can be ensured. It also relates to a method of manufacturing a steel sheet, comprising a hot rolling step, a shape correction step and an accelerated cooling step in that order. Problem
  • the problem that the present invention seeks to solve is to improve the productivity of reversible rolling mills without degrading the metallurgical quality of the products obtained, or even by improving the metallurgical quality and / or the productivity of the other transformation steps.
  • a first object of the invention is a hot reversible rolling mill comprising two working rolls, an upper working roll (21) and a lower working roll (22), and at least one cooling system intended to cool a blank ( 11), said blank (11) moving on rollers (23) and passing through the hot reversible rolling mill between the two working rolls (21) and (22), said cooling system consisting of two cooling devices: one device for upper cooling of the blank (11) and a device for lower cooling of the blank (11) characterized in that:
  • the upper cooling device comprises at least one ramp (30) of nozzles (35) arranged substantially parallel to the axis of the upper working cylinder (21), the nozzles (35) spraying with jets of cooling fluid (36) ) the upper face of the blank (11),
  • the lower cooling device comprises at least one ramp (40) of nozzles (45) arranged between the rollers (23) or between the lower working cylinder (22) and the nearest roller (23), substantially parallel to the 'axis of the lower working cylinder (22), the nozzles (45) spraying the underside of the blank (11) with jets of cooling fluid (46), the axis of the jets of cooling fluid (46) being oriented substantially perpendicular to the lower surface of the blank (11).
  • Another object of the invention is a process for hot rolling aluminum alloys comprising the successive steps of a. supplying an aluminum alloy rolling plate with one or more aluminum alloys to a hot rolling inlet temperature, b. production of a plurality of hot rolling and / or cooling passes with the hot rolling mill according to the invention, the cooling system serving at least once, c. transferring the blank (11) or the finished product in sheet or strip form to a hot rolling outlet temperature for the remainder of the transformation process.
  • Yet another object of the invention is a process for rolling an aluminum alloy of the AA6xxx series comprising the successive steps of: a. casting of a AA6xxx series alloy rolling plate, b. homogenization of the rolling plate, optionally followed by reheating, c. first hot rolling to transform the rolling plate into a blank having a first exit thickness from a first hot rolling start temperature, d.
  • Yet another object of the invention is a thin sheet obtained according to the process of the invention, such as after dissolving treatment in a continuous heat treatment furnace operating in such a way that the holding time equivalent to 560 ° C, , is less than 20 s, the equivalent holding time being calculated using the equation
  • Figure 1 perspective diagram of a blank passing through a rolling mill, the cooling system not being shown.
  • Figure 2 top view of a blank passing through a rolling mill according to the invention, the convex envelope of the surfaces sprayed directly by the jets of cooling fluid during their first impact on the blank being shown.
  • Figure 3 bottom view of a blank passing through a rolling mill according to the invention, the convex envelope of the surfaces sprayed directly by the jets of cooling fluid during their first impact on the blank being shown.
  • Figure 4 another top view of a blank passing through a rolling mill in a preferred embodiment of the orientation of the cooling fluid jets, the cooling fluid jets during their first impact on the blank being shown.
  • Figure 5a Diagram of nozzles with quick response valves.
  • Figure 5b diagram of nozzles with quick response valves.
  • Figure 6 longitudinal sectional diagram of an embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 7 longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 8 longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 9 longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 10 longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 11a cross-sectional diagram of an embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 11b cross-sectional diagram of an embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 12 longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 13 longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 14 longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 15 a longitudinal sectional diagram of another embodiment of a rolling mill according to the invention.
  • Figure 16 diagram of the cooling system control principle.
  • Figure 17 example of the temperature heterogeneity of the blank for a process according to the prior art.
  • Figure 18 example of the temperature heterogeneity of the blank using the rolling mill according to the invention according to a preferred embodiment.
  • Figure 19 example of the rapid cooling of a 114 mm AA6XXX aluminum sheet from 470 ° C to 420 ° C for 8s with hot rolling emulsion with a rolling mill according to the invention according to another preferred embodiment .
  • Figure 20 example of the rapid cooling of a 140 mm AA6XXX aluminum sheet from 470 ° C to 420 ° C for 10s with hot rolling emulsion with a rolling mill according to the invention according to another preferred embodiment .
  • Figure 21 photo of the surface quality in line (“roping”) without the invention as described in example A.
  • Figure 22 photo of the surface quality in line ("roping") without the invention as described in example B.
  • Figure 23 photo of the surface quality in line ("roping") with the invention such as described in Example D.
  • Figure 24 photo of the surface quality in line (“roping”) with the invention as described in example E.
  • Figure 25 metallographies showing the rate of recrystallization under different conditions
  • Figure 26 graph showing the effect of the duration of the solution on a mechanical property
  • the metallurgical states in question are designated according to European standard EN-515.
  • the static mechanical properties in traction are determined by a tensile test according to standard NF EN ISO 6892-1.
  • blank is used here for an intermediate product made of an aluminum alloy obtained by rolling a rolling plate such as an ingot or a foundry plate, optionally scalped, optionally plated with one or more aluminum alloys, intended for manufacturing of a finished product in the form of strips or sheets of aluminum alloy, optionally plated with one or more aluminum alloys.
  • a blank is therefore a rolled product, the thickness of which is intermediate between the rolling plate and the finished product.
  • rolling mill refers here to a “reversible rolling mill”.
  • the present inventors have in particular observed that, taking into account their hardness, most aluminum alloys have a tendency to heat up too much with each setting of the pass. It is then necessary to slow down the rolling mill by making smaller passes, for example, or by leaving a waiting time between each rolling pass.
  • cooling the blank during the hot rolling step makes it possible to improve the productivity of a hot rolling mill or to create new, more economical manufacturing processes by eliminating production steps. , while maintaining the same or improved metallurgical quality of the products.
  • cooling the blank during rolling on reversible rolling mills can also surprisingly provide the finished rolled product with additional physical properties, such as mechanical properties, surface finish or corrosion resistance.
  • the hot reversible rolling mill comprises two working rolls, an upper working roll (21) and a lower working roll (22), and at least one cooling system intended to cool a blank (11), said blank (11) moving on rollers (23) and passing through the hot reversible rolling mill between the two working rolls (21) and (22), said cooling system consisting of two cooling devices: an upper blank cooling device (11) and a lower blank cooling device (11).
  • the many other parts and systems of the hot rolling mill which are well known to those skilled in the art, for example without limitation support rolls, motors, columns, extensions, are not shown in the figures.
  • the upper cooling device comprises at least one ramp (30) of nozzles (35) arranged substantially parallel to the axis of the upper working cylinder (21), the nozzles (35) being sprayed with jets of cooling fluid (36). the upper face of the blank (11).
  • the lower cooling device comprises at least one ramp (40) of nozzles (45) disposed between the rollers (23) or between the lower work roll (22) and the nearest roller (23), substantially parallel to the axis of the lower working cylinder (22), the nozzles (45) spraying the underside of the blank (11) with jets of cooling fluid (46), the axis of the jets of cooling fluid (46) being oriented substantially perpendicular to the lower surface of the blank (11).
  • Figure 1 shows a blank (11) passing through a reversible hot rolling mill (the cooling system is not shown in this figure).
  • Figure 1 shows the edges (111), the edges (1111) and the ends (112).
  • the blank (11) is represented in a simplified manner as a parallelepiped while the reality is more complex.
  • the ends (112) correspond to the part of the blank (11) which engages first or which emerges last from the grip of the cylinders (21) and (22).
  • the ends (112) are shown in Figure 1 in a simplified manner as a parallelepiped. Those skilled in the art are familiar with the ends (112) because they will have to be removed to ensure the manufacture and quality of the final product.
  • the ends (112) are generally deformed by becoming rounded and by opening in two under the effect of hot rolling, this phenomenon is called “crocodiling” by those skilled in the art.
  • the ends (112) also correspond to the zones of the blank where the rolling is not homogeneous along the length.
  • the ends (112) can also contain zones corresponding to the transient starting or ending regimes of the casting during which the plate was manufactured.
  • the length of the ends (112) depends on the alloys, rolling and casting conditions and end applications. This removal of the ends (112) can take place both on a shear installed on the hot train and later in the manufacturing process according to the specific constraints of the final product and its manufacturing process.
  • the length of the ends (112) can typically take the maximum values of 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm or 600mm.
  • the songs (1111) are the faces which connect the upper face of the blank (11) in contact with the upper cylinder (21) and the lower face of the blank (11) in contact with the lower cylinder (22) without forming part of the ends (112) .
  • the edges (111) are the part of the blank (11) near the edges (1111) to the exclusion of the ends (112).
  • the strands (111) are well known to those skilled in the art because they must be removed to ensure the manufacture and the quality of the finished product.
  • the edges (111) and the edges (1111) have a much more complex shape than that shown diagrammatically in FIG. 1 because there often appear cracks and folds, well known to those skilled in the art. These deformations must be removed.
  • the edges (111) are not rolled homogeneously across the width given the proximity of the edges (1111) and they must be removed to ensure the properties of the final product. This removal of the edges (111) can take place both at the end of hot rolling and subsequently in the manufacturing process according to the specific constraints of the final product and of its manufacturing process.
  • the width of the edges (111) can typically take the maximum values of 25mm, 50mm, 50mm, 75mm, 100mm, 125mm, 150mm, 175mm, 200mm or 250mm.
  • an upper convex envelope (52) respectively lower (62) is defined as the convex envelope of the surfaces (51) respectively (61) sprayed directly by the jets of cooling fluid (36) respectively (46) during their first impact on the blank (11).
  • An example of a convex envelope (52, 62) of the sprayed surfaces (51, 61) is illustrated by Figures 2 and 3 where the cooling system is not shown. Splashes and runoff are not taken into account in the convex envelope.
  • a set is convex if for any segment, whose ends are in this set, each point of the segment is fully included in this set.
  • the convex shell of an assembly is the smallest convex assembly containing it.
  • the determination of the convex envelopes is carried out by separating the different cooling systems according to their function. Two cooling systems are separated if there are between them the cylinders (21) and (22).
  • FIG. 7 illustrates a non-limiting example comprising a second cooling system.
  • the convex envelopes of each system are analyzed separately because one system cools the blank (11) before passing between rolls (21) and (22) and the other after passing between rolls (21) and (22).
  • FIG. 15 shows an example with 3 cooling systems, two on either side of the hot reversible rolling mill and a third which is further away and which serves, in the case of this non-limiting example, for rapid cooling before transferring the blank (11) to a second hot rolling mill with its rolls (25) and (26). Note that in Figure 15 two blanks are shown in two positions although it is possible that these blanks may not be present simultaneously.
  • the maximum distance D55 to the cylinder (21) of the convex shell (52) is the maximum of the distance from any point of the convex shell (52) to the line Cl which is the projection of the axis of rotation of the cylinder (21) on the upper surface of the blank (11), minus the radius RI of the cylinder (21).
  • the minimum distance D57 from the convex shell (52) to the cylinder (21) is the minimum of the distance from any point of the convex shell (52) to the line Cl which is the projection of the axis of rotation of the cylinder (21) on the upper surface of the blank (11), minus the radius RI of the cylinder (21).
  • the maximum distance D65 to the cylinder (22) from the convex shell (62) is the maximum of the distance from any point of the convex shell (62) to the straight line C2 which is the projection of the axis of the cylinder (22) on the lower surface of the blank (11), reduced by the radius R2 of the cylinder (22).
  • the minimum distance D67 from the convex shell (62) to the cylinder (22) is the minimum of the distance from any point of the convex shell (62) to the line C2 which is the projection of the axis of the cylinder (22) on the lower surface of the blank (11), reduced by the radius R2 of the cylinder (22).
  • the area opposite the rolling mill (54) and the area next to the rolling mill (53) are surfaces which form part of a half plane which contains the upper convex shell (52) of the blank ( 11) considered as the simplified parallelepiped of figure 1 and which is delimited the straight line Cl.
  • the zone opposite the rolling mill (54) is a half plane which does not contain the convex envelope (52) and which is delimited by a straight line El which is parallel to the straight line Cl and to the maximum distance D55 plus the radius RI of cylinder (21) of the straight line Cl.
  • the zone next to the rolling mill (53) is delimited by the straight line Cl and by the straight line DI which is parallel to the straight line Cl and by the minimum distance D57 added to the radius RI of cylinder (21) of the right Cl.
  • the direction S is that of the displacement of the blank (11).
  • the distance D56 in the direction S of the convex casing (52) is the subtraction of the length D57 from the length D55.
  • the distance D66 in the direction S of the convex casing (62) is the subtraction of the length D67 from the length D65.
  • the upper cooling device consists of a ramp (30) of nozzles (35) arranged substantially parallel to the axis of the upper working cylinder (21), the nozzles (35) spraying with jets of cooling fluid (36) the upper face of the blank (11).
  • the lower cooling device illustrated in Figure 6 consists of two ramps (40) of nozzles (45) disposed between the rollers (23), substantially parallel to the axis of the lower working cylinder (22), the nozzles (45 ) spraying the underside of the blank (11) with jets of coolant (46), the axis of the jets of coolant (46) being oriented substantially perpendicular to the lower surface of the blank (11) .
  • the lower cooling device consists of a nozzle array (45) located between the lower working cylinder (22) and the nearest roller (23).
  • FIG. 8 and FIG. 12 show upper cooling devices consisting respectively of two and three ramps (30) of nozzles (35).
  • the lower nozzles (45) produce jets of cooling fluid (46) which directly reach neither the rollers (23) nor the cylinder (22) in the presence of the blank (11) and which are preferably almost tangent.
  • the rollers (23) and the distance D67 of which is preferably greater than a radius of the lower cylinder (22), more preferably than the diameter of the lower cylinder (22) and / or the upper nozzles (35) produce jets of cooling fluid ( 36) which do not directly reach the upper working cylinder (21), preferably the distance D57 is greater than the radius of the upper cylinder (21), more preferably the distance D57 is greater than the diameter of the upper cylinder (21).
  • the jets of cooling fluid (46) do not directly reach the rollers (23) so that these jets only influence the temperature of the blank (11).
  • the jets of fluid of cooling (46) do not directly reach the cylinder (22) so that these jets only influence the temperature of the blank and do not disturb the temperature field of the cylinder (22) which is an important factor for the quality of the hot rolling.
  • the distance D67 is greater than the radius RI of the lower cylinder (22), preferably the diameter of the lower cylinder (22) to prevent splashes of the jet of fluids (46) from reaching the cylinder (22) and disturbing the cylinder temperature field (22).
  • the area of the lower surface of the preform (11) sprayed by the lower cooling fluid jets (46) is maximized to improve heat exchange.
  • the jets (46) to pass flush with said rollers (23) without touching them as illustrated in FIG. 5b. (46) are therefore preferably almost tangent to the rollers (23).
  • the invention thus makes it possible to maximize the sprayed surface in order to increase the useful surface for heat exchange.
  • the jets (36) advantageously do not touch the rolls (22) so as not to disturb the temperature field of the rolls (21) which is an important factor in the quality of the hot rolling.
  • the distance D57 is advantageous for the distance D57 to be greater than the radius RI of the upper cylinder (21), preferably for the distance D57 to be greater than the diameter of the upper cylinder (21) to prevent splashes of the jet of fluids (36) from reaching the cylinder. (21) and disturb the temperature field.
  • Nozzles (24) illustrated in Figure 6 and dedicated to the cylinders (21) and (22) can be installed in order to cool or lubricate these members according to their specific needs independently of the blank (11).
  • specific nozzles can be installed to cool the rollers (23).
  • the position of the nozzles (24) in FIG. 6 is only as a principle and is not limiting.
  • the lower nozzles (45) are below the plane passing through the axes of rotation of the rollers (23) located near said nozzles (45) and / or the lower nozzles (45) are protected by a part (47) having openings for passing the jets of cooling fluid (46) and / or the upper nozzles (35) are protected by a part (37) having openings for passing the jets of cooling fluid (36).
  • Protecting the nozzles (35) and (45) is advantageous because the hot rolling can cause an opening of the ends (112) of the blank (11) which a person skilled in the art calls "crocodiling" and which can strike the ends. nozzles.
  • the blanks (11) can also during hot rolling form bridges or boats, i.e.
  • FIG. 7 is a non-limiting example where only the nozzles (35) are protected by a protective part (47).
  • each nozzle (35) and (45) is supplied individually by a rapid response valve (49), the response time of which is advantageously less than 1 s, preferably less than 0.5 s, and more preferably less than 0.2 s.
  • FIGS. 5a and 5b show nonlimiting examples of rapid response valves (49) mounted between a ramp (30) respectively (40) and a nozzle (35) respectively (45). Feeding the nozzles individually with quick release valves is advantageous because it allows each point of the upper surface and the lower surface of the blank (11) to be cooled in a specific way.
  • the nozzles (35) and (45) are adapted to produce jets of cooling fluid (36) and (46) in flat and / or conical and / or cylindrical form. If the shape of the jets is cylindrical, the section of the cylinder is preferably circular. In one embodiment, the nozzles (35) and (45) are adapted to produce jets of cooling fluid (36).
  • the nozzles (35) and (45) are able to produce jets of cooling fluid (36) and (46) by spraying, in the form of a solid cone, called conical jets.
  • Taper jets (46) and (36) are a better configuration than flat or cylindrical jets. Indeed, the conical jets allow a better distribution of the cooling fluid on the blank (11). This thus allows a more homogeneous heat exchange and it is thus possible to obtain a blank (11) with, for example, a temperature heterogeneity of less than 20 ° C, preferably of less than 10 ° C.
  • the conical jets of cooling fluid (46) have a cone angle of 90 °.
  • This angle can be limited, for example to 60 °, by the presence of the rollers (23) so as not to spray them in particular when the nozzles (45) are below the plane passing through the axes of rotation of the rollers (23). If the rollers (23) are very close, it may be preferable to put the nozzles (45) above the plane passing through the axes of the rollers (23) to spray a larger area (61).
  • the nozzle (451) is placed below the plane of the axes of rotation of the rollers 23 and produces a cooling jet (461).
  • the nozzle (452) is placed above the plane of the axes of rotation of the rollers (23) and produces a cooling jet (462), the protective part (47) which should preferably be installed in this situation, is not shown.
  • the jet (462) therefore sprinkles a larger area of the blank (11) not shown than the jet (461).
  • At least one device (38) for discharging the cooling fluid from the upper surface of the blank (11) is installed above the blank.
  • this device (38) are given with FIG. 8, FIG. 10 or FIG. 12.
  • a device (38) can be installed above the zone opposite the rolling mill (54) and / or at- above the area next to the rolling mill (53).
  • said device (38) is an air blast which pushes the cooling fluid towards one of the edges (111) of the blank (11) and preferably gives the cooling fluid a sufficient speed so that it does not run off. not on the songs (1111).
  • the device (38) makes it possible to prevent the cooling fluid from flowing over the entire upper face of the blank (11).
  • the device (38) for discharging the cooling fluid cooling is advantageously completed or replaced by the cylinder (21) which acts as a barrier blocking the flow of the cooling fluid. This makes it possible in particular to reduce the energy consumption of the device (38).
  • FIG. 10 A non-limiting example of the configuration in which the device (38) for discharging the cooling fluid near the cylinder (21) is replaced by the cylinder (21) is illustrated in FIG. 10.
  • the conical jets of the upper cooling device (36) have a cone angle ⁇ of at most 20 °, preferably substantially 15 ° or less and the cones of said conical jets have a substantially vertical axis.
  • This configuration makes it possible to limit the flow of the cooling fluid onto the blank (11).
  • the cooling system having at least one such conical jet is surrounded by a device for discharging the cooling fluid (38) as illustrated without limitation in FIG. 12.
  • the cone angle a is illustrated by FIG. 5a, the cone angle a is the angle of the cone of the coolant jet produced by the nozzles.
  • the conical jets of the upper cooling device (36) are inclined with respect to the vertical.
  • the angle of inclination b is illustrated by FIG. 5a, it is the angle made by the axis of the nozzles with the straight line V perpendicular to the upper face of the blank (11).
  • the difference b - a / 2 is greater than -20 °, preferably substantially greater than -15 °, more preferably positive or zero.
  • a device for discharging the cooling fluid (38) is preferably installed to prevent runoff on the surface of the blank (11).
  • the axis of the coolant jets (36) are advantageously oriented to bring the sprayed surfaces (51) closer to the surface.
  • working cylinder (21) to take advantage of the barring effect of the cylinder (21).
  • This configuration also makes it possible to increase the sprayed surfaces (51) to increase the cooling capacity of the cooling system.
  • the jets of coolant are moved away from the working cylinder, it is advantageous to group the ramps of the upper cooling device (30) in pairs and to orient the axes of the coolant jets (36) so as to bring their respective sprayed surfaces (51) closer together.
  • FIG. 8 is a non-limiting example of the previous embodiments.
  • the nozzles near the working cylinder (351) have their axis oriented towards the working cylinder (21) and the difference b - a / 2 is greater than -20 °.
  • the nozzle (352) is oriented vertically and the angle a of its conical jet (36) is less than 20 °.
  • FIG. 9 is another non-limiting example of the previous embodiments.
  • the nozzles near the working cylinder (351) are all angled to bring the sprayed surfaces (51) closer to the working cylinder and the difference b - a / 2 of the conical jets is positive or zero to prevent coolant runoff on the blank (11).
  • FIG. 12 is another non-limiting example of the preceding embodiments with vertical conical cooling jets (36), the angle of which of the cone a is less than 20 °.
  • FIG. 13 is another non-limiting example of the previous embodiments.
  • the ramps (303) and (304) are matched, the nozzles (353) and (354) are oriented so that the sprayed surfaces (513) and (514), shown in figure 4, come together.
  • the differences b - a / 2 are positive or zero.
  • the upper sprayed convex casing (52) is facing each other with a tolerance of two, preferably once the dimension of the diameter of the upper working cylinder (21) of the sprayed convex casing.
  • lower (62), preferably said convex envelopes (52, 62) are substantially vis-à-vis.
  • the determination of the convex envelopes is carried out by separating the various cooling systems of the invention.
  • Figure 7 illustrates a non-limiting example where there is a second cooling system.
  • the convex envelopes of each system are analyzed separately because one system cools before the passage between the cylinders (21) and (22) and the other after the passage between the cylinders (21) and (22).
  • Figure 15 shows an example with 3 cooling systems, two on either side of the hot reversible rolling mill and a 3rd which is further away and which serves, in the case of this non-limiting example, for rapid cooling before join a second hot rolling mill with its rolls (25) and (26). This arrangement is advantageous because it contributes to the thermal homogeneity of the blank (11).
  • each cooling system Putting said upper and lower convex envelopes (52, 62) of each cooling system opposite each other is particularly advantageous because it allows homogeneous cooling in the thickness of the blank (11), which helps to control the flatness of the blank (11), which is an important characteristic for blanks which are flat products.
  • all of the nozzles (35) and (46) are able to provide a surface flow rate per face of the blank (11) of cooling fluid of 1500 l / min / m 2 maximum, preferably 600 to 1200 l / min / m 2 . This fluid can be propelled by a propellant gas.
  • the cooling fluid can be water, deionized water, a liquefied or non-liquefied gas, preferably an emulsion of water, preferably deionized, and oil and rolling additives, which is used for lubrication.
  • the deionized water has a resistivity greater than 105 kQcm.
  • the nozzles of the upper cooling device (35) are movable and maintained at a constant distance from the upper surface of the blank (11), preferably by being attached to the mechanism which holds the cylinder (21). This makes it possible to ensure better repeatability of the cooling of the blank (11).
  • the nozzles (35) are not movable. In this less expensive non-mobile embodiment, it is therefore necessary to control the nozzles (35) which spray the banks (111) or near the banks (111), for example in the case where the nozzles (35) produce conical jets (36). In fact, in the case of conical jets (36) projected by fixed nozzles (35), the distribution of cooling fluid on the edges (111) widens as the thickness of the blank decreases.
  • FIGS 11a and 11b are non-limiting examples of this situation.
  • the blank (11) is shown at the start of hot rolling with figure 11a and at the end of hot rolling with figure 11b with each time the same number of upper nozzles (35) which produce jets of fluid of cooling (36). Due to the conical shape of the jets (36) and the reduction in the thickness of the blank (11), the edges (111) are not sprayed at the start of rolling illustrated in 11a although they are partially so. at the end of rolling illustrated in 11b.
  • the intersection between the upper surfaces (51) sprayed directly by the jets of cooling fluids (36) with the upper face of the edge (111) is empty at the start of hot rolling, preferably during the entire duration of hot rolling.
  • the intersection between the lower surfaces (61) sprayed directly by the jets of cooling fluids (46) with the lower face of the edge (111) is empty at the start of hot rolling, preferably during the entire duration of hot rolling.
  • the nozzles (351) in proximity to the vicinity of the upper working cylinder (21) produce jets of cooling fluid (36) including all displacement components, projected on the direction S of movement of the blank (11), are oriented towards the working rolls (21) and (22) of the rolling mill.
  • the jets of cooling fluids (36) of the upper cooling device are conical and the difference b - a / 2 is positive or zero.
  • the upper sprayed convex envelope (52) and the lower sprayed convex envelope (62), not shown in FIG. 6, are near the cylinders.
  • the rolling mill preferably the maximum distance D55 and D65 to the cylinders (21) and (22) of the sprayed convex envelopes (52) and (62) are less than 3 times the greater of the diameters of the working rolls (21) and (22) and / or the lengths D56 and D66 of said convex envelopes (52, 62) are less than two diameters, preferably a diameter of the largest of the working rolls (21) or (22).
  • This embodiment is advantageous because it makes it possible to cool the blank (11) as soon as it leaves the grip of the rolls (21) and (22) and to prevent the blank from moving too far away from the rolls before start again in the other direction for the next pass of hot rolling. This is particularly advantageous because it improves the productivity of the hot rolling mill. In fact, the speed of reversible hot rolling mills is often limited to avoid heating which results in burns, cracks, crocodiling or even breakage of the blank (11).
  • a second cooling system on the other side of said hot reversible rolling mill, the second cooling system preferably being symmetrical to the first with respect to a plane passing through the axes of the work rolls (21) and (22).
  • This arrangement is advantageous because it makes it possible to cool the blank (11) until it enters the grip of the reversible rolling mill and as soon as it leaves the grip of the reversible rolling mill at each rolling pass and in an identical manner.
  • the upper cooling device comprises at least one pair of ramps (303 and 304) of nozzles (353, 354), preferably 3 pairs of ramps ( 303 and 304), in each pair of ramps (303 and 304), the jets of cooling fluid (363, 364) being oriented in opposition, the difference b - a / 2 being positive or zero, preferably zero, a being l 'angle of the cone of the jet of cooling fluid produced by the nozzles and b being the angle of inclination made by the axis of the nozzles (353, 354) with the line V perpendicular to the upper face of the blank (11), the surfaces sprayed (513, 514) of the blank (11) by the jets (363, 364) preferably overlapping by a factor between 1/3 and 2/3, preferably 1/2
  • the lower cooling device comprises at least one ramp (40) of nozzles (45), preferably 8 ramps (40), the jets of cooling fluid (46) of
  • the blank (11) is substantially horizontal.
  • the angles are shown schematically in the general case in FIG. 5a with the nozzles (35), the ramps (30) and the jets of cooling fluids (36).
  • Figure 4 illustrates the sprayed surfaces (51).
  • This configuration is advantageous because it causes the coolant to concentrate in at least part of the overlap area of the jets (36) and thus to reject the coolant at the edges with enough speed not to trickle down onto the jets (36).
  • edges (1111) of the blank (11) which makes it possible not to overcool the edges (111) of the blank (11). This makes it possible to reduce the energy consumption of the devices (38) for discharging the cooling fluid, or even to be able to eliminate them.
  • the upper cooling device comprises at least one ramp (30), preferably 6 ramps (30), of nozzles (35) and the lower cooling device comprises at least one ramp (40), preferably 8 ramps (40), of nozzles (45), all producing conical cooling fluid jets (36) and (46) whose axes are substantially perpendicular to the blank (11), and of which the angle a of the cone of the jets (36) is less than 20 °, preferably the angle a of the cone of the jets (36) is substantially 15 °.
  • This device has the advantage of being simpler to construct.
  • the angle of the conical jets makes it possible to limit the horizontal component of the speed of the cooling fluid during its impact on the blank (11), and consequently to limit the spreading of the cooling fluid on the blank (11) to control cooling.
  • the reversible hot rolling mill according to the invention is part of a hot train in which the reversible hot rolling mill according to the invention is preferably followed by a second hot rolling mill, shown diagrammatically with its working rolls (25) and (26), which may be a reversible rolling mill or a tandem rolling mill.
  • the cooling system of the reversible hot rolling mill according to the invention is placed between the reversible hot rolling mill according to the invention and the second hot rolling mill, preferably the distance between the heating system. cooling and the second hot rolling mill being sufficient for the cooling system according to the invention and the second hot rolling mill to operate from independently.
  • This arrangement is advantageous because it makes it possible to carry out the cooling operation in the production flow and without loss of capacity during the transfer of the blank from the first to the second reversible hot rolling mill.
  • the distance between the cooling system and the second hot rolling mill is also important because, if it is sufficient in relation to the length of the blank, it allows for example to choose different speeds to pass through the cooling system and to pass through the second hot rolling mill.
  • the length of the blank is evaluated by EP * LP / e, where EP is the thickness of the plate, LP the length of the plate and e the thickness of the blank between the two rolling mills. In the embodiment illustrated by FIG.
  • cooling systems for the reversible hot rolling mill according to the invention there are three cooling systems for the reversible hot rolling mill according to the invention, two systems positioned near and on either side of the working rolls (21,22) and a system placed between the reversible hot rolling mill according to the invention and the second hot rolling mill, preferably the distance between the cooling system and the second hot rolling mill being sufficient for the cooling system according to the invention and the second hot rolling mill operate independently.
  • a subject of the invention is also a process for hot rolling aluminum alloys comprising the successive steps of a. supplying an optionally plated aluminum alloy rolling plate to a hot rolling inlet temperature, b. production of a plurality of hot rolling and / or cooling passes with the reversible hot rolling mill according to the invention, the cooling system serving at least once, c. transferring the blank (11) or the finished product in sheet or strip form to a hot rolling outlet temperature for the remainder of the hot working process.
  • the minimum width of the blank (11) can typically take the values of 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm, 700mm, 800mm, 900mm and 1000mm.
  • the maximum width of the blank (11) can typically take the values of 1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 3500mm, 4000mm, 4500mm and 5000mm.
  • the minimum blank thickness (11) can typically take the values of 5mm, 6.35mm, 10mm, 12mm, 12.7mm, 15mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90 mm 100mm, 110 mm 120mm, 130 mm, 150 mm, 200 mm and 250mm.
  • the maximum thickness of the blank (11), which typically is close to that of the cast plate, can typically take the values of 300mm, 350mm, 400mm, 450mm, 500mm, 550mm, 600mm, 650mm, 700mm and 800mm.
  • the minimum length of the blank (11) can typically take the values of 2m, 3m, 4m, 5m.
  • the maximum length of the blank (11) can typically take the values of 6m, 7m,
  • the maximum length is imposed by the distance between the reversible rolling mill. according to the invention and the tandem rolling mill or the second reversible hot rolling mill. This implies that all the configurations of lengths, thicknesses, before and after hot rolling above enumerated may not all be feasible depending on the industrial installation.
  • the plate is supplied at a hot rolling inlet temperature. It may have been reheated and / or homogenized.
  • the reversible hot rolling mill according to the invention performs a plurality of hot rolling and / or cooling passes with the hot rolling mill. There can therefore be cooling passes without rolling, and therefore without reducing the thickness of the blank. This function is advantageous because it allows to increase the cooling capacity of the cooling system if necessary.
  • the method according to the invention comprises at least one pass with cooling with the cooling system according to the invention. Since the plate is supplied at the hot rolling inlet temperature, there is preferably no cooling before the first rolling pass.
  • Operations such as cutting ends, shoring, cutting the blank into several smaller blanks, holding the blank, rotating the blank to change the hot rolling orientation of the blank (11) or the plate are usual operations during hot rolling. Examples of steps mentioned are not limiting. The presence of said usual operations is not an interruption of the hot rolling and does not limit the scope of the invention because they form part of the usual hot rolling operations.
  • the blank is then transferred to a hot rolling outlet temperature of the reversible rolling mill according to the invention.
  • the hot rolling outlet temperature is preferably at least 200 ° C, preferably at least 220 ° C, more preferably at least 240 ° C and more preferably at least 260 ° C.
  • This hot rolling outlet temperature is a temperature compatible with performing a second hot rolling.
  • the blank (11) can be transferred to any usual stage on a hot train: hot tandem rolling mill, second reversible hot rolling mill, hot winding or hot debitage.
  • the blank comprises an aluminum alloy of the AA6xxx, AA5xxx, AA7xxx, AA3xxx, AA2xxx series.
  • the blank comprises an alloy chosen from among AA3003, AA3004, AA3207, AA3104, AA4017, AA4025, AA5006, AA5052, AA5083, AA5086, AA5088, AA5154, AA5182, AA5251, AA5383, AA5754, AA5844, AA6006013, AA600609, AA , AA6016, AA6022, AA6056, AA6061, AA6111, AA6181, AA6216, AA6316, AA6451,
  • the blank is plated on one or two sides, with one or more aluminum alloys from the AAlxxx, AA4xxx or AA7xxxx series, and preferably AA4004, AA4104, AA4045, AA4343, AA7072.
  • the heterogeneity of the surface temperature of the blank (11) after its release from the grip of the rolling mill and the cooling device is less than 20 ° C and preferably less than 10 ° C.
  • This characteristic obtained by virtue of the cooling system according to the invention, is useful for improving the repeatability of the metallurgical properties of the products.
  • the heterogeneity of the blank (11) is defined as the difference between the temperature of the hottest point of the blank (11) with the temperature of the coldest point of the blank (11) except on the edges ( 111) and / or except on the ends (112) and alternately as the difference between the temperature of the hottest point of the blank (11) with the temperature of the coldest point of the blank (11).
  • edges (111) are naturally cooler than the rest of the blank (11) given the heat exchange surface of the edge (1111).
  • the lower edge temperature (111) is a cause of cracks or cracks on the edges which reduce the working width of the blank or which can cause it to break.
  • the edges (111) of the blank (11) are therefore preferably cooled less than the rest of the blank by spraying the edges less than the rest of the blank (11).
  • the nozzles (35) and (45), the jets (36) and (46) of which could spray the banks (111) are closed so as not to spray said edges (111).
  • Figures 11a and 11b show a non-limiting example with a section along a plane perpendicular to the direction S passing through the upper (30) and lower (40) ramps. Certain upper (35) and lower (45) nozzles are closed so as not to spray the banks (111).
  • the ends (112) are naturally cooler than the rest of the blank (11) taking into account the additional heat exchange surface at the ends.
  • the lower temperature of the ends (112) is a cause of refusal of engagement of the blank during hot rolling.
  • the ends (112) are therefore preferably cooled less than the rest of the blank by spraying the ends (112) less than the rest of the blank (11).
  • the nozzles (35) and (45), the jets (36) and (46) of which could spray the ends (112) are closed during the passage of these ends.
  • This function is preferably achievable by the individual supply of each nozzle (35) and (45) by a rapid response valve (49), the response time of which is advantageously less than 1 s, preferably less than 0.5 s, and more preferably less than 0.2s.
  • the rapid response valves (49) are illustrated by the non-limiting example of Figures 5a and 5b. Therefore in one embodiment, the intersection between the upper surfaces (51) sprayed directly by the jets of cooling fluids (36) with the upper face of the ends (112) is preferably empty throughout the duration of the hot rolling. Therefore in one embodiment, the intersection between the lower surfaces (61) sprayed directly by the jets of cooling fluids (46) with the lower face of the ends (112) is preferably empty throughout the duration of the hot rolling.
  • the cooling fluid is preferably in calefaction on the blank.
  • Calefaction is a thin layer of vapor that appears between a fluid on a surface whose temperature is high enough (Leidenfrost effect). This is advantageous because it ensures an exchange homogeneous thermal compared to the situation where there are areas of the surface on which the fluid is not heating.
  • a thermal model calculates the irrigation width and chooses the cooling mode at the ends (112), preferably the thermal model pre-sets the hydraulic system which supplies the ramps (30) and (40), then on each pass the thermal model compares the desired temperature with the calculated or measured temperature of the blank (11), and the thermal model controls the valves (49) of the nozzles (35) and (45) according to the position of the blank (11), preferably, the thermal model manages the upper (35) and lower (45) nozzles in a different way.
  • the principle of the control of the cooling system is as shown schematically in FIG. 16.
  • a thermal model encoded on a computer or an automatic device calculates the spraying width corresponding to the width of the blank.
  • the sprinkling width excludes the shores (111) in order to cool them as little as possible in order to reduce faults such as shoreline cracks.
  • the thermal model chooses the cooling mode at the ends (112).
  • the ends (112) are not sprayed to cool them as little as possible to facilitate the engagements in the hot rolling mill and reduce the phenomenon of crocodiling.
  • the model defines a pre-adjustment of the hydraulic system which supplies the ramps (30) and (40) so that the jets of cooling fluid (36) and (46) are established quickly as soon as the valves (49) are opened. .
  • the thermal model compares the desired temperature with the calculated or measured temperature of the blank (11).
  • the measured temperature can be obtained for example, without limitation, by a surface temperature measurement by non-contact infrared pyrometry or by a contact measurement on the surface of the blank (11).
  • the calculated temperature can equally well relate to a surface temperature or an average temperature.
  • the calculated temperature can be calculated with thermal simulation software, for example non-limiting MSC Marc.
  • the thermal model controls the valves (49) of the nozzles (35) and (45) using the position and dimensions of the blank ( 11).
  • the position of the blank (11) can be calculated or measured.
  • the nozzles (35) and (45) are not powered for avoid, for example without limitation, that the jets (46) of the lower nozzles (45) spray the upper cylinder (21) or that the jets (36) of the upper nozzles (36) spray the lower cylinder (22) .
  • the maximum heterogeneity of the surface temperature of the blank (11), preferably of the blank (11) except on the edges (111) and / or on the ends (112), after its release from the grip of the rolling mill and the cooling device may be less than 20 ° C and preferably less than 10 ° C.
  • the thermal model manages the upper nozzles (35) and the lower nozzles (45) in a different way in order to avoid the formation of bridges or boats of the blank (11).
  • the absolute value of the temperature difference between the upper face and the lower face of the blank (11) is less than 10 ° C, more preferably 7 ° C, more preferably 5 ° C, more preferably 2 ° C. More preferably, the temperature of the upper face of the blank (11) is substantially equal to the temperature of the lower face of the blank (11).
  • the maximum level of temperature heterogeneity of the blank (11) desired with or without the edges (111) and / or the ends (112), the desired temperature are metallurgical choices which depend on the products to be produced.
  • the control of the cooling system is integrated into the control system of the reversible hot rolling mill which controls the rolling parameters.
  • the thermal device does not cool the surface of the blank (11) below the Leidenfrost temperature of the cooling fluid.
  • the Leidenfrost temperature is the temperature above which the coolant is heating.
  • the Leidenfrost temperature of the coolant sprayed onto the blank depends on the nature of the coolant and its flow rate per area. The value of this temperature is typically and approximately about 300 ° C for typical coolant, emulsion and oil and rolling additives, which is lower than usual hot rolling temperatures on a reversible rolling mill.
  • the cooling system can cause a high temperature heterogeneity between the surface and the core of the preform (11).
  • the surface temperature of the blank (11) is likely to be momentarily lower than the Leidenfrost temperature, which would significantly increase the risk of loss of thermal control in mean value and in homogeneity of the blank (11) thus cooled.
  • the thermal model therefore checks on each pass that the watering planned for the following pass does not risk generating a roughing temperature lower than the Leidenfrost temperature.
  • This formula is an approximation which requires in particular that the surface of the blank (11) remains above the Leidenfrost temperature.
  • the range of thickness of the blank (11) for the application of said formulas has a minimum of 25mm, preferably 50, preferably 75mm, preferably 100mm, preferably 110mm and a maximum of 200mm, preferably 175mm, preferably 150mm, preferably 140mm , preferably 130mm, preferably 125mm, preferably 120mm.
  • the hot rolling cycle time of a blank (11) made of AA6xxx alloy, preferably of AA6016 alloy is reduced by at least 30 seconds, preferably by at least 60 seconds, more preferably by 'at least 90 seconds with the method according to the invention, compared to rolling without using said method.
  • the hot rolling cycle time of a blank (11) made of the AA5182 alloy is preferably reduced by at least 15 seconds for, preferably 20 s, more preferably 45 s compared to rolling without the aid of said process.
  • the cycle time is the time between the start of the first pass and the end of the last pass of hot rolling with the reversible hot rolling mill of the invention.
  • the cooling system is preferably used only once so as to reduce the average temperature of the blank from at least 50 ° C to an average temperature above 400 ° C, in less 10 seconds, preferably at least 8 seconds for a blank (11) with a thickness of at most 114 mm.
  • the cooling system allows the temperature of the blank (11) to be controlled over a predefined thermal path during hot rolling.
  • the thermal path is the change in the temperature of the blank (11) during the duration of rolling at hot.
  • the thermal path is a metallurgical choice which depends on the alloy, the desired properties of the finished product and the capabilities of the hot rolling mill.
  • the cooling system makes it possible to control the preform (11) on an isothermal thermal path.
  • a thermal path is isothermal if the temperature of the blank (11) during hot rolling does not vary by plus or minus 10 ° C from the temperature of the plate just before the start of hot rolling.
  • the temperature of the blank (11) remains substantially equal to the temperature of the plate before the start of hot rolling.
  • the upper sprayed convex casing (52) and the lower sprayed convex casing (62), are close to the rolls of the rolling mill; preferably the maximum distances D55 and D65 to the cylinders (21) and (22) of the sprayed convex envelopes (52) and (62) in the direction S are less than 3 times the greater of the diameters of the working rolls (21) and ( 22) and / or the lengths D56 and D66 in direction S of said convex envelopes (52, 62) are less than a diameter of the largest of the working rolls (21) or (22).
  • the convex envelopes (52, 62) are substantially facing each other.
  • This embodiment is advantageous because it allows the blank (11) to be cooled as soon as it leaves the grip of the cylinders (21) and (22). This is particularly advantageous because the speed of reversible hot rolling mills is often limited to prevent heating of the blank (11) which results in burns or even breakage of the blank (11). This is particularly advantageous because it improves the productivity of the hot rolling mill. In fact, the speed of reversible hot rolling mills is often limited to avoid heating which leads to burns or even to ruptures of the blank (11).
  • FIG. 7 there is preferably a second cooling system on the other side of said hot reversible rolling mill, of which FIG. 7 is a non-limiting example.
  • the second cooling system is preferably symmetrical to the first with respect to a plane passing through the axes of the work rolls (21) and (22).
  • This arrangement is advantageous because it allows the blank (11) to be cooled until it enters the right-of-way and as soon as it leaves the right-of-way of the reversible rolling mill at each rolling pass and in an identical manner.
  • This system is advantageous because it allows better control of the temperature of the blank during its reversible rolling and this at each pass, which is beneficial for the metallurgical quality of the product and for the productivity of said reversible rolling mill.
  • FIG. 9 and FIG. 10 are other non-limiting examples of the first embodiment.
  • the cycle time of the hot rolling of the blank (11) is preferably reduced by at least 30 seconds for the AA6xxx alloys, preferably for the AA6016 alloy, preferably 60s, more preferably from 90s.
  • the cycle time of the hot rolling of the blank (11) is preferably reduced by at least 15 seconds for the AA5182 alloy, preferably by 20 s, more preferably by 45 s.
  • a second embodiment is a cooling system for rapidly cooling a blank (11) during hot rolling.
  • This embodiment is designed to spray each point of the blank (11) for 10s, preferably 8 seconds. Those skilled in the art will know how to adapt the characteristics below to their particular rolling mill and to the speed of the blank (11).
  • the upper cooling device comprises at least one pair of ramps (303 and 304) of nozzles (353, 354), preferably 3 pairs of ramps (303 and 304), in each pair of ramps (303 and 304), the jets of cooling fluid (363, 364) being oriented in opposition, the difference b - a / 2 being positive or zero, preferably zero , the surfaces sprayed (513, 514) of the blank (11) by the jets (363, 364) preferably overlapping by a factor of between 1/3 and 2/3, preferably 1/2, and the cooling device lower comprising at least 1 ramp (40) of nozzles (45), preferably 8 ramps (40), the jets of cooling fluid (46) of which are conical and of axis substantially perpendicular to the blank (11).
  • the angle b is the angle between the axis of the nozzles (353, 354) with the straight line V perpendicular to the upper face of the blank (11).
  • the angle a is the angle of the cone of the jet of cooling fluid produced by said nozzles. These angles are shown diagrammatically in FIG. 5a with the ramps (30), the nozzles (35) and the jets (36).
  • This configuration is interesting because it causes the coolant to concentrate in at least a part of the area of overlap of the jets (36) and thus reject the cooling fluid at the edges with enough speed not to trickle down to the ends of the blank (11), which allows cooling of uniformly the entire length of the blank.
  • This system also makes it possible to reduce the energy consumption of the devices (38) for discharging the cooling fluid, or even to be able to eliminate them.
  • the upper cooling device comprises at least 1 ramp (30) of nozzles (35), preferably 6 ramps
  • the lower cooling device comprises at least 1 nozzle ramp (45), preferably 8 ramps, all producing conical cooling fluid jets (36) and (46) whose axes are substantially normal to the blank (11 ), and whose angle a of the cone of the jets (36) is less than 20 °, preferably the angle of the cone of the jets (36) is substantially 15 °.
  • This device has the advantage of being simpler to construct.
  • the angle has conical jets of less than 20 °, preferably substantially 15 °, makes it possible to limit the horizontal component of the speed of the cooling fluid during its impact on the blank (11), and consequently to limit runoff cooling fluid on the blank (11) in order to control the cooling thereof.
  • the cooling system is preferably used only once so as to reduce the average temperature of the blank (11) from at least 50 ° C to an average temperature above 400 ° C. , in less than 10 seconds, preferably in less than 8 seconds for a blank (11) with a thickness of at most 114 mm as shown in FIG. 19.
  • a thicker blank by 50 ° C by reducing the speed of passage of the blank (11) or by increasing the length of the sprayed surfaces (51) and (61).
  • a 140mm blank (11) can be cooled to 50 ° C in at least 15 seconds, preferably at least 10 seconds as shown in Figure 20.
  • This formula is an approximation which requires in particular that the surface of the blank (11) remains above the Leidenfrost temperature.
  • the range of thickness of the blank (11) for the application of said formulas has a minimum of 25mm, preferably 50, preferably 75mm, preferably 100mm, preferably 110mm and a maximum of 200mm, preferably 175mm, preferably 150mm, preferably 140mm , preferably 130mm, preferably 125mm, preferably 120mm.
  • a third preferred embodiment is a method of rolling an aluminum alloy of the AA6xxx series comprising the steps: a. casting of a AA6xxx series alloy rolling plate, b. homogenization of the rolling plate, optionally followed by reheating, c. first hot rolling to transform the rolling plate into a blank having a first exit thickness from a first hot rolling start temperature, d.
  • the first hot rolling and the cooling are preferably carried out with a reversible hot rolling mill according to the invention.
  • the cooling system is preferably used only once so as to preferentially reduce the average temperature with a typical average rate of cooling from the average temperature of the blank of at least 50 ° C up to at an average temperature above 400 ° C.
  • the range of thickness of the blank during this cooling has a minimum of 25mm, preferably 50, preferably 75mm, preferably 100mm, preferably 110mm and a maximum of 200mm, preferably 175mm, preferably 150mm, preferably 140mm, preferably 130mm, preferably 125mm, preferably 120mm.
  • the cooling system is preferably used only once so as to reduce the average temperature of the blank by at least 50 ° C to at an average temperature above 400 ° C, in less than 10 seconds, preferably in less than 8 seconds for a blank (11) with a thickness of at most 114mm.
  • the inventors have surprisingly found that this process makes it possible to improve productivity while retaining mechanical properties, surface quality and corrosion resistance at least equal to those obtained without the process according to the invention. These products can be particularly useful in the automotive industry, in particular for producing exterior body parts.
  • the preferred alloys are AA6005, AA6009, AA6013, AA6014, AA6016, AA6022, AA6056, AA6061, AA6111, AA6181, AA6216, AA6316, AA6451, AA6501, AA6502, AA6603, AA6605, AA6607.
  • the composition of the alloy plate of the AA6xxx series is an alloy comprising, in% by weight: 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, remains in aluminum and the inevitable impurities 0.05 maximum each and 0.15 their totality, and preferably 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, remains in aluminum and the inevitable impurities 0.05 maximum each and 0.15 their totality.
  • the composition of the alloy plate of the AA6xxx series is an alloy comprising, in% by weight: 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, remains in aluminum and the inevitable impurities 0.05 maximum each and 0.15 their totality, and preferably 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, remains in aluminum and the inevitable impurities 0.05 maximum each and 0.15 their totality.
  • the plate is preferably homogenized at a temperature between 500 and 570 ° C., And preferably between 540 and 560 ° C, typically for a period of at least 4 hours, and preferably for at least 8 hours.
  • the maximum temperature of the homogenization is at most 555 ° C. Homogenization can be in one step or in several steps with increasing temperatures to decrease the risk of burns.
  • the plate is then rolled into a blank during a first hot rolling on a reversible rolling mill.
  • the start of rolling temperature of the first hot rolling is preferably above 470 ° C, more preferably above 490 ° C, and even more preferably above 500 ° C.
  • the temperature is maintained above 450 ° C, preferably above 470 ° C and more preferably above 490 ° C.
  • the first outlet thickness is between 90mm and 140mm, preferably between 100 and 130mm, and more preferably between 110mm and 120mm.
  • This thickness of the blank is particularly advantageous in factories where the hot rolling train is made up of successively two reversible hot rolling mills and optionally a tandem hot rolling mill. Indeed, this blank thickness corresponds to the thickness of the blank during its transfer between the first reversible rolling mill and the second reversible rolling mill. Cooling can then be done without any loss of time.
  • the blank is then cooled at a cooling rate of at least 5 ° C / s from the average temperature of the blank to a second temperature for the start of the second hot rolling.
  • the first hot rolling and the cooling are carried out with a reversible hot rolling mill according to the invention, as illustrated in particular by FIGS. 12 to 15.
  • the blank is rolled with a second hot rolling into a strip.
  • the second hot rolling can be carried out successively on several hot rolling mills, for example a second reversible hot rolling mill followed by a tandem rolling mill or on the reversible hot rolling mill which was used for the first hot rolling followed by a tandem rolling mill.
  • the start temperature of the second hot rolling is between 380 and 450 ° C, more preferably between 400 and 440 ° C, and more preferably between 420 and 435 ° C.
  • the strip is rolled to a final hot-rolled thickness under conditions such that the strip after cooling is recrystallized to at least 50%, preferably at least 80%, and more preferably at least 90%, and particularly preferably at least 98%.
  • a recrystallization of at least 50%, 80%, 90% and 98% respectively means that the rate of recrystallization measured through the thickness and in at least 3 points of the width is respectively at least 50%, 80 %, 90% and 98%.
  • recrystallization varies across thickness and can be complete at the surface and incomplete at mid thickness. The preferred rate of recrystallization depends on the alloy of the strip.
  • the outlet temperature of the second hot rolling is at least 345 ° C, preferably at least 350 ° C and more preferably at least 355 ° C.
  • the reduction in thickness during the last pass of the second rolling is a parameter to ensure recrystallization. Said reduction of the last pass of the second hot rolling is at least 25%, preferably at least 30%, preferably 40%, and more preferably at least 45%.
  • the typical thickness of the strip obtained with the second hot rolling is between 4 and 10mm. The strip is then cold rolled into a thin sheet. With the method of the invention, it is not necessary to carry out an annealing and / or a solution between the hot rolling and the cold rolling or during cold rolling to obtain the mechanical properties, formability, surface condition or corrosion.
  • annealing and / or dissolving is not carried out between the hot rolling and the cold rolling or during cold rolling.
  • the thin sheet has a thickness typically between 0.5 and 2mm.
  • the cold rolling reduction is between 70% and 80%.
  • the reduction rate between the strip and the thin sheet is at least 80% to obtain for the most advantageous surface quality.
  • an additional step can be carried out g: dissolving and quenching the thin sheet thus obtained in a continuous heat treatment furnace.
  • Said continuous heat treatment furnace preferably operates in such a way that the holding time equivalent to 560 ° C, t
  • a pre-tempering is optionally carried out, and the mature thin sheet at room temperature, so as to reach the metallurgical state T4, is cut and shaped until get its final shape, is painted and cured by baking
  • the thin sheet after solution treatment in a continuous heat treatment furnace operating in such a way that the holding time equivalent to 560 ° C, , is less than 20 s, the equivalent holding time being calculated using the equation time years e oven
  • the thin sheet obtained from cold rolling is particularly advantageous if only because it is easy to process by dissolving.
  • the conventional ranges aimed at obtaining a good surface condition, compatible with a quality for the exterior bodywork sheets generally include an additional heat treatment during the transformation range with respect to the sheet obtained according to the invention.
  • This additional heat treatment means that those skilled in the art need to use high temperatures and long equivalent holding times on the dissolution treatment lines with continuous annealing in order to obtain sufficiently high mechanical strengths. in metallurgical conditions as supplied and with after curing paints.
  • the cold rolled thin sheet of the invention can use a dissolving treatment in a continuous annealing line operating in such a way that the holding time equivalent to 560 ° C, t gq ° ° , is short, typically less than 25s, the equivalent holding time being calculated using the equation
  • the continuous annealing line operates in such a way that the heating rate of the thin sheet is greater than or equal to 10 ° C / s for a metal temperature below 400 ° C, the time spent at more than 530 ° C is between 15s and 90s, and the quenching speed is greater than or equal to 10 ° C / s, preferably greater than or equal to 15 ° C / s for a thickness of 0.9 to 1.1mm.
  • the dissolving treatment causes the metal to reach a temperature below but close to the temperature of the solidus, namely generally above 530 ° C and below 570 ° C.
  • the winding temperature after the solution treatment is preferably between 50 ° C and 90 ° C, and preferably between 60 ° C and 80 ° C.
  • the thin sheet can age so as to reach the metallurgical state T4, before being cut and shaped until it obtains its final geometry, painted and hardened by baking.
  • the method of the invention is particularly useful for the manufacture of thin sheets intended for the automotive industry which combine a high tensile yield strength and a formability suitable for cold stamping operations, thus that excellent surface quality on part and high corrosion resistance with high productivity.
  • the hot rolling mill combines the first preferred embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 15 A non-limiting example is given in FIG. 15.
  • the hot rolling mill is surrounded by cooling systems which make it possible to improve its productivity.
  • a third cooling system allows rapid cooling during transfer to the subsequent hot rolling.
  • This fourth embodiment makes it possible to combine the gain in productivity on the reversible hot rolling mill, rapid cooling without any impact on productivity during the transfer to the rest of the rolling process, the assembly making it possible to provide sheets of AA6xxx alloy with good surface quality and improving the productivity of the solution and quench lines. Examples
  • a reversible hot rolling mill according to the invention illustrated in FIG. 7 comprises two cooling systems installed on either side of the working rolls in a symmetrical manner.
  • Each of these two cooling systems consists of an upper cooling device and a lower cooling device.
  • the upper cooling device comprises a ramp (30) of nozzles (35) oriented towards the cylinder (21). Each upper nozzle ramp is protected by a protective piece (37).
  • the lower cooling device comprises two ramps (40) of lower nozzles (45) installed below the plane of the axes of the rollers (23); a first ramp (40) between the first roller (23) from the cylinder (22) and the second roller (23), and the second ramp (40) of nozzles (45) between the second and the third roller (23) .
  • the rollers (23) are close enough not to require the installation of a protective part (47).
  • Nozzles (35) and (45) produce full conical jets by spraying.
  • the nozzles (45) produce conical jets which are almost tangent to the rollers (23).
  • the nozzles (35) and (45) are supplied by fast response valves with a response time of 0.2s.
  • the convex envelope of the upper sprayed surface is substantially opposite the convex envelope of the lower sprayed surface. Said convex envelopes are within 3 diameters of the larger of the two working rolls of the hot reversible rolling mill.
  • the average surface flow per surface is approximately 1200 l / min / m 2 .
  • the cooling fluid is the emulsion of the rolling mill which serves to lubricate the blank (11) during its hot rolling.
  • the cooling fluid is in heating on the surface of the blank (11).
  • FIG. 18 shows the thermal field on the upper surface of an AA6016 alloy blank of dimensions 2000 mm wide, 50 mm thick and 5000 mm long, just after leaving the last reversible hot rolling pass.
  • the heterogeneity of the surface temperature of the blank, including the edges and the ends, is 10 ° C both in the length and in the width.
  • FIG. 17 shows the thermal field on the upper surface of the blank obtained with the same dimensions as that presented in FIG. 18 just at the exit of the last reversible hot rolling pass.
  • the heterogeneity of surface surface temperature of the blank is 25 ° C. both in length and in width in the absence of the use of the cooling system of the invention.
  • cooling the blank during the rolling pattern reduces the amount of waste. 90 second reversible hot rolling cycle time.
  • a hot rolling mill according to the invention comprising working rolls (21,22) and a cooling system having six upper ramps (30) of nozzles (35) and eight lower ramps (40) of nozzles (45) is shown in figure Figure 14. It is part of a hot train comprising a second reversible rolling mill comprising work rolls (25,26). These two reversible hot rolling mills are part of a hot train comprising in addition a tandem hot rolling mill.
  • the nozzles of the upper ramps (35) are oriented perpendicular to the plane of the blank (11).
  • the jets of the upper nozzles (36) are solid conical with a cone angle of substantially 15 °.
  • the coolant is the emulsion used to lubricate the working rolls during hot rolling.
  • the nozzles (45) of the lower ramps (40) are oriented perpendicularly towards the lower face of the blank (11).
  • the jets of the lower nozzles are solid conical with a cone angle of substantially 90 °.
  • the sprayed surfaces (52) and (62) are substantially opposite.
  • the system is capable of cooling a 114mm thick sheet from a temperature of 470 ° C to an average temperature of 420 ° C in 8 seconds as shown in the graph of figure 19 obtained by numerical simulation. 20 seconds after the start of cooling, the heterogeneity in the thickness of the blank is about 9 ° C, and 30 seconds after the start of cooling, the heterogeneity in the thickness of the blank is about 2 ° C.
  • Examples D and E which are 114 and 109mm AA6xxx series alloy blanks, were cooled with the system without special adjustment to have hotter edges or ends.
  • the temperatures mentioned in Table 1 are measurements taken at the surface of the blanks.
  • the surface temperatures of the blanks D and E are representative of the average temperature of said blanks as well as the core temperatures. Sheets D and E were therefore cooled to 57 and 75 ° C. Table 1 Five plates whose compositions are given in Table 1 in% by weight were cast. Table 1 also details the transformation process. Columns A and B describe a plate and its transformation steps into blank then strip then thin sheet to produce internal bodywork elements that have no requirement in terms of surface quality. Column C describes a plate and its typical transformation steps into blank then strip then thin sheet to produce external bodywork elements which have high demands in terms of surface quality.
  • the blanks A, B and C passed through the cooling system without being sprayed, and only underwent natural cooling in air during their transfer to the second reversible hot rolling mill.
  • the blanks D and E passed through the cooling system in operation and were therefore cooled to the surface temperature indicated in Table 1.
  • the 5 blanks were then rolled with the second reversible hot rolling mill, then with a rolling mill. hot tandem in a strip. On leaving the hot tandem rolling mill, the strips were wound according to the characteristics in Table 1. After cooling, the 5 coils were cold rolled into thin sheets. Samples of bands C, D and E were taken after the last hot rolling pass and before winding. These samples were cooled rapidly by immersing them in a pan of water at room temperature.
  • the quality of the surface finish in line (roping) was characterized on thin sheets A, B, D and E.
  • the line was measured as follows. A sample measuring approximately 270 mm (in the direction transverse to the rolling direction) by 50 mm (in the direction of rolling) is cut from the thin sheet. A pre-strain by tension of 15%, perpendicular to the direction of rolling, that is to say in the direction of the length of the sample, is then applied. The sample is then subjected to the action of abrasive paper type P800 to reveal the lineage
  • the thin sheets D and E produced according to the invention, have a surface quality in accordance with the production of external bodywork elements as shown in figure 23 for the thin sheet D and in figure 24 for the thin sheet E. This is not This is not the case with thin sheets A and B as shown in figure 21 for thin sheet A and in figure 22 for thin sheet B.
  • the cooling system demonstrates its usefulness in obtaining surface quality with a more economical process by eliminating reheating as for thin sheet C, not specifically characterized in surface quality, which is used to produce external body parts.
  • each measured elastic limit (T6YS) is normalized with the elastic limit obtained for the same thin sheet. after a solution time of 90 seconds in the fluidized bed at 570 ° C (T6YSmax).
  • FIG. 26 shows that the kinetics of dissolving the two thin sheets D and E according to the invention is much faster than that of comparative Example C. Indeed, after an immersion of 50 s in the fluidized bed at 570 ° C, the elastic limit in state T6 of Examples D and E according to the invention has reached more than 99% of its maximum elastic limit at state T6, while Comparative Example C is just greater than 98% of its maximum yield strength in state T6.
  • the elastic limit in state T6 of Examples D and E according to the invention has reached more than 98% of its elastic limit.
  • maximum in state T6 while Comparative Example C is at 96% of its maximum yield strength in state T6. Therefore, the invention also makes it possible to accelerate the productivity of the solution.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

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

DESCRIPTION
Titre : Procédé et équipement de refroidissement sur un laminoir réversible à chaud
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 oeuvre 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 connaît 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 W02016/012691 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 oeuvre dudit procédé ainsi que ladite mise en oeuvre.
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 IΆI 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 J P2015067857 concerne la fourniture d'une feuille d’alliage d’aluminium à base d’AI-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’AI-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 c 2) / 4) est 0,50 ou de plus, une valeur absolue d’un indice d’anisotropie dans le plan de la valeur r Ar (Ar = (r + rr c 2) / 2) est de 0,30 ou moins et un diamètre moyen des particules de cristal est de 50 pm ou moins.
Pour des raisons métallurgiques ou de productivité, il peut être envisagé de tremper la bande après laminage à chaud.
On connaît 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.
La demande de brevet FR2378579 porte sur un procédé pour le refroidissement rapide d'une barre de coulée continue, ronde ou à brame, reposant sur une voie de roulement et soumise à une aspersion d'eau. Selon cette demande, ce procédé est caractérisé en ce que ladite barre est déplacée d'un mouvement de va-et-vient pendant la durée totale du refroidissement, la course de ce mouvement étant plus grande dans le sens de l'extraction que dans le sens oppose.
Le brevet US6309482 porte sur la combinaison en ligne d'un laminoir réversible (laminoir Steckel) et de ses fours à bobines avec un appareil de refroidissement accéléré contrôlé immédiatement en aval de ceux-ci et le procédé associé permettent de laminer séquentiellement de l'acier de façon réversible pour obtenir une réduction globale d'au moins environ 3:1.
Le brevet US9643224 porte sur un dispositif pour le refroidissement de produits laminés, de préférence pour le refroidissement pendant le laminage à froid, comprenant une buse pour l'application d'un agent de refroidissement sur les produits laminés, une chambre de refroidissement en communication fluidique avec la buse et s'étendant sensiblement parallèlement au plan de défilement de la bande étant prévue pour l'application de l'agent de refroidissement sur les produits laminés
Le brevet EP2979769 porte sur une méthode et une installation pour la fabrication d'une plaque d'acier par laquelle une plaque d'acier de haute qualité ayant moins de variation de qualité peut être assurée. Il porte aussi sur un procédé de fabrication d'une tôle d'acier, comprenant une étape de laminage à chaud, une étape de correction de forme et une étape de refroidissement accéléré dans cet ordre. 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).
Un autre objet de l'invention est un procédé de laminage à chaud d'alliages d'aluminium comprenant les étapes successives de a. 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, b. 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, c. 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 : a. coulée d'une plaque de laminage en alliage de la série AA6xxx, b. homogénéisation de la plaque de laminage, suivie optionnellement d'un réchauffage, c. 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, d. 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°C/s*mm, préférentiellement entre 600 et 900°C/s*mm, plus préférentiellement entre 700 et 800°C/s*mm, e. 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%, f. 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,
Figure imgf000010_0001
, est inférieure à 20 s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l’aide de l’équation
Figure imgf000010_0002
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol/K, 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, t| °°, de 98s. Description des figures
Figure 1 : schéma en perspective d'une ébauche traversant un laminoir le système de refroidissement n'étant pas représenté.
Figure 2 : vue de dessus d'une l'ébauche traversant un laminoir selon l'invention, l'enveloppe convexe des surfaces aspergées directement par les jets de fluide de refroidissement lors de leur premier impact sur l'ébauche étant représentée.
Figure 3 : vue de dessous d'une ébauche traversant un laminoir selon l'invention, l'enveloppe convexe des surfaces aspergées directement par les jets de fluide de refroidissement lors de leur premier impact sur l'ébauche étant représentée. Figure 4 : autre vue de dessus d'une ébauche traversant un laminoir dans un mode de réalisation préféré de l'orientation des jets de fluide de refroidissement, les jets de fluide de refroidissement lors de leur premier impact sur l'ébauche étant représentée.
Figure 5a : schéma de buses avec des vannes à réponses rapide.
Figure 5b : schéma de buses avec des vannes à réponses rapide. Figure 6 : schéma en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 7 : schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 8 : schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 9 : schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 10 : schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention. Figure lia : schéma en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 11b : schéma en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 12 : schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 13 : schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention. Figure 14 : schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention.
Figure 15 : un schéma en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un laminoir selon l'invention. Figure 16 : schéma du principe de commande du système de refroidissement.
Figure 17 : exemple de l'hétérogénéité de température de l'ébauche pour un procédé selon l'art antérieur.
Figure 18 : exemple de l'hétérogénéité de température de l'ébauche en utilisant le laminoir selon l'invention selon un mode de réalisation préféré. Figure 19 : exemple du refroidissement rapide d'une tôle de 114 mm en aluminium AA6XXX de 470°C à 420 °C pendant 8s avec de l'émulsion de laminage à chaud avec un laminoir selon l'invention selon un autre mode de réalisation préféré.
Figure 20 : exemple du refroidissement rapide d'une tôle de 140 mm en aluminium AA6XXX de 470°C à 420 °C pendant 10s avec de l'émulsion de laminage à chaud avec un laminoir selon l'invention selon un autre mode de réalisation préféré.
Figure 21 : photo de la qualité de surface en lignage (« roping ») sans l'invention tel que décrit dans l'exemple A.
Figure 22 : photo de la qualité de surface en lignage (« roping ») sans l'invention tel que décrit dans l'exemple B. Figure 23 : photo de la qualité de surface en lignage (« roping ») avec l'invention tel que décrit dans l'exemple D.
Figure 24 : photo de la qualité de surface en lignage (« roping ») avec l'invention tel que décrit dans l'exemple E.
Figure 25 : métallographies montrant le taux de recristallisation dans différentes conditions Figure 26 : graphique montrant l'effet de la durée de la mise en solution sur une propriété mécanique
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 Sériés » 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.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent.
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 figure 1 montre une ébauche (11) traversant un laminoir à chaud réversible (le système de refroidissement n'est pas représenté sur cette figure). La figure 1 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 Figure 1 de façon simplifiée comme un parallélépipède. L'homme du métier connaît 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 figure 1 car il y apparaît 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. Deux systèmes de refroidissement sont séparés s'il y entre eux les cylindres (21) et (22). La figure 7 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). Deux systèmes de refroidissement sont séparés lorsqu'il y a au moins deux, ou au moins trois, ou au moins quatre, ou au moins cinq rouleaux (23), entre lesquels il n'y a pas de buse (45) de refroidissement de la face inférieure de l'ébauche. La figure 15 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 figure 15 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 Figure 2, 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 Cl qui est la projection de l'axe de rotation du cylindre (21) sur la surface supérieure, de l'ébauche (11), diminué du rayon RI du cylindre (21).
Comme illustré par la Figure 2, 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 Cl qui est la projection de l'axe de rotation du cylindre (21) sur la surface supérieure, de l'ébauche (11), diminué du rayon RI du cylindre (21).
Comme illustré par la Figure 3, 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 Figure 3, 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 figure 1 et qui est délimité la droite Cl. Pour chaque système de refroidissement, comme illustré sur la figure 2, 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 El qui est parallèle à la droite Cl et à la distance maximale D55 additionnée du rayon RI de cylindre (21) de la droite Cl.
Pour chaque système de refroidissement, la zone à côté du laminoir (53) est délimitée par la droite Cl et par la droite DI qui est parallèle à la droite Cl et à la distance minimale D57 additionnée du rayon RI de cylindre (21) de la droite Cl. La direction S est celle du déplacement de l'ébauche (11).
Selon la figure 2, 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 figure 3, 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 figure 6, 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 Figure 6 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 figure 10, 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 figure 8 et la figure 12 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 figure 5b, 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 figure 10, 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 RI 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 figure 5b 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 RI 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 Figure 6 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 figure 6 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 figure 8, la figure 9 et la figure 13. La figure 7 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 entraîner 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 maîtriser 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 maîtriser 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 figure 5b, 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 figure 5b, 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 figure 8, la figure 10 ou la figure 12. 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 maîtrisé 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 figure 10.
Dans un mode de réalisation, les jets coniques du dispositif de refroidissement supérieur (36) ont un angle de cône a 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 figure 12. L'angle de cône a est illustré par la figure 5a, l'angle de cône a 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 b est illustré par la figure 5a, 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 b - a/2 est supérieure à -20°, préférentiellement supérieure substantiellement à -15°, plus préférentiellement positive ou nulle. Préférentiellement, si la différence b - a/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 figure 8 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 b - a/2 est supérieure à -20°. La buse (352) est orientée verticalement et l'angle a de son jet conique (36) est inférieur à 20°. La figure 9 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 b - a/2 des jets coniques est positif ou nul pour éviter le ruissellement du fluide de refroidissement sur l'ébauche (11).
La figure 12 est un autre exemple non limitatif des modes de réalisation précédents avec des jets (36) coniques de refroidissement verticaux dont l'angle du cône a est inférieur à 20°.
La figure 13 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 figure 4, se rapprochent. Les différences b - a/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 figure 7 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 figure 15 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 maîtriser 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 kQcm.
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 coûteux, 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 lia et 11b sont des exemples non limitatifs de cette situation. L'ébauche (11) est montrée en début de laminage à chaud avec la figure lia et en fin de de laminage à chaud avec la figure 11b 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 lia alors qu'elles le sont partiellement en fin de laminage illustré en 11b. Donc dans un mode de réalisation, l'intersection entre les surfaces supérieures (51) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (36) avec la face supérieure de la rive (111) est vide en début de laminage à chaud, préférentiellement pendant toute la durée du laminage à chaud. Donc dans un mode de réalisation, l'intersection entre les surfaces inférieures (61) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (46) avec la face inférieure de la rive (111) est vide en début de laminage à chaud, préférentiellement pendant toute la durée du laminage à chaud.
Dans un mode de réalisation préféré, illustré par exemple non limitatif en figure 10, 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 b - a/2 est positive ou nulle. Dans un mode de réalisation plus préféré comme illustré par la figure 6, 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 figure 6, l'enveloppe convexe aspergée supérieure (52) et l'enveloppe convexe aspergée inférieure (62), non représentées sur la figure 6, 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 brûlures, 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 figure 7, 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 b - a/2 étant positive ou nulle, préférablement nulle, a étant l'angle du cône du jet de fluide de refroidissement produit par les buses et b 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 figure 5a avec les buses (35), les rampes (30) et les jets de fluides de refroidissement (36). La figure 4 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 figure 12, 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 a du cône des jets (36) est inférieur à 20°, préférentiellement l'angle a 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 maîtriser le refroidissement.
Dans un autre mode de réalisation préféré illustré non limitativement par la figure 14 et la figure 15 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 figure 14, 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 figure 15, 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 a. approvisionnement d'une plaque de laminage en alliage d'aluminium optionnellement plaqué à une température d'entrée de laminage à chaud, b. 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, c. 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 AAlxxx, 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 lia 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. Donc dans un mode de réalisation, l'intersection entre les surfaces supérieures (51) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (36) avec la face supérieure des extrémités (112) est vide préférentiellement pendant toute la durée du laminage à chaud. Donc dans un mode de réalisation, l'intersection entre les surfaces inférieures (61) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (46) avec la face inférieure des extrémités (112) est vide préférentiellement pendant toute la durée du laminage à chaud. Le fluide de refroidissement est préférentiellement en caléfaction sur l'ébauche. La caléfaction est une fine couche de vapeur qui apparaît 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 figure 16. 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°C/s*mm, préférentiellement entre 600 et 900°C/s*mm, plus préférentiellement entre 700 et 800°C/s*mm. 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 figure 6, 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 brûlures 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 brûlures 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 figure 7 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 maîtrise 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 figure 9 et la figure 10.
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 figure 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 b - a/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 b 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 a est l'angle du cône du jet de fluide de refroidissement produit par lesdites buses. Ces angles sont schématisés sur la figure 5a 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 figure 12 ou la figure 14, 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 a 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 a 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 maîtriser 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 figure 19.
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 figure 20.
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 : a. coulée d'une plaque de laminage en alliage de la série AA6xxx, b. homogénéisation de la plaque de laminage, suivie optionnellement d'un réchauffage, c. 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, d. 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°C/s*mm, préférentiellement entre 600 et 900°C/s*mm, plus préférentiellement entre 700 et 800°C/s*mm, e. 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%, f. 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, t| °°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
Figure imgf000040_0001
temps ans e four
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol/K
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,
Figure imgf000040_0002
, est inférieure à 20 s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l'aide de l'équation
Figure imgf000040_0003
temps ans e four
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol/K, 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,
Figure imgf000040_0004
de 98s.
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, tgq°°, est courte , typiquement inférieure à 25s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l'aide de l'équation
Figure imgf000041_0001
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol/K.
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 figure 15. 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. Exemples
Exemple 1 :
Un laminoir à chaud réversible selon l'invention illustré par la Figure 7 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 Figure 18 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 Figure 17 montre le champ thermique en surface supérieure de l'ébauche obtenue de mêmes dimensions que celle présentée en Figure 18 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 figure 14. 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 figure 19 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. Tableau 1
Figure imgf000044_0001
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 (figure 25) et le taux de recristallisation évalué (tableau 2). Tableau 2
Figure imgf000046_0002
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 figure 23 pour la tôle mince D et la figure 24 pour la tôle mince E. Ce n'est pas le cas des tôles minces A et B comme le montrent la figure 21 pour la tôle mince A et la figure 22 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
1
. dt
Figure imgf000046_0001
+ 273 560 + 273 Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol/K.
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 figure 26. 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 figure 26 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 surcroît d'accélérer la productivité de la mise en solution.
Tableau 3
Figure imgf000048_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. 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. 2. Laminoir réversible à chaud selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'intersection entre les surfaces supérieures (51) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (36) avec la face supérieure de la rive (111) est vide en début de laminage à chaud, préférentiellement pendant toute la durée du laminage à chaud, et/ou l'intersection entre les surfaces inférieures (61) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (46) avec la face inférieure de la rive (111) est vide en début de laminage à chaud, préférentiellement pendant toute la durée du laminage à chaud.
3. Laminoir réversible à chaud selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'intersection entre les surfaces supérieures (51) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (36) avec la face supérieure des extrémités (112) est vide pendant toute la durée du laminage à chaud et/ou l'intersection entre les surfaces inférieures (61) aspergées directement par les jets de fluides de refroidissement (46) avec la face inférieure des extrémités (112) est vide pendant toute la durée du laminage à chaud. 4. Laminoir réversible à chaud selon l'une des revendications 1 à 3 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, qui 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), 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, qui est le minimum de la distance de tout point de l'enveloppe convexe (52) avec la droite Cl qui est la projection de l'axe de rotation du cylindre (21) sur la surface supérieure, de l'ébauche (11), diminué du rayon RI du cylindre (21), est supérieure au rayon du cylindre supérieur (21), plus préférentiellement la distance D57 est supérieure au diamètre du cylindre supérieur (21).
5. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que 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).
6. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que chaque buse (35) et (45) est alimentée individuellement par une vanne à réponse rapide (49) dont avantageusement le temps de réponse est moins de 1 s, préférentiellement moins de 0.5s, et plus préférentiellement moins de 0,2s.
7. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que 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, et/ou les buses (35) et (45) sont aptes à produire des jets de fluide refroidissement (36) et (46) par pulvérisation, préférentiellement les buses (35) et (45) sont aptes à produire des jets de fluide par pulvérisation sous une forme de cône plein. 8. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que, 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 la zone opposée au laminoir (54) et/ou au-dessus de la zone à côté du laminoir (53), préférentiellement le dit dispositif (38) est un soufflage d'air qui repousse le fluide de refroidissement vers l'une des rives (111) de l'ébauche (11) et donne au fluide de refroidissement une vitesse suffisante pour qu'il ne ruisselle pas sur les chants (1111).
9. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 8 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.
10. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que 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.
11. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les buses (35, 351) 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.
12. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 11 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, D55 étant le maximum de la distance de tout point de l'enveloppe convexe (52) avec la droite Cl qui est la projection de l'axe de rotation du cylindre (21) sur la surface supérieure, de l'ébauche (11), diminué du rayon RI du cylindre (21), D65 étant 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), sont inférieures à 3 fois le plus grand des diamètres des cylindres de travail (21) et (22) et / ou les longueurs D56 et D66, D56 étant la soustraction de la longueur D57 à la longueur D55, D66 étant la soustraction de la longueur D67 à la longueur D65, desdites enveloppes convexes (52, 62) sont inférieures à deux diamètres, préférentiellement un diamètre du plus grand des cylindres de travail (21) ou (22).
13. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 7 à 12 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).
14. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 10 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 b - a/2 étant positive ou nulle, préférablement nulle, a étant l'angle du cône du jet de fluide de refroidissement produit par les buses et b 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).
15. Laminoir réversible à chaud selon l'une au moins des revendications 1 à 10 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 a du cône des jets (36) des buses supérieures (35) est inférieur à 20°, préférentiellement l'angle a du cône des jets (36) des buses supérieures (35) est substantiellement 15°.
16. Laminoir réversible à chaud selon la revendication 14 ou 15 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 .
17. Procédé de laminage à chaud d'alliages d'aluminium comprenant les étapes successives de a. approvisionnement d'une plaque de laminage en alliage d'aluminium optionnellement plaquée à une température d'entrée de laminage à chaud, b. 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 16, le système de refroidissement servant au moins une fois, c. 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.
18. Procédé de laminage à chaud selon la revendication 17 caractérisé en ce que l'ébauche comprend un alliage d'aluminium de la série AA6xxx, AA5xxx, AA7xxx, AA3xxx, AA2xxx et préférentiellement 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, 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, autres <=0,05 chacun, 0,15 total, et qu'optionnellement l'ébauche est plaquée sur une ou deux faces, avec un ou plusieurs alliages d'aluminium des séries AAlxxx, AA4xxx ou AA7xxxx, et préférentiellement AA4004, AA4045, AA4343, AA7072. 19. Procédé selon l'une au moins des revendications 17 à 18 caractérisé en ce qu'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).
20. Procédé selon l'une au moins des revendications 11 à 19 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). .
21. Procédé selon l'une au moins des revendications 17 à 20 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 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 °C/s*mm, préférentiellement entre 600 et 900°C/s*mm, plus préférentiellement entre 700 et 800°C/s*mm.
22. Procédé selon l'une au moins des revendications 17 à 21 caractérisé en ce que le temps de cycle du laminage à chaud d'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 par rapport au laminage sans l'aide dudit procédé et/ou le temps de cycle du laminage à chaud d'une ébauche (11) en alliage AA5182 est préférentiellement diminué d'au moins 15 secondes, préférentiellement de 20s, plus préférentiellement de 45s par rapport au laminage sans l'aide dudit procédé.
23. Procédé selon l'une au moins des revendications 17 à 21 caractérisé en ce que le laminoir à chaud est selon l'une quelconque des revendications 14 à 16.
24. Procédé selon la revendication 23 caractérisé en ce que 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.
25. Procédé de laminage d'un alliage d'aluminium de la série AA6xxx comprenant les étapes : a. coulée d'une plaque de laminage en alliage de la série AA6xxx, b. homogénéisation de la plaque de laminage, suivie optionnellement d'un réchauffage, c. 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, d. refroidissement de l'ébauche ainsi obtenue avec une vitesse moyenne de refroidissement de la température moyenne de l'ébauche 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°C/s*mm, préférentiellement entre 600 et 900°C/s*mm, plus préférentiellement entre 700 et 800°C/s*mm, e. 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%, f. laminage à froid de la bande en une tôle mince. 26. Procédé selon la revendication 25 caractérisé en ce que le premier laminage à chaud et le refroidissement sont effectués avec un laminoir à chaud selon une quelconque des revendications 17 à 21 et/ou en ce que 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.
Tl. Procédé selon l'une au moins des revendications 25 et 26 caractérisé en ce que la température lors du premier laminage à chaud est maintenue au-dessus de 450°C, préférablement au-dessus de 470°C et plus préférablement au-dessus de 490°C et/ou la première épaisseur de sortie est entre 90mm et 140mm, préférentiellement entre 100 et 130mm, et plus préférentiellement entre 110mm et 120mm et/ou la température de sortie du second laminage à chaud est au moins 345°C, préférablement au moins 350°C et plus préférentiellement au moins 355°C et/ou la 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% et/ou la réduction par laminage à froid est entre 70% et 80%, ou supérieur à 80%. 28. Procédé selon l'une au moins des revendications 25 à 27 caractérisé en ce qu'après l'étape f, une étape supplémentaire est réalisée g. mise en solution et trempe de la tôle mince ainsi obtenue dans un four de traitement thermique en continu, préférentiellement le four de traitement thermique en continu fonctionne de façon telle que la durée de maintien équivalente à 560 °C, t| °°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
Figure imgf000056_0001
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol/K
29. Procédé selon la revendication 28 caractérisé en ce qu'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. 30. Tôle mince obtenue selon le procédé de l'une quelconque des revendications 25 à 28, 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,
Figure imgf000056_0002
, est inférieure à 20 s, la durée de maintien équivalente étant calculée à l’aide de l’équation
Figure imgf000056_0003
Q étant une énergie d'activation de 200 kJ/mol et R = 8,314 J/mol/K, 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,
Figure imgf000056_0004
de 90s.
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