Brevet FR2061701A1 — publié le 19710625

i 2061701 La présente invention concerne l'utilisation d'ion alliage à forte teneur en chrome conrne matériau pour les cylindres de laminoir qui sont soumis à des contraintes élastiques et à l'abrasion, plus particulièrement dans les cages duo, trio et quarto des laminoirs à 5 feuillards et à tôles ainsi que dan; les laminoirs à froid. Il est connu d'utiliser, pour certains cylindres, des alliages de fer contenant du chrome et dans lesquels la teneur en chrcae peut atteindre jusqu'à 17 Avec les teneurs en chrome les plus élevées que l'on puisse atteindre pour de tels alliages, on obtient un indice 10 de dureté Shore de 54. Ces alliages sont fondus dans des fours Siemens Martin acide, sous une scorie ayant une teneur élevée en SiO^ et en OrvXU. On connaît bien la grande sensibilité au eriquage des alliages au chrome en question et c'est pourquoi ces alliages ne s'utilisaient jusqu'à présent dans les installations de laminage que pour les cages 15 de finition des profilés et des fils, cages dans lesquelles des effets des charges dynamiques et des charges thermiques sont faibles. ^a présente invention vise à choisir un matériau de laminoir qui convienne tout particulièrement pour les cylindres de travail des cages duo, trio et quarto des installations de laminage du 20 feuillard et de la tôle ainsi que pour les laminoirs à froid, et qui offrent une résistance nettement améliorée à l'abrasion, tout en étant dans une large mesure insensible au eriquage. Selon l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un alliage ayant la composition suivante : 25 18,0 - 30,0 i Or 1,8 - 3,5 i rt \_7 0,5 - 2,0 i Mn 1 o 2,0 i I Ji 0,2 - 0,5 ;! ! ■10 0,3 - 0,3 io £ 3i max. C, U3 i S •nax. 0,04 ï p O o P - 35 avec encore les teneurs usuelles en cuivre. en aluminium et autres impuretés, le reste étant du fer. -^es alliages de ce genre n'oirc été utilisés jusqu'à pré- 69 39191 ^ 2061701 sent qvte pour des objets relativement petits et subissant plus particulièrement que des contraint;es statiques. On attend des outils qui sont fabriqués a partir de tels alliages, une résistance élevée à la chaleur et une grande dureté aux températures élevées. On estimait 5 que de tels matériaux étaient trop fragiles ou cassants pour être utilisés dans la fabrication de pièces ie grande taille couaises à d'importantes charges dynamiques et à des contraintes theitiiques alternées très élevées. Il était donc surprenant de mettre en oeuvre un tel alliage pour constituer l'enveloppe externe de cylindres de laminoir 10 composites, notamment pour le grand cylindre de travail, dans les trains de laminoir continus à large bande. Or, les cylindres de laminoir ainsi construits ont procuré non seulement l'amélioration attendue de la résistance de plus de 50 $, mais encore l'insensibilité à 1'encontre du criquage qui était requise et indispensable. 15 le criquage indésirable et perturbateur qui se produit à la surfs.ee des cylindres de travail à base d'acier moulé ou d'alliage fer-chrome équipant les premières cages des trains de finition, résulte des contraintes dynamiques alternées, et plus particulièrement des contraintes thermiques alternées. Etant donné que le matériau à laminer 20 est encore très épais dans les premières cages, alors que la vitesse angulaire des cylindres est faible, on a des durées de contact importantes entre un point quelconque de la circonférence du cylindre et la pièce laminée, la température de cette dernière étant encore très élevée, de l'ordre de 1 1C0 à 1250°C pour les premières cages. En dépit j 25 d'un système rationnel de refroidissement des cylindres, la surface des cylindres est fortement chauffée, du fait de la répétition continue du processus de contact (les essais ont montré que l'on pouvait atteindre sur la surface de contact des températures, atteignant 650 à 750°C), d'où il en résulte qu'après un ou plusieurs contacts 20 avec le produit laminé, une mince couche superficielle au cylindre est déformée -plastiquement. Au moment du refroifissement qui suit, il r °n résulte la création de tensions de traction qui conduisent à la % rupture d'un matériau d'ores et déjà fatigué. Ce processus conduit au "* phénomène connu du. criquage réticulaire à la surface des cylindres { Zo de laminoir. Des" fentes particulièrement larges et profondes sont provoquées par les tensions excessives de traction, dans le sens 'r longitudinal et circonférentiel, qui apparaissent du fait de l'échauf- BAD ORIGINAL, i COPY i 69 39191 5 2061701 forcent partiel violent, et cela tout particulièrement incidents d'exploitation, avec les gradients élevés de température "que ceux-ci provoquent. La tendance au criquage peut être enrayée:, ou tout au moins fortement limitée par les mesures suivantes : 1°) Amélioration de la ténacité des matériaux en dépit de l'augmentation de la résistance a l'usure et de la tenue à la chaleur. 2°) Réduction du transfert de chaleur entre le matériau laminé et la surface des cylindres. 3°) Réduction de la conductibilité thermique dans la zone superficielle des cylindres. 4°) Décalage important vers les températures élevées de la transition entre l'état élastique et l'état plastique pour le matériau des cylindres. Selon l'invention, ces diverses exigences sont largement remplies par l'alliage précité, tandis que la conduite de la fusion, la technique de la coulée et le traitement thermique sont adaptés de telle sorte que l'on obtienne finalement une structure hétérogène -avec un maximum de carbure finement subdivise dans une matrice ferritique. ï-'êrae si les véritables conditions d'équilibre du système à composants multiples ne sont pas atteintes, il est souhaitable d'obtenir un maximum de carbures, et notamment les carbures suivants : Cr25 Gg (Feg 5 s. cristallisation cubique à faces centrées, Gr^ Cj i^e2 Cr5 ^3} e'"k "e4 ^r3 ^3 cristallisation hexagonale, et enfin Fe^C (+Cr + Kn) à-.cristallisation orthorhombique, avec de très larges formations de cristaux mixtes à partir de ces carbures. Il est plus particulièrement rationnel d'opérer la fusion des alliages dans un four à arc'basique. Ce faisant, les températures s'élèvent notablement au-dessus de celles qui sont utilisées pour la fusion des matériaux pour cylindres de laminir antérieurement connus et dont il a-été question précédemment, grâce à quoi, non seulement on parvient à un réglage parfait de la composition de la scorie basique, mais encore, par le choix de la température voulue, au degré de surchauffe qui est nécessaire pour régler la formation des germes cristalline. L'insémination permet d'augmenter encore le nombre des germes et enfin la croissance cristalline est bloquée par une surfusion considérable au moment de la coulée. rn traitement thermique adéquat COPY BAD ORIGINAL 69 39191 * 2061701 permet d'obtenir la précipitation-des "carbures en question sous la forme la plus fine. Toutes les mesures précitées, et SÊtVOjLz* X£t Slii/Oxi£L vli. "*• fe du bain, 1'ensemencement et le traitement thermique, sont individuellement connues des spécialistes et sont d'usage courant dans d'autres 5 domaines. En choisissant une température de recuit adéquate et des agents de trempe rationnels, chacune de ces mesures pouvant être en elle-même reprise dans les prescriptions connues de traitement des matériaux, il est possible d'adapter la dureté superficielle du cylin-10 dre à des conditions d'utilisation qui sont très diverses. Il n'y a aucune difficulté à obtenir de cette manière les indices de dureté superficielle compris entre 55 et 90 Shore et plus particulièrement entre 65 et 85 Shore,'les valeurs inférieures pouvant être choisies pour le laminage à chaud alors que les valeurs supérieures peuvent 15 être utilisées pour le laminage à froid, et toutes ces variantes pouvant être obtenues sans qu'il y ait lieu de modifier le matériau de base. Par un choix approprié de l'ensemble du processus de recuit et aussi grâce à l'utilisation de recuits de détente, il est encore possible de conférer au cylindre de laminoirs les tensions propres 20 rationnelles et nécessaires en vuede telle ou telle utilisation particulière. Selon un développement ultérieur'de l'invention, l'alliage est encore utilisé pour la fabrication de cylindres composites dans lesquels l'épaisseur de l'enveloppe représente 10 à 15 du diamètre 25 cotai du cylindre. Etant donné qu'il est alors possible d'utiliser pour le noyau des matériaux à ténacité plus élevée, de tels cylindres composites sont utilisés principalement pour les bages supportant des contraintes mécaniques très élevées et il est alors possible d'envisager les valeurs les plus élevées de la dureté superficielle 30 qui ont été indiquées précédemment sans courir le risque de criquage» Les cylindres composites de ce type peuvent être fabriqués par un procédé 'de moulage en remontant, l'enveloppe étant constituée en alliage précité et le moule étant alors disposé verticalement. On commence 'par remplir le moule et après solidification de la zone péri-35 phérique constituant l'enveloppe, on coule la matière constituant le noyau central qui chasse alors le métal non solidifié de constitution de l'enveloppe hors de la zone centrale» Ce faisant, il est rationnel 69 39191 5 2061701 que la- coulée ait lieu par injection selon la direction tangentielle dans la zone du tourillon inférieur de cylindre, au pied du moule. Avec ce procédé, on peut envisager comme matériau constitutif pour la région centrale une fonte de moulage non alliée. Ge procédé in-5 terdit l'utilisation d'acier comme matériau de constitution du noysu central. Selon un autre mode possible de fabrication de ces cylindres composites, l'alliage qui constitue l'enveloppe est coulé autour d'un arbre en acier préalablement chauffé. Egalement selon l'invention, 10 il est possible, pour fabriquer les cylindres composites, de commencer par réaliser l'enveloppe selon un procédé de moulage centrifuge. Dans ces conditions, il est possible d'iitiliser dans l'opération de moulage centrifuge, à titre de matériau de constitution de la zone centrale, soit du matériau du genre fonte de moulage, par conséquent de la fonte 15 de moulage non alliée, de la fonte de moulage alliée et de la fonte nodulaire, soit des matériaux dix genre acier moulé, avec une teneur en carbone comprise entre 0,3 et 0,8 Dans ce dernier cas, on a avant tout la possibilité de fabriquer dans des conditions économiques favorables, des cylindres de laminoir aptes à résister à des contraintes 20 mécaniques particulièrement élevées. On décrira ci-après à titre illustrâtif un exemple particulier de réalisation de l'invention, étant entendu que cet exemple ne saurait être interprété dans le sens d'une limitation du champ de 1'invent i on. 25 A titre de matériau de constitution de l'enveloppe on utilise un alliage ayant la composition suivante s 2,6 JS G 25,0 i cr 1,65? Mn 30 1 ,0 1o î'Ti 0,45 55 Mo 0,6 y' Si 0,06 fo P + S 55 le reste étant du fer, avec les habituelles impuretés. Cet alliage est fondu au four à arc à revêtement basique. L'enveloppe du.cylindre est fabriquée en cet alliage par moulage en remontant, de la façon déjà 69 39191 2061701 décrite précédemment-, ce après quoi on coule la sone centrale par injection tengentielle, à la hauteur du tourillon inférieur du cylindre, d'une fonte de moulage contenant 2,8 i<> de carbone. Après un trai tement thermique approprié, la structure du matériau constitutif de l'enveloppe offre la répartition de carbure de fer et de chrome à fine granulation dans une matrice ferritique comme cela a été mention né précédemment;, la dureté superficielle étant égale à 72 à 75 Shore. De nombreux cylindres de ce type offrent en pratique d'excellentes propriétés et notamment une insensibilité totale à 1'encontre du criquage et une augmentation notable de la résistance à l'usure et de la résistance à la fatigue. Le mode de coulée précité,■ consistant à injecter le métal liquide tengentiellement dans la zone du tourillon inférieur de cylin dre au pied d'un moule qui est placé -verticalement, est en soi connu des spécialistes étant donné qu'elle est notamment décrite à la page 315 (figure 1 ) de la revue Efickelberichte de 1963. Toutefois, dans so utilisation telle qu'il a été préconisé plus hauts ce procédé entre dans le cadre de la présente invention. 69 39191 2061701 s 3 7 3 :: :■ i c a lions 1 Utilisation àlun alliage le fer à forte teneur en chrome d:;nt la constitution entre dans les limites suivantes; : 18,0 - 30,0 ■ Or 1 ,5 - t.. ' J -■ - - -• 5 0,5 - 0,5 - 2, o '% ùi x 0,2 - 0,8 Ko 0 1 0,8 1= Si max. 0,03 S 10 max. 0,04 # P max. 0,06 : ? - avec les teneurs usuelles de cuivre et d'aluminium, ainsi que des autres impuretés, le reste étant du fer, comme matériau pour les cylindres ie laminoir qui sont sollicités mécaniquement et soumis à 11usu-15 re, notamment pour les cages duo, trio et quarto des laminoirs à feuillari et à tôle, ainsi que pour les laminoirs à froid, 2.- Utilisation d'un alliage selon la revendication 1, caractérisée en ce rue cet alliage est prévu au minimum pour l'enveloppe du cylindre, 20 J,- Utilisation d5un alliage selon la revendication 1, ■aractérisée en ce que l'alliage est fondu, avec surchauffe dans un .. ;ur à arc à revêtement basique, puis placé en surfusion. de telle .-.crte que l'on obtienne une structure hétérogène à grains fins dans laquelle les carbures suivants : Or-- 0- à cristallisation c;. o ■ -t, so o '■ô cubique à faces centrées, 0r.,0_ Pe.-û'r-C--, et Pe,Or„C„ à cristallisation , : - r o 4 o o hexagonale et enfin re_.l " ~0r-lln a cristallisation orthorhoabique S :-:oiv:- enferras î-îuia une rzatrios f5r-ri""i:iue. 4» — utilisation . a . alliage selon l' une quelconque dee revenlicatione 2 et o, caractérisée eu ce que l'alliage est soumis à 50 un traitement thermique, la température de traitement étant choisie de telle sorte que l'on ait une cureté superficielle comprise entre 55 et 90 Shore, ce préférence entre 65 et 85 Shore, les valeurs proches de la limite inférieure étant choisies pour le laminage à chaud, alors que l?s valeurs proches de la limite supérieure sont choisies 55 pour le laminage à froid, ce résultat étant obtenu grâce au fait que 69 39191 8 2061701 l'on parvient à ajuster dans le cylindre les tensions propres qui sent les plus favorables, en fonction des conditions particulières d'utilisation. 5.- Utilisation d'un alliage selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 4, pour la fabrication des cylindres composites de laminoirs dans lesquels l'épaisseur de l'enveloppe représente 10 à 15 °/o du diamètre total du cylindre. 6.- Procédé de fabrication d'un cylindre composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moule du cylindre qui 10 est placé verticalement est rempli avec la matière de l'enveloppe par injection tengentielle dans la zone du tourillon inférieur et par conséquent par coulée en remontant, et en ce qu'après solidification de l'enveloppe, la matière non solidifiée de constitution de l'enveloppe est repoussée de la zone centrale par un complément de coulée 15 avec la matière de constitution de cette zone centrale. 7.- Procédé de fabrication d'un cylindre composite selon -la revendication 6, caractérisé en ce que l'on utilise de la fonte de moulage non alliée comme matériau de constitution du noyau central. 8.- Procédé de fabrication d'un cylindre composite selon 20 la revendication 5, caractérisé en ce que 1'enveloppe du cylindre est coulée autour d'un arbre en acier à 0,3-0,8 $ de carbone qui a été préalablement réchauffé. 9.- Procédé de fabrication d'un cylindre composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enveloppe du cylindre est 25 fabriquée dans le matériau choisi pour la constituer, en recourant à un procédé de coulée centrifuge dudit matériau. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on injecte en coulée centrifuge, à titre de matériau constitutif du noyau central, un acier de moulage à haute résistance ayant une 30 teneur en carbone comprise entre 0,3 et 0,8 $>. 11.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on injecte en coulée centrifuge, à titre de matériau constitutif du noyau central, de la fonte non alliée, de la fonte alliée ou encore de la fonte nodulaire. 35