Brevet FR2536063A1 — publié le 19840518

hginvention est relative aux cylindres utilisés dans les laminoirs à chaud à grande vitesse, ces cylindres présentant des propriétés extremement bonnes, en particulier quant à leur résistance à lUoxydationO Cela se traduit par une excellente qualité de la matière laminée et par une durée de vie supérieure des rouleaux D L Linvention concerne en particulier l'utilisation dune matière en carbure fritté, ou métal dur, qui présente des teneurs élevées en types de carbures que, jusqu a présent, on noa pas considéré comme utilisables pour les cylindres de laminage à chaud Ces carbures sont du type carbure cubique, tels que le carbure de titane, le carbure de tantale, le carbure de niobium et autres carbures, mais de préférence le carbure de titane. Une phase de liant, consistant en une combinaison de cobalt et de nickel est nécessaire pour donner des résultats inattendus, cette combinaison étant déterminée par la teneur en carbure de titane En rapport avec la création de carbure fritté, on a proposé d'utiliser divers carbures frittés pour constituer les cylindres de laminage à chaud. En particulier, un certain succès a été rencontré, à grande échelle, avec des cylindres de laminage à froid constitués par un carbure fritté.Cela apparat dans divers brevets, notamment le brevet américain 2 313 227, En raison de la grande taille des cylindres de laminage à chaud et du prix élevé des carbures frittés, les cylindres de laminage à chaud en carbure fritté n'ont pas, à l'origine, rencontré un succès indus triel, Au début des années 60, toutefois, on a construit le premier laminoir à chaud dont la taille des cylindres était nettement réduite et dans lequel les conditions dgutilisa- tion étaient mises en oeuvre de telle manière que le carbure fritté constituant la matière des rouleaux de laminage à chaud était plus intéressant du point de vue technique et économique.En utilisant ce premier laminoir à grande vitesse pour laminer des fils au Canada en 1966, on a commencé à utiliser à échelle industrielle le carbure fritté pour constituer les cylindres de laminage à chaud, A l'heure ae- tuelle, il existe plusieurs autres types de laminoirs à grande vitesse. Pendant les phases initiales, on a expérimenté divers types ou qualités de carbures frittés appartenant essentiel- lement au - pe carbure de tungstène cobalt, mais aussi au type carbure de 'cungstène-cobalt contenant des carbures -ubi- quels, En raison des exigences de résistance élevée (la rup- ture des rouleaux était le problème principal), on a cons- taté que les qualités carbure de tungstène-cobalt présentant une tendeur en phase de liant de 15 % et plus étaient conve nables Après 1966, on a modifié plusieurs fois les cylindres principalement dans le but d'une plus grande résistance " la rupture, ce qui a impliqué de passe à des anneaux plus massifs de carbure fritté. De même, les dispositifs de fixation ont été modifiés en vue d'une meilleure adaptation aux contraintes. En meme temps, on a rendu possible un ac- croissement de vitesse de laminage de 40 m/s en 1966 à 75-100 m/s en 1982. Les exigences quant à la qualité ont été jugées si sévères que, pendant une longue période, certans fabricants de carbures frittés ont pressé à chaud tous les cylindres de manière isostatique avant leur livrai- son.Dans certains cas, cela était demandé par les utilisa- tueurs Le développement continu de cette technique a ensuite été oriente vers une plus longue durée de vie des cylindres et une meilleure qualité du produit, par exemple le fil. Une partie de plus en plus importante du fil est utilisée pour le fil nommé "cord wire" dont les exigences de qualités sont extrêmement sévères. Une grande difficulté a réside et réside encore en ce qu'il se produit des inclusions de carX bure fritté dans le fil, ces inclusions provenant des cyclin- dres. Cette difficulté renforce encore les exigences sur les cylindres.Au surplus, les cylindres doivent présenter une bonne résistance aux fissures thermiques. L'introduction de phases de liant allié en diverses proportions, essentiel- lement du cobalt, du nielles, du chrome et du molybdène a constitue un grand progrès. De tels cylindres sont aujour- d'hui réalisés par tous les grands fabricants Le matériau dur est encore aujourd'hui seulement le carbure de tungstène. On a constaté, dans les qualités commercialement disponibles, certaines faibles teneurs en carbures cubiques. Ces faibles teneurs, toutefois, peuvent être considérées comme des impuretés. L'utilisation exclusive de carbure de tungstène est motivée par les exigences sévères quant cilla résistance mécanique. Comme on le sait, le carbure de tungstène confère aux carbures frittés des propriétés très spécifiques à cet égard. L'addition de carbures cubiques, par exemple le carbure de titane, le carbure de tantale ou le carbure de niobium, mais essentiellement le carbure de titane, réduit ces propriétés de résistance et a donc, jusqu'à présent, été considéré comme directement inapproprié. Dans le brevet américain 3 993 446, colonne 2 lignes 15 à 19, on déconseille l'utilisation de carbure de titane en grande quantité.Le carbure de titane présente une grande résistance à l'oxydation, cette propriété étant particulièrement visée dans les cylindres de laminage à chaud. par contre, la résistance à la rupture se trouve réduite dans un carbure fritté qui contient une grande quantité de carbure de titane, avec du cobalt comme phase de liant, de sorte que de tels alliages ne peuvent pas être utilisés dans les cylindres de laminage à chaud. On a constaté de manière surprenante, selon la présente invention, que, en faisant appel à une phase de liant, c' est-à-dire un complément de nickel et de cobalt, on peut utiliser pour des cylindres de laminage à chaud à grande vitesse un carbure fritté avec une teneur élevée en carbure de titane. De ce fait on rend possible la combinaison de la résistance à l'oxydation présentee par le carbure de titane avec les propriétés de résistance du nickel dans la zone spécifique d'application. Les cylindres de laminage à chaud établis selon l'invention se sont avérés présenter une résistance améliorée à la fatigue thermique qui se présente sous la forme de fissures thermiques. Ces fissures sont moins nombreuses et moins profondes, ce qui conduit à une tendance réduite à la rupture.De cette manière, on peut combiner les exigences d'uneXrésistance acceptable avec les exigences d'une plus grande résistance à l'oxydation. La réduction du nombre de fissures thermiques se traduit également par une meilleure qualité de surface du produit, par exemple le fil. Ainsi, l'alliage selon la présente invention comporte du carbure de tungstène, une phase de liant en nickel et cobalt, le reste étant essentiellement constitué de carbures cubiques du type à phase gamma constituant la matière dure, par exemple du carbure de titane, du carbure de tantale ou du carbure de niobium. En raison de l'exigence sévère quant à la résistance mécanique, une teneur en carbure de tungstène supérieure à 20 %, et de préférence supérieure à 40 %, est nécessaire. Les teneurs nécessaires en carbures cubiques, au moins 10 % en volume, et en phase de liant impliquent que la teneur en carbure de tungstène n'est pas supérieure à 80 % en volume, et de préférence non supérieure à 70 %. La teneur de phase de liant doit être de 15 à 45 % en volume, de préférence 20 à 40 %, et le rapport des teneurs en cobalt -et en nickel doit être compris entre 2/1 et 1/2. La phase de liant peut avantageusement contenir un peu de chrome et/ou de molybdène, la teneur de ces éléments n'étant pas inférieure à 15 % en volume de la phase de liant. Dans la phase de carbures cubiques, la proportion de titane par rapport aux métaux de la phase de carbures ne doit pas être supérieure à 30 % en poids. De préférence, l'essentiel des carbures cubiques doit consister en carbure de titane, la proportion des teneurs en volume des autres carbures cubiques n'étant pas supérieure à la proportion de carbure de titane. La teneur en carbure de titane est généralement comprise entre 7 et 25 % en volume, mais elle est de préférence de 10- 20 % en volume. De préférence, les carbures cubiques comportent, mis à, part le carbure de titane, du carbure de tantale et de niobium. Dans le carbure fritté selon la présente invention une partie relativement importante du tungstène, jusqu'à 95 % mol, peut être remplacée par du molybdène d'une manière connue en soi. De préférence, le carbure de tungstène, à cet égard, peut être remplacé par du carbure de molybdène, jus- qu a 50 % en volume pour former du carbure/de molybdène et de tungstène présentant la même structure que le carbure de tungstène. Normalement, on remplace seulement une faible partie du carbure de tungstène, jusqu'à 20 e en volume, par du carbure de molybdène. On donnera ci-après quelques exemples illustratifs de l'invention, ces exemples montrant tout particulièrement les résultats excellents qui ont été obtenus lors dressais pratiques menés avec des cylindres selon l'invention. EXEMPLE 1 Deux rouleaux pour un laminoir à chaud à grande vitesse de la dernière génération connue, comportant dix étages, ont été fabriqués avec la composition suivante, exprimée en % en volume Carbure de tungstène (wC) 49 Carbure de titane (TiC) 12 Autres carbures cubiques 5,5 Nickel + Cobalt (Ni+Co) 33,5 Les cylindres ont été utilisés dans plusieurs séries d'essais et ont été places dans les deux premières paires de cylindres d laminoir. La dimension finale du fil (0,6 % C) était de 6 mm en diamètre, avec une vitesse de défilement de 70 m/s. Après chaque opération, les cylindres ont été inspectés quant à l'aspect de leur gorge. L'inspection a donné les résultats suivants Tonnage lamine Résultats Cylindre selon 1554, 1443 Fissures thermiques l'invention 1600, 2000 peu nombreuses et peu profondes Cylindre de 1431, 1278 Fissures thermiques référence 1636, 1808 nombreuses et pro (WC-Co.Ni) avec fondes dureté correspondante. Dans cet exemple, les exigences du fini de surface du fil étaient extrêmement sévères. L'influence de l'invention a été utilisée principalement pour augmenter la qualité du lii EXEMPLE 2 Deux cylindres de laminage à chaud ont été fabriques selon l'exemple 1 mais avec une teneur en carbone super- stoéchiométrique qui implique une certaine quantité de carbone libre dans la structure. Les cylindres ont été placés dans un laminoir à grande vitesse de la premicre génération comportant huit étages Dans ce exemple, les cylindres ont été placés au milieu du laminoir. Les résul- tats donnes cl-apres sont une moyenne de cinq opérations, avec meulage intermédiaire. Tonnes/mm Tonnes/opération de meulage Cylindre selon 1,invention 2 630 3507 Cylindre de référence (WC-Co-Ni) avec dureté correspondante 2 123 2 359 Dans cet exemple, les cylindres selon l'invention ont permis une plus grande productivité. EXEMPLE 3 Après que le carbure fritté a commencé à être utilisé dans les étages de finition du laminoir, les cylindres des étages intermed-laires se sont montrés défaillants Par con- sequent, le carbure fritté a été testé même dans ce cas. Deux cylindres de 33 cm en carbure fritté dune plus grande résistance, présentant la, composition suivante (en % en volume) , ont été testés par comparaison avec une qualité standard carbure de tungstène-cobalt de dureté correspon- dante. Carbure de tungstène (WC) 46 Carbure de titane (TiC) 9,5 Autres carbures cubiques 4,5 Phase de liant (Co+Ni) 40 Les résultats des essais comparés ont été les suivants Tonnage Usure + meulage T/mm laminé (mm) consomme Cylindre 3049 0,6 5082 selon 2890 0,5 5780 l'invention 3560 0,7 5086 2304 0,7 3291 4210 0,9 4678 3310 0,8 4138 Cylindre 1149 0,6 3582 de 2566 0,7 3665 référence 2473 0,7 3533 1667 0,7 2381 2155 0,8 2694 2474 0,9 2749 Comme les cylindres ont été utilisés seulement dans un étage, il n'a pas été possible de faire fonctionner en meme temps les deux types de cylindres dans la même série d'essais. EXEMPLE 4 Deux cylindres, de même composition que celle de l'exemple 3, mais dans lesquels la phase de liant contenait également de faibles quantités de chrome et de molybdène, ont été testés dans l'étage de finition d'un laminoir pour le traitement d'un fil de 12 mm. Les gorges dans les cylindres ont été fraisées à l'aide d'un outil en carbure fritté, ce qui était nécessaire. Comme référence, on a utilisé un cylindre conventionnel de- qualité carbure de tungstène-cobalt de dureté correspondante. Les résultats comparés de ces es- sais ont été les suivants. Qualité T/operation Meulage (mm) T/mm consomme Selon Selon l'invention 1500 1,0 1500 WC-Co 1100 1,64 670 Les résultats cisdessus sont une moyenne sur dix opé- rations. REVENDICATIONS 1. Cylindre en carbure fritté destiné à être utilisé dans un laminoir à chaud à grande vitesse, caractérisé en ce que le carbure fritté comporte du carbure de tungstène, une phase de liant en nickel et cobalt, le reste étant constitué par des carbures cubiques du type à phase gamma constituant la matière dure, la teneur en volume du carbure de tungstène étant supérieure à 20 % et inférieure à 80 %, la teneur en volume de la phase de liant étant de 15 à 45 %, et le reste, d'au moins 10 % en volume, étant constitué par des carbures cubiques dans lesquels la proportion en poids de titane est supérieure à 30 % des me- taux du carbure. 2. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en volume de la phase de liant est comprise entre 20 et 40 % et le rapport des teneurs de cobalt et de nickel est compris entre 2/1 et 1/2. 3. Cylindre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la phase de liant est alliée avec du chrome et/ou du molybdène, jusqu'à 15 % en volume de la phase de liant. 4. Cylindre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une partie du carbure de tungstène est remplacée par du carbure de molybdène, jusqu'à 50 % en volume. 5. Cylindre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie du carbure de tungstène est remplacée par du carbure de molybdène, jusqu'à 20 % en volume.