Brevet FR2582236A1 — publié le 19861128

i PROCEDE POUR LE LAMINAGE REGLABLE DE BARRES ET DE FILS EN ACIERS ALLIES. L'invention est relative à un procédé pour le laminage réglable de barres et de fils en aciers alliés, notamment en acier-austénitique, au moyen d'un laminoir constitué de plusieurs unités de laminage. Dans le cas d'aciers alliés, il s'agit généralement d'un produit difficilement laminable, en fonction de la composi- tion correspondante de]'acier, présentant partiellement une résistance élevée à la déformation et une tendance élevée à la formation de déchirures. I] espar exemple, connu que]e risque de formation de déchirures augmente avec une teneur croissante en titane, chrome et silicium, tandis que le nickel,]e manganèse et le carbone améliorent l'aptitude à]a déformation et réduisent ainsi Je risque de formation de déchirures. Etant donné que des teneurs assez élevées en chrome, titane et silicium provoquent]a formation d'une phase alpha fragi]i- sante à des températures supérieures à environ 1200 C, phase alpha dont la fraction dans]'ensemble croît brusque- ment à des températures supérieures à 1250 C, i] est néces- saire.e. faire appel à des techniques de chauffage particu- ]i-res, en vue de porter de tels aciers à la température de laminage nécessaire. En pratique, i] s'est avéré avan- tageux -de chauffer par étapes en maintenant pendant une durée prolongée de, par exemple, deux heures, une température d'environ 1200 C. Un tel chauffage à]a température de laminage est néanmoins]ié à des coûts élevés, si ce n'est à cause du temps de maintien prolongé à ladite température, étant donné que la capacité du four décroît avec]'augmen- tation du temps de séjour. Par ailleurs, l'allure de la courbe de variation de tem- pérature pendant le laminage et plus particulièrement la température finale jouent cependant aussi un rôle essentiel pour ce qui concerne l'état de surface et les propriétés mé- caniques du produit laminé. Une température finale réduite entraîne, par exemple, dans le cas d'aciers au chrome-nickel un durcissement accru ou une augmentation de la limite d'all]]ongement. Ce durcissement est dû au fait que]a re- cristallisation statique est plus oumoins réprimée à la suite de la déformation à chaud. C'est ainsi que]'on obtient, lors du laminage à chaud, une alternance continue de dur- cissements et de recristall]] isaitons et, de ce fait, un grain de structure différent selon]'allure de] a courbe de température du laminage à chaud; ce qui se manifeste par des propriétés différentes. Des températures finales inférieures exigent de plus des temps d'arrêts prolongés au laminage ou une vitesse de dé- fi]ement réduite et/ou des températures de recuit préalable moins élevées qui entraînent de nouveau une plasticité réduite du produit laminé. Un autre paramètre intervenant dans la recristall]]isa- tion entre]es diverses étapes de déformation est la varia- tion de forme. Une augmentation de la variation de forme entraîne une recristall]]isation amplifiée et, de ce fait, une augmentation de limite d'a]ongement. Des arrêts pro- longés entre les diverses étapes de déformation ou des vitesses de défilement moindres,au vu-d'une température finale de laminage inférieure, entraînent toutefois des coûts plus importants et ne fournissent pas de résultat satisfaisant, étant donné que]a température du produit laminé ne peut être réglée que de manière très peu pré- cise. I] faut ajouter que les propriétés mécaniques ne sont pas uniformes sur la section à cause de la différence de température entre la surface du produit laminé et son noyau. Le but de l'invention vise à éviter les difficultés sus- mentionnnées et notamment à fournir un procédé pour le]a- minage réglable qui permet de régler la température du pro- duit à laminer pendant le laminage à chaud, de manière ponctuelle et optimale, non seulement pour obtenir de cette façon un bon état de surface du produit laminé, mais aussi pour régler une structure de produit laminé qui n'exi- ge, de préférence, ni un traitement thermique dans]a cha- leur de laminage, ni un recuit de normalisation ou d'homogé- néisation pour obtenir les propriétés mécaniques recherchées, plus particulièrement une résistance élevée et une dureté suffisante. Selon la présente invention,]e but est atteint par un procédé du type susmentionné qui consiste en ce qu'on règle la température du produit à laminer en aval de chaque unité de laminage à une valeur prédéterminée par refroidissement forcé et/ou par chauffage forcé. L'utilisation d'unités de laminage présente alors l'avantage qui consiste en une perte en température moindre par rapport au degré de déformation et en un durcissement relativement élevé à cause de la suc- cession rapide des diverses étapes de déformation. Etant donné que cellesci sont cependant déterminées une fois pour toutes par les caractéristiques de]'unité correspon- dante, le refroidissement et/ou].e chauffage se]on-]'inven- tion, en aval de chaque unité, éventuellement en combinaison avec une distance de compensation, permettent de régler la température du produit laminé en considérant les conditions optimales de déformation et de recristall]]isation. Une dis- tance de compensation permet alors de réduire la différence de température entre la surface du produit à laminer et le noyau de celui-ci, au vu d'une structure homogène. Etant donné qu'on ne peut toutefois pas obtenir une uniformisation complète de la température entre la surface et le noyau au moyen d'une distance de compensation, puis- que]a perte calorifique est toujours plus élevée à la sur- face que]a quantité de chaleur apportée par le noyau du produit à laminer, un chauffage forcé dans le domaine de la distance de compensation permet de réellement équilibrer la température entre la zone de surface et la zone centrale; ceci est de préférence effectué à]'aide d'éléments chauf- fants à haute fréquence qui permettent d'obtenir un chauf- fage précis de]a surface du produit laminé tout en pré- sentant une faible dilatation dans le sens du produit laminé. Par aill]]eurs, on peut cependant aussi obtenir, au moyen du refroidissement et/ou du chauffage à la suite de chaque étape de déformation, un produit laminé dont]a struc- ture à proximité de la surface se distingue nettement de celle du noyau. Le rendement du laminage qui est calcu]é en pour cent Aw se]on la formule 100 - A 100 dans]aquelle Av représente ]a section écrasée par les cylindres et Aw représente]a section qui apparaît à d'autres endroits, entre les mêmes cylindres, est de préférence d'au moins 75 %, étant donné que]a température du produit laminé augmente avec]a dé- croissance du laminage. Au vu de variations de température du produit laminé les plus faibles possibles, il est con- seill]]é d'utiliser des rendements de laminage plus élevés qui peuvent notamment être obtenus au moyen d'unités de la- minage à trois calibres. Indépendamment de l'agencement des cylindres de laminages, ]e refroidissement et/ou le chauffage forcé(s) selon P'inven- tion permet cependant de régler la température du produit laminé à la suite de chaque étape de déformation, en fonction, par exemple, de la réduction de section, de la vitesse de laminage, du type de calibre correspondant et de l'analyse du produit laminé, à une valeur optimale pour l'étape de déformation suivante et en vue des caractéristiques du produit laminé. On peut également compenser plus particu]ière- ment des différences de température sur la longueur du pro- duit laminé. Dans]e cadre du procédé selon]'invention, on peut également porter]e produit à laminer à une température pré- déterminée immédiatement avant]'introduction dans une unité primaire, c'est-à-dire dans une première étape de déformation. Ceci procure l'avantage d'une simplification et d'un raccourcissement notables du chauffage dans le four et est particulièrement avantageux, lorsqu'on déca]a- mine le produit à laminer à 'aide d'eau sous pression avant]e début de la déformation. Un tel déca]aminage en- traîne en effet des différences de température entre]a surface du produit à laminer et le noyau de celui-ci, de 'ordre de quelques centaines de dégrés et, de ce fait, le risque de formation de déchirures. Un raI]age de la tem- pérature du produit à laminer en amont de l'unité primaire élimine de telles différences de température et simplifie le chauffage du produit à laminer, étant donné que le régla- ge fin de la température du produit à laminer est effectué, de cette manière, immédiatement au début de la déformation. De cette manière, on peut abaisser, dans un cas parti- culier, une température de produit à- laminer à la sortie du four de,par exemple, 1000 à 1200 C jusque de 800 à 1000 C, étant donné que le refroidissement et/ou le chauffage for- cé(s) selon l'invention permet de travailler pendant le la- minage, de manière proche aux limites de température admis- sibles, au vu des caractéristiques du matériau et delaptitude au déformage de celui-ci. Ceci entraîne une économie d'éner- gie importante au cours du procédé de laminage global. Un laminage aux températures les plus basses possibles est éga- lement avantageux pour la raison que les pertes calorifiques sont, de ce fait, notablement abaissée, lors du laminage; ce qui peut entraîner une réduction supplémentaire de pertes ca- lorifiques de l'ordre de 30 à 40 %. L'économie d'énergie grâce à une température de chauffage moins élevée en amont de la première unité de laminage et grâce à des pertes calo- rifiques de ce fait réduites lors du laminage est notablement plus élevée que l'énergie à fournir pour le chauffage forcé selon l'invention, entre les unités de laminage, et le tra- vail d'entraînement légèrement plus important dûi à l]a ré- sistance à la déformation plus élevée du produit à laminer qui est plus froid. En vue de limiter l'augmentation de température dans l'unité de laminage, il y a lieu de limiter vers le haut le nombre de cages par unité de laminage, en tenant compte de la résistance à la modification de forme du produit à laminer, de la vitesse de laminage et du gradient de tem- pérature entre la surface et. le noyau. Il est,par exemple, de huit ou seulement de six. On augmente ainsi le nombre des unités de laminage, si le nom- bre global de cages est constant; ceci est néanmoins lié à l'avantage d'une augmentation de la température moins impor- tante par unité et à J'avantage d'un refroidissement forcé moins poussé entre les unités. L'invention est décrite plus en détail ci-après, à l'appui des graphiques repris dans les figures dans]es- quel]]es: - la figure 1 est un graphique d'un laminoir c]assi- que comportant plusieurs unités, sans refroidissement ni de chauffage forcé, - la figure 2 est un graphique d'un laminoir destiné à ]a mise en oeuvre du procédé selon]'in- vention, comportant des trajets de re- froidissement entre les unités; - la figure 3 est un graphique d'un laminoir compor- tant entre les unités, des trajets de refroidissement et des trajets de chauf- fage qui les suivent, et - la figure 4 est un graphique d'un laminoir compor- tant un nombre d'unités plus élevé pour un même nombre de cages, par rapport aux laminoirs des figures 2 et 3. Le graphique de la figure 1 se rapporte à un laminoir comportant une unité primaire 1 constituée de six cages, une unité intermédiaire 2 d'onze cages et une unité de finition 3 de dix cages, i] montre comment évoluent la température du noyau, la température moyenne et la température à la surface du produit laminé, à]'aide des trois courbes représentées, si aucun refroidissement forcé et chauffage forcé ne sont prévus entre les unités 1, 2 et 3. Dans ce cas, la tempéra- ture à la surface est d'abord située au-dessus de la tempé- rature du noyau, immédiatement après l'étirage du produit à laminer. Déjà avant l'introduction dans l'unité primaire,]a température à la surface tombe en dessous de la température du noyau. Dans l'unité primaire 1, la température du noyau, la température moyenne et surtout la température à la surface décroissent à cause de]a vitesse de laminage peu élevée et à cause du refroidissement par eau. A la suite de l'unité pri- maire 1, on constate une augmentation de la température à l].a surface et simultanément une diminution de la température du noyau, à cause de la chaleur fournie par le noyau du produit]aminé. Dans l'unité intermédiaire 2, les trois températures caractéristiques augmentent par contre à cause de]a vitesse de laminage élevée, malgré]e refroidissement par eau, ce phénomène est suivi par une certaine compensa- tion de la température à]a surface et de la température du noyau, jusqu'à ce que, dans].a cage finale 3 les trois tem- pératures augmentent de nouveau fortement. La température à ]a surface reste cependant, pendant toute la durée du lami- nage, inférieure à la température du noyau. On obtient globalement dans le cas du laminage classique selon la figure 1, une bande de température large caractéri- sée par les courbes limites 4 et 5, dont la largeur est dé- terminée par les valeurs limites de]a température à].a sur- face et de]a température du noyau et dont la température de surface la plus basse est encore notablement plus basse que représentée, dans les différentes unités. La température de surface peut ainsi tomber, dans un cas particulier, jusqu' à environ 700 C, à cause du contact immédiat de l.a surface du produit à laminer avec les cylindres refroidis à 'eau. Le graphique de].a figure 2 se rapporte à un laminoir correspondant à celui de la figure 1, qui comporte néanmoins chaque fois entre deux unités, un trajet de refroidissement 6, 7 et dans]eque] la température à l'étirage du produit à laminer est d'environ 150 C inférieure à cell]]e qui est utilisée dans le mode opératoire de].a figure 1. De]a tem- pérature d'étirage inférieure et de]a résistance au défor- mage du produit à laminer de ce fait plus élevée, résultent une augmentation de la température moyenne du produit laminé dans]'unité primaire 1 et, partant, un abaissement moindre de la température de surface qui n'est que légèrement inférieure à].a température d'étirage, lorsque le produit quitte l'unité primaire, et qui monte environ jusqu'à la température d'étirage par suite de la chaleur fournie par le noyau, jusqu'à l'entrée dans le trajet de refroidissement 6. Dans celui-ci, la température de surface tombe rapidement à une valeur très basse, pour de nouveau s'approcher de]a température de noyau au cours du passage dans le trajet de compensation 8 qui suit. Cette augmentation de température se poursuit dans]'unité intermédiaire 2 de telle sorte que]a température de surface et la température du noyau soient de nouveau proches 'une de]'autre, à la sortie de] unité intermédiaire 2 ou à]'entrée du produit laminé dans]e trajet de refroidissement 7 à un niveau de température notablement plus élevé que la température d'étirage. Dans Je trajet de refroidissement 7, on abaisse de nou- veau]a température de surface sensiblement plus fort que la température du noyau, ledit trajet de refroidissement étant de nouveau suivi par un trajet de compensation 9 dans lequel s'effectue une compensation entre]a température du noyau et la température de surface qui sont finalement de nouveau situées à proximité]'une de]'autre, à un niveau de température élevé, à la sortie de]'unité de fini- tion. Dans ce cas, la bande de température déterminée par les valeurs limites dans les unités de laminage ne se distingue pas sensiblement de celle de la figure 1, malgré ]e refroidissement poussé de la surface du produit à laminer dans les deux trajets de refroidissement 6, 7. Une bande de température notablement plus étroite est par contre obtenue dans le cas de la figure 3, si] 'on monte en amont de]'unité intermédiaire 2 et de]'unité de finition 3, respectivement, un dispositif de chauffage 10, 11. De cette manière, on peut approcher sensiblement la température de surface du produit laminé, à]'entrée de ]'unité intermédiaire 2 et de] 'unité de finition 3, à la température du noyau. Dans les deux unités 2 3 la tempéra- ture du produit augmente de nouveau; I 'augmentation de la température de surface étant cependant inférieure à]'aug- mentation de la température du noyau, à cause du refroidis- sement des cylindres. Un rétrécissement supplémentaire de la bande de tempé- ratures est obtenu lorsque le nombre total de cages de toutes les unités 1, 2, 3 est réparti sur un plus grand nombre d'unités comme dans le cas du graphique de la figure 4. De cette manière, Je laminoir comporte, conformément à la figure 4, deux unités intermédiaires 12, 13 et deux unités de finition 14, 15, équipées chacune d'un trajet de refroidissement et d'un trajet de chauffage 16, 17, disposés entre les deux unités intermédiaires 12, 13, ainsi que d'un trajet de refroidissement et de chauffage 18, 19 disposés entre les deux unités de finition 14; 15. L'all]]ure de la courbe montre comment on peut obtenir une compensation substantielle de la température de défor- mation, par un chauffage à]'entrée de chaque unité, à l'exception de l'unité primaire 1. On obtient ainsi éga]e- ment, pour chaque étape de déformation essentiell]]ement une plasticité identique et les mêmes conditions de recristall]]i- sation. Par ailleurs, on peut aussi régler, pour chaque unité, des conditions de déformation particulières au moyen de la température de produit à laminer, sans influencer pour autant la température finale. Dans cette mesure, les diverses unités sont indépendantes]'une de l'autre dans le procédé de]'invention, pour ce qui concerne la température du pro- duit à laminer. Dans le cas particulier, à condition que la température d'étirage et]a température finale sont identi- ques, on peut obtenir une allure de la courbe de température, comprise entre les limites de]la bande de température du]ami- nage classique non réglé, en fonction de la composition du produit à laminer et des caractéristiques de matériau recher- chées. Les températures de surface et du noyau peuvent alors être proches] 'une de J'autre ou suivre des courbes largement distantes]'une de l'autre. Dans l'unité de finition 3, on obtient aussi une éga]i- sation de la température de surface et de la température du noyau, comme on peut le voir à partir de]'allure des cour- bes du graphique de la figure 2, sans chauffage à]'entrée, étant donné que des températures d'entrée plus basses à]a surface du produit augmentent la résistance à la déformation et entraînent de ce fait un accroissement plus important de la température de surface du produit à laminer, lors du laminage final, notamment dans le cas de]'uti]isation de vitesses de laminage élevées. Dans le cas d'un produit à laminer présentant une température de surface plus élevée, la résistance à la dé- formation est par contre moins élevée à la surface du pro- duit à laminer et, de ce fait, l'augmentation de la tempé- rature est aussi moins importante dans]'unité de finition, comme on peut le voir à partir de l'allure des courbes des figures 3 et 4. Une égalisation supplémentaire de la courbe de tempé- rature peut être obtenue, si l'on effectue le laminage à aide d'unités à trois calibres qui se caractérisent par une différence de température particulièrement peu élevée entre 'entrée et la sortie, contrairement aux unités à deux calibres. La raison en est que les unités à deux ca- libres présentent un plus grand écartement des calibres et que 'ouverture du calibre provoque une surface comprimée plus importante entre les cylindres et le produit à laminer, Suite à la surface de contact plus importante produit à]a- miner/cy]indres, on obtient obligatoirement des pertes ca]o- rifiques plus importantes. En résumé, le procédé de]'invention permet de régler la température du produit à laminer de manière optimale, en con- sidérant la composition du produit, pour chaque unité. Ceci permet d'éliminer des différences de température entre la surface du produit et le noyau de celui-ci ou bien de régler ces différences volatairement et d'améliorer la qua- ]ité de l'état de surface du produit à laminer. On peut ainsi, par exemple, refroidir la surface du produit à laminer jusqu'en dessous de la température de recristall]]isation de telle sorte que]a zone de surface du produit à laminer est déformée de manière thermomécanique, c'est-à- dire en dessous de la température de recristall]]isation, et le noyau du pro- duit à laminer est, par contre, déformé au-dessus de la tem- pérature de recrista]]isation. Les conditions peuvent être inversées, si l'on chauffe le produit à laminer à sa surface, après refroidissementpjusqu'en dessous de]a température de recristall]]isation. En généra],]'invention permet un laminage à une température essentiel]] ement uniforme sur la section du produit à laminer, mais aussi à un rapport de température déterminé entre.]a zone de surface et Je noyau. De plus, selon Je procédé de]'invention, on peut essen- tiell]]ement empêcher Je ca]aminage pendant le laminage et malgré tout maintenir la résistance à la déformation, la plus basse possible. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le laminage réglable de barres et de fils en aciers alliés, notamment d'aciers austéni- tiques, dans un laminoir constitué par plusieurs unités de laminage, caractérisé en ce qu'on règle ]a température du produit à laminer en aval de chaque unité de laminage à une valeur prédéterminée par refroidissement forcé et/ou par chauffage forcé. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on fait suivre une compensation au refroidissement forcé et/ou au chauffage forcé. 3. Procédé selon]a revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on déforme]e produit à]aminer avec un rendement de laminage d'au moins 75 %. 4. Procédé selon]'une ou plusieurs des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on règle une valeur prédétermi- née de la température du produit à laminer, immédiate- ment avant]'entrée dans une unité primaire.