Brevet FR2601268A1 — publié le 19880115

La présente invention concerne les cylindres bimétalliques ou composites de-travail de laminoirs destinés à équiper notamment les cages finisseuses d'un train à bandes à chaud, ainsi que les cages quarto à tô05 les fortes. Les modes d'usure des cylindres de travail à chaud sont multiples, outre le mécanisme de banding bien connu, et qui a pour origine le bris et le déchaussement des carbures de la surface de travail. Le frotte10 ment de glissement métal-cylindre variable le long de l'arc de contact et les conditions de laminage peuvent conduire au cisaillement plastique superficiel qui se caractérise par un régime de travail en grippage continu. Les manifestations négatives de ce régime de grippage continu sont la formation à la surface du cylindre d'un relief en forme de chevrons et au delà, l'apparition d'un phénomène d'usure adhésive catastrophique: le collage. L'un et l'autre au même titre que 20 le banding sont dommageables pour le rendement d'un cylindre exprimé en tonnes par millimètre usé et pour le produit laminé caractérisé par des rebuts ou des dé classements. Le brevet français N 79 27 952 donne déjà 25 des solutions intéressantes qui se traduisent par un développement industriel important sur la plupart des laminoirs à chaud du monde, en améliorant considérablement la résistance au bris des carbures de la surface de travail et à la fatigue thermique, en'ajustant 30 la morphologie des carbures eutectiques M7 C3 par un choix judicieux de la teneur des éléments chrome et carbone et de leur rapport. Cependant, le carbure M7 C3 construit sur l'élément chrome donne une matrice riche en chrome qui 35 conduit à une faible cinétique d'oxydation, notamment quand la température de contact cylindre-bande diminue, ce qui est le cas dans les dernières cages finisseuses. Or, la calamine du matériau laminé a une capacité de déformation plastique insuffisante, notamment lorsque la température diminue pour assurer une couverture uniforme de la t5le dans l'emprise et les 05 contacts métal-cylindre peuvent se produire là o le métal est à nu. Si de son côté, le cylindre n'est pas à son tour recouvert d'une couche d'oxyde, le collage devient inévitable. On a également proposé de réaliser la cou10 che externe des cylindres de travail pour train à chaud en acier à haut chrome additionné de molybdène. Cepedant, ces cylindres comme les précédents tout en améliorant certaines propriétés de suface ne permettent pas de résoudre les problèmes liés à la présence d'une couche d'oxyde insuffisante, qui sont dus aux teneurs relativement élevées en chrome. Ainsi, lorsque la couche d'oxyde du cylindre est insuffisante, la conduction thermique devient importante et la température superficielle du cylindre 20 croit, ce qui a pour conséquence de diminuer sa limite élastique et d'accélérer le mécanisme de formation des chevrons par le cisaillement plastique superficiel. Le problème qui vise à résoudre l'invention est, par conséquent, de fournir des cylindres de lami25 nage destinés à équiper les cages finisseuses d'un train à bandes à chaud ayant des durées d'utilisation accrues en donnant un produit laminé de meilleure qualité. Les critères que devront remplir ces nou30 veaux cylindres sont les suivants: - la morphologie de la phase carbure doit être satisfaisante, c'est-à-dire présenter un degré de dissociation suffisante; - sa cinétique d'oxydation, notamment dans les conditions de laminage de la dernière cage, c'est-à-dire aux environs de 500 C doit être suffisante; - sa limite élastique à chaud doit être la plus Z601268 élevée possible pour résister au fluage superficiel. La présente invention a ainsi pour objet un cylindre de travail composite en acier, notamment pour cages finisseuses d'un train à bandes à chaud ou pour cages quarto à tôles fortes, dont la zone externe de travail est réalisée en un acier au chrome, molybdène, caractérisé en ce que l'acier au chrome molybdène de la zone externe de travail contient de 1,0 à 1,8 % en poids de carbone, de 5 à 8 % en poids 10 de chrome, de 3 à 8 % en poids de molybdène, la somme de la teneur en chrome et en molybdène de l'acier étant comprise entre 8 et 15 % en poids, le reste étant constitué de fer et d'éléments habituellement présents. Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en molybdène est comprise entre 5 et 8 % en poids. En variante, la zone externe de travail contient en outre de 1 à 2 % en poids de vanadium. La solution préconisée repose sur une approche originale qui consiste à associer le chrome et le molybdène comme éléments d'alliage susceptibles de former un eutectique à haut degré de dissociation, tout en ajustant la quantité de cette phase eutecti25 que par une teneur définie en carbone. La teneur en chrome, dans ce cas de figure, est limitée à 8 %, de façon à ce que la teneur en chrome de la matrice soit relativement faible et conduise à une bonne cinétique d'oxydation. Elle est aussi limitée pour éviter 30 la ferrite J. Elle est, cependant, au minimum de 5 %, le chrome devant intervenir dans la formation des carbures M7 C3 et M2 C et afin de conserver une résistance à l'oxydation minimum indispensable au traitement thermique. Le molybdène peut varier entre 3 % et 8 %. Sa teneur maximum étant limitée par des considérations économiques et métallurgiques, afin d'éviter notamment la formation de M6C relativement fragile. La somme Mo + Cr doit être comprise entre 8 et 15 %. Enfin, la teneur en carbone doit varier entre 1 et 1,8 %. Pour une teneur inférieure à 1 %, 05 la quantité de carbures eutectiques est insuffisante et la résistance à l'usure par abrasion s'en ressent. En outre, un carbone de moins de 1 % conduit à une quantité importante de phase J impossible à durcir. Le carbone doit, en outre, être inférieur à 1,8 %, afin d'éviter la formation de carbures massifs et insuffisamment dissociés, ce qui aurait pour conséquence de diminuer la résistance aux incrustations et à la fatigue thermique. Enfin, la dureté à chaud déjà très améliorée par la présence de molybdène dans la matrice peut encore être améliorée par l'addition de 1 à 2 % de V. Ceci n'a pas néanmoins de caractère indispensable et ne constitue en tout état de cause qu'une améliora20 tion. On a pu aussi constater qu'un cylindre réalisé suivant ces règles de composition présente une structure très favorable avec une teneur en carbures eutectiques dissociés de l'ordre de 10 %, c'est-à-di25 re proche de la structure des aciers à haut chrome utilisée pour les cylindres à chaud, pour lesquels le pourcentage de carbures varie entre 4 et 9 %. Sa dureté est encore de 540 HV après revenu à 580 C, alors que les meilleurs matériaux connus jusqu'à présent pour les cylindres de laminoirs finisseurs, en l'occurence la fonte au chrome a une dureté de 450 HV, après revenu à 580 C. Enfin, la cinétique-d'oxydabilité mesurée par simulation à 600 C en atmosphère saturée humide est deux fois plus rapide que celle de l'acier à haut chrome. A titre d'exemple, un cylindre de ce type ayant la composition suivante a été réalisé: C= 1,20; Si = 1,25; - Mn= 0,47; 05 Ni - 0,54; Cr =7,4; Mo 6,9; V =0,3. Cette composition est évidemment celle de O10 la table de travail ou zone externe du cylindre, dont le coeur peut être réalisé en fonte nodulaire ou en acier, par coulée centrifuge. Le traitement thermique peut être réalisé par traitement subcritique ou par traitement de réausténitisation. La dureté d'un tel cylindre dépasse 80 Shore C. REVENDICATIONS 1. Cylindre de travail composite en acier, notamment pour cages finisseuses d'un train à bandes à chaud ou pour cages quarto à tôles fortes dont la zone 05 externe de travail est réalisée en un acier au chrome, molybdène, caractérisé en ce que l'acier au chrome molybdène de la-zone externe de travail contient de 1,0O à 1,8 % en poids de carbone, de 5 à 8 % en poids de chrome, de 3 à 8 % en poids de molybdène, la somme de 10 la teneur en chrome et en molybdène de l'acier étant comprise entre 8 et 15 % en poids, le reste étant constitué de fer et d'éléments habituellement présents. 2. Cylindre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en molybdène est de 15 préférence de 5 à 8 % en poids. 3. Cylindre suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier de la zone externe de travail contient en outre de 1 à 2 % en poids de vanadium.