Brevet FR2625225A1 — publié le 19890630

La présente invention a pour objet un cylindre d'appui composite bimétallique de laminoir et vise plus particulièrement un cylindre d'appui pour cage quarto ou sexto d'un finisseur de train à bandes à chaud. Les cylindres d'appui généralement utilisés dans ces cages finisseuses sont traditionnellement réalisés par moulage ou par forgeage, et leur dureté, lorsqu'elle est mesurée selon le procédé Shore, est comprise entre 50 et 70 ShC. Les teneurs des différents éléments entrant dans la composition de la couche métallique externe en acier de ces cylindres sont comprises dans les limites suivantes: :C: Si: Mn: S: P: Cr: Ni: Mo: :0,5: 0,3: 0,7: 0: 0: 1,5: 0,5: 0,3: : 1: 0,7: 1,8: 0,015:0,015: 5: 2:0,5: Les pourcentages étant exprimés en poids. Afin d'obtenir des duretés élevées, les cylindres d'appui peuvent être réalisés en acier forgé avec trempe différentielle, ou en acier compound (bimétallique), ces deux techniques permettant d'obte- nir des épaisseurs utiles de travail pouvant atteindre mm au rayon. -Ces cylindres d'appui sont soumis- à des contraintes très importantes du fait des forces de laminage qui leur sont appliquées et qui peuvent de plus être fortement accrues en cas d'incidents de laminage. De plus, afin d'obtenir une bonne planéité des produits finis, les cylindres doivent posséder une très grande rigidité. Dans ce but le coeur des cylin- dres d'appui est toujours réalisé en acier et possède, par conséquent, un module d'Young très élevé. Malgré les efforts réalisés visant à l'amé- lioration constante de la résistance des cylindres d appui, et visant notamment à en augmenter la résis- tance à l'usure, on constate que les cylindres, et notamment ceux des dernières cages finisseuses (cages F5 à F7) continuent à s'user rapidement. Cette usure provoque la formation d'un creux dans la partie cen- trale du cylindre à un rythme pouvant atteindre 0,3 mm au rayon par 100 000 tonnes de produits. En conséquen- ce la réalisation de produits larges possédant d'ex- cellentes caractéristiques de planéi-té, ne peut être assurée qu'en début d'une campagne de laminage, c'est-à-dire dans la période pendant laquelle le creux central est encore faible. Cette obligation est particulièrement gênante car elle s'oppose à la tendance générale visant à permettre la programmation libre de l'utilisation des trains à bandes ("Schedule Free Rolling"). Dans une première tentative visant à résou- dre ce problème, il a été proposé d'utiliser des cylindres d'appui réalisés en fonte à haute -teneur en chrome. Ces premiers essais effectués sur plusieurs laminoirs se sont tous soldés par des échecs. En effet, malgré leur haute dureté comprise entre 70 et ShC et leur teneur élevée en carbures dures, l'usure de ce type de cylindre s'est révélée plus importante, pouvant atteindre parfois le double de celle des cylindres traditionnels. Ce phénomène d'usure excessive pourrait résulter du phénomène d'accélération que subit le finisseur après engagement de la bande dans la bobineuse provoquant ainsi un glissement excessif dû au changement de coefficient de frottement, ce dernier étant moins élevé en présence de carbures de chrome. De plus l'environnement des cylindres d'ap- pui, qui sont en permanence arrosés par l'eau de refroidissement du laminoir, est pollué par de nom- breuses particules abrasives provenant de l'usure des cylindres et de la calamine de la bande, et tend à provoquer un intense phénomène de corrosion. - L'examen des surfaces des cylindres d'appui en fonte à haute teneur en chrome fait apparaître, et notamment dans les dernières cages, un phénomène de bris des carbures. Cependant, on distingue nettement le fait que les carbures brisés sont entourés d'un liséré d'oxyde. Il est bien connu que la zone d'interface matrice/carbure est une zone privilégiée pour le phénomène d'oxydation, mais il a été démontré en laboratoire. en travaillant avec le meme matériau, que la corrosion par l'eau de refroidissement est susceptible, à elle seule, de provoquer le bris des carbures de chrome par une sorte d'effet de coin. Il a également été montré que l'amélioration de la résistance à l'usure des cylindres d'appui ne peut se faire par augmentation de la phase carbure. Néanmoins, le phénomène essentiel qui conditionne l'usure du cylindre d'appui semble bien être la corrosion par l'eau de refroidissement. La présente invention a donc pour but de proposer un cylindre dont là résistance à la corrosion soit augmentée-de façon importante, tout en conservant les autres propriétés des cylindres d'appui, à savoir notamment une très bonne résistance à la fatigue de roulement, et une très bonne rigidité résultant de la présence d'un coeur en acier. Dans ce but l'invention propose un cylindre d'appui composite bimétallique de laminoir, notamment pour cage quarto ou sexto d'un finisseur de train à bandes à chaud, caractérisé en ce qu'il comprend un métal d'enveloppe constitué d'un acier ayant une teneur en chrome comprise entre 13 et 17 Z, et une teneur en carbone comprise entre 0,5 et 0,8 Z en poids, le rapport chrome/carbone étant compris entre et 25. Grâce à cette composition, on réalise une enveloppe métallique en un acier en très haute teneur en chrome résistante à la corrosion et à la fatigue de roulement. La teneur en carbone est limitée à 0,8 Z afin d'éviter une phase carbure excessive. La teneur minimale en carbone égale à 0,5 7 permet d'obtenir, par trempe, une dureté suffisante égale à environ 70 ShC. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion le cylindre d'appui comprend un métal de coeur constitué en acier non allié à bas carbone ayant une teneur en carbone comprise entre 0,3 et 0,6 Z en poids. D'autres éléments sont ajoutés au métal d'enveloppe pour obtenir, par simple trempe à l'air, une dureté comprise entre 70 et 75 ShC. Selon l'invention l'acier constituant le métal d'enveloppe a une teneur en nickel comprise entre 1 et 2,5 Z en poids ce qui permet d'éviter la formation de ferrite en augmentant le domaine Y. Une des difficultés essentielles pour la réalisation d'un tel cylindre d'appui métallique consiste à obtenir une zone de liaison entre le métal d'enveloppe et le métal de coeur, qui ne comporte pas de mini-retassures du type de celles rencontrées habi- tuellement dans les cylindres d'appui- obtenus par coulée compound réalisée par voie statique. En effet, pour des valeurs de dureté compri- ses entre 70 et 75 ShC, et en raison du coefficient de dilatation plus faible du métal d'enveloppe par rap- port au métal de coeur, les tensions à l'intérieur d'un tel cylindre d'appui sont très élevées et la miniretassure, dont les bords sont-toujours en forme de pointe, sert de foyer à la progression d'un phéno- mène d'écaillage à développement concentrique causé essentiellement par la contrainte interne de traction radiale qui alterne avec la contrainte interne de compression radiale due aux forces de laminage. Afin de remédier à ces inconvénients, l'in- vention propose un cylindre d'appui caractérisé en ce qu'il est réalisé selon la technique de coulée par centrifugation d'axe vertical. l'exemple suivant peut être proposé pour la réalisation d'un cylindre d'appui pour train à bandes à chaud de 1335 mm de diamètre, et 1695 mm de lon- gueur: a) métal de l'envelopDe: C = 0,63; Si = 1,22; Mn = 0,67; S = 0,012; P = 0,018; Cr = 13,23; Ni = 0,72; Mo = 1,05; et V = 0,17 (Z en poids). b) métal du coeur: C = 0,52: Si = 0,63; Mn = 0,62; S = 0,019; P a 0,023; Cr = 0,22; et Ni = 0,53 (Z en poids). Après austénitisation à 950'C et trempe à l'air suivie de deux revenus à 510'C on obtient une dureté comprise entre 72 et 75 ShC. Un tel cylindre a été utilisé dans toutes les cages d'un finisseur et l'usure dans les cages F5 et F6 a été sensiblement réduite par rapport à la solution traditionnelle en acier compound d'une dureté comprise entre 60 et 65 ShC et une teneur en chrome égale à 1,8 X en poids. REVENDICATIONS 1. Cylindre d'appui composite bimétallique de laminoir, notamment pour cage quarto ou sexto d'un finisseur de train à bandes à chaud, caractérisé en ce qu'il comprend un métal d'enveloppe constitué d'un acier ayant une teneur en chrome comprise entre 13 et 17 Z en poids, et une teneur en 'carbone comprise entre 0,5 et 0,8 Z en poids, le rapport chrome/carbone étant compris entre 20 et 25. 2. Cylindre d'appui selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un métal de coeur constitué d'un acier non allié ayant une teneur en carbone comprise entre 0,3 et 0,6 Z en poids. 3. Cylindre d'appui selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'acier constituant le métal d'enveloppe a une teneur en nickel comprise entre 1 et 2,5 Z en poids. 4. Cylindre d'appui selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est réalisé selon la technique de coulée par centrifuga- tion d'axe vertical.