Brevet FR2646112A1 — publié le 19901026

PROCEDE DE FABRICATION DE TUBES SANS SOUDURE. L'invention se rapporte à un procédé pour fabriquer des tubes sans soudure à partir d'un lingot creux introduit dans un laminoir continu à tube Dans l'état de la technique, la transformation d'un lingot creux en une ébauche de laminage continu dans les laminoirs continus à tubes s'effectue en six à huit cages de laminoir dont les cannelures forment une série de cannelures qui est prévue pour un diamètre de sortie d'ébauche constant prédéterminé (cannelure nominale). Toutes les séries de cannelures sont en principe configurées de manière qu'il se produise une réduction du périmètre par pas successifs de la première à la dernière cannelure, avec réduction concomitante de l'épaisseur de paroi.. Le calcul d'une série de cannelures prend toujours pour base l'épaisseur minimale de paroi d'ébauche qui correspond à la cannelure nominale. Avec la détermination préalable d'un étirage limite correspondant, cet étirage limite étant le rapport de la section du lingot creux à la section de l'ébauche, on peut déterminer le diamètre de lingot creux, qui est constant pour cette série de cannelures, et l'épaisseur de paroi minimale de lingot creux qui est nécessaire pour obtenir l'épaisseur de paroi minimale de l'ébauche. Dans l'état de la technique, il est habituel depuis une époque récente d'adopter des séries de cannelures possédant des étirages limites compris entre 3,2 et 5,5. Pour le calcul du diamètre du lingot creux, on doit tenir compte des valeurs de jeu de départ et d'arrivée qui sont déterminées par les caractéristiques du procédé. Le jeu de départ CH est la différence entre le diamètre intérieur du bloc creux et le diamètre du mandrin de laminage. La valeur du jeu de départ se calcule d'après deux critères différents. C'est ainsi que, d'un c8té, le jeu de départ doit &tre choisi suffisamment grand pour qu'il subsiste à la fin du processus de déformation un jeu d'arrivée de la valeur nécessaire pour éviter que l'ébauche ne se serre sur le mandrin de laminage, et pour garantir qu'il sera possible d'extraire le mandrin de l'ébauche. D'un autre côté, la valeur du jeu d'entrée est fixée par la nécessité d'introduire et de positionner le mandrin de laminage dans le lingot creux avant le début du laminage. Il ne faut pas que la couche de lubrifiant déposée sur le mandrin soit détériorée dans cette opération ni qu'il se produise de contacts locaux à grande pression entre le mandrin et la surface interne du lingot creux avant le début du processus de laminage, parce que la chaleur se transmettrait alors de la paroi du lingot creux au mandrin. En effet, en particulier dans le cas de lingot creux de grande longueur, on ne peut pas toujours être certain en pratique que le lingot sera suffisamment droit de sorte que, pour les raisons citées, on cherche à maintenir un jeu de départ CH aussi grand que possible. Il est connu d'adopter pour le jeu de départ des valeurs comprises entre 6,0 et 16,0 mm. Toutefois, un grand jeu de départ présente l'inconvénient considérable consistant en ce que le grand étirage que l'on doit chercher à réaliser pour des raisons technologiques est considérablement limité dans la -25 première cannelure par un profil de cannelure qui est nécessairement largement ouvert. Il est connu de l'homme de l'art que les conditions de déformation les plus avantageuses sont obtenues dans les deux premières cannelures du laminoir. Dans ces cannelures, dans le cas d'une paroi de départ relativement épaisse, il est possible d'obtenir des réductions d'épaisseur de paroi de plus de 50 Z%, avec une résistance à la déformation relativement basse. La vitesse de déformation est encore faible dans la première cannelure, et de même la vitesse relative entre le mandrin et le produit laminé est elle aussi relativement faible. Dans la deuxième cannelure, on peut atteindre, par exemple, un étirage de l'ordre de grandeur de 1,6. En prenant pour bases ces problèmes et les inconvénients que l'on observe dans l'état de la technique, l'invention se donne pour but de créer un procédé, et un dispositif pour sa mise en oeuvre, avec lesquels il soit possible d'accroître l'étirage dans la première cannelure du laminoir, soit pour augmenter l'étirage limite total, soit pour soulager la cannelure centrale du laminoir. Par ailleurs, le but de l'invention est aussi de maintenir dans les limites admissibles les valeurs du jeu de départ qui sont nécessitées par les caractéristiques du procédé, même avec un accroissement de l'étirage. Pour résoudre ce problème, on propose selon l'invention que le lingot creux soit prédéformé immédiatement avant l'entrée dans la première cage du laminoir continu à tubes, sans réduction de son épaisseur de paroi, de telle manière que le jeu entre le mandrin de laminage et la surface interne du lingot creux soit plus grand dans la région du fond de la cannelure des cylindres de la première cage que dans la région des flancs de la cannelure. Avec cette proposition, on crée pour l'introduction du lingot creux dans la première cannelure du laminoir continu à tubes, les mêmes conditions que celles qu'on obtient dans les cages suivantes des laminoirs continus à tubes traditionnels en raison du tracé des cannelures de ces laminoirs. Ceci apporte l'important avantage de permettre d'accroître l'étirage dans la première cannelure, ce qui permet de réduire le nombre total des cages du laminoir. Ce but peut être atteint par l'invention lorsque le lingot creux est déformé de la facon proposée - par exemple en ovale. Selon une autre caractéristique avantageuse du principe de l'invention, il est proposé que le degré de déformation soit choisi de manière que la surface interne du lingot creux s'appuie contre le mandrin de laminage dans la région des flancs de laminage de la première cage. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu que, dans le cas de grandes valeurs du jeu du 2646 1 12 départ, l'invention est élargie du fait qu'il s'établit une réduction de périmètre simultanément avec la déformation du lingot creux. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé par un dispositif agencé immédiatement en amont de la première cage du laminoir continu, et qui sert à déformer le lingot creux dans au moins un plan médian longitudinal qui est décalé (de 90 dans le cas de cannelures à deux cylindres) par rapport au plan médian longitudinal ou aux plans médians longitudinaux du lingot creux qui passe(nt) par le fond de la cannelure des cylindres de la première cage du laminoir continu à tubes. On obtient alors un mode de construction léger et économique lorsqu'on ne fait qu'ovaliser avec des cylindres étroits peu cannelures. Si le laminoir continu à tubes est muni d'un profil de cannelure à trois cylindres, le dispositif de déformation du lingot creux est lui aussi équipé de trois cylindres. Dans tous les cas, il est recommandé de placer le dispositif de déformation du lingot creux aussi près que possible de la première cage du laminoir de telle manière que le lingot creux ne soit ovalisé que juste avant le début du laminage et que les avantages d'un grand jeu de départ restent conservés. Etant donné que le dispositif est constitué par un appareil d'entraînement, il faut adapter la vitesse du dispositif aux conditions de laminage et, étant donné qu'il ne se produit pas de diminution de l'épaisseur de paroi, le besoin de force ou de puissance du dispositif est avantageusement réduit en conséquence. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit dans la suite en regard des figures des dessins. Par ailleurs, on a indiqué, à l'aide de quelques représentations de cannelures, la relation entre le jeu de départ et l'étirage possible. Sur ces dessins, la figure i représente la forme de cannelure supposée d'un cylindre de laminoir continu; Les figures 2 et 3 représentent les situations qui se présentent avec un jeu de départ différent dans la première cage d'une série de cannelures; La figure 4 montre la simple ovalisation d'un lingot creux avec des cylindres d'entratnement profilés étroits; La figure 5 montre l'ovalisation du même lingot creux, avec réduction simultanée du périmètre obtenue avec des cylindres d'entraînement plus larges, et cannelés en conséquence; et la figure 6 représente la construction possible d'une cannelure pour la première cannelure dans le cas de l'utilisation d'un lingot creux ovalisé conformément à la figure 5. Dans le cas normal, le profil d'une cannelure de laminage continu taillée dans les cylindres est formé d'arcs de cercle possédant différents rayons, qui ont une tangente commune à leurs points de contact du profil. La figure 1 montre une forme de cannelure supposée; RI est le rayon au fond de la cannelure eta 1 l'angle au fond de la cannelure. Dans cette représentation, R3 est le rayon sur flancs. En regard de la figure 1, on peut aussi expliciter la notion de rapport d'ouverture = a/b. b est la distance du milieu du cylindre au fond de la cannelure, a est la distance du milieu du cylindre au flanc de la cannelure, et, pour la détermination de a, on suppose que le rayon sur flanc du profil de la cannelure est prolongé jusqu'à l'axe du milieu du cylindre. Il ressort de cette représentation que la grandeur de l'ouverture de la cannelure peut sensiblement être réglée à R2 mais sensiblement par les valeurs de l'angle 1. C'est-à-dire que le rapport d'ouverture diminue lorsque "1 croit. Il est connu que les axes des cages successives sont toujours décalés les uns par rapport aux autres. Sous cet effet, le segment de l'ébauche qui est laminé au niveau des flancs de la cannelure passe dans le fond de la cannelure du cylindre suivant. Pour les rapports d'ouverture des cannelures successives, on doit respecter la condition consistant en ce que l'on doit toujours être égal ou supérieur à b n-1. Pour les sections de sortie qui sont plus ou moins ovalisées dans les cannelures, cette condition peut facilement être respectée. Toutefois, elle doit aussi être respectée pour l'entrée du lingot creux rond dans la première cannelure de cylindre. Pour qu'il ne se produise pas de détérioration de la surface du lingot creux dans l'opération d'entrée il faut donc théoriquement que ai soit au moins égal à dH/2. Sur les figures 2 et 3, on a voulu représenter les conditions qui existent dans le cas d'un jeu de départ différent dans la première cage d'une série de cannelures. La représentation montre pour les figures 2 et 3, sur le côté gauche de la figure, la section du lingot creux entrant et le jeu de départ imposé et, sur le c8té droit, la fente de laminage qui existe entre le profil de la cannelure et la surface du mandrin. A la différence de la représentation générale selon la figure 1, le centre d'ou part le rayon RI ne coincide pas avec le milieu du cylindre mais, au contraire, il est décalé de Ex. Ceci est nécessaire pour atteindre le grand rapport d'ouverture nécessaire dans une première cannelure. De cette façon, l'épaisseur de paroi SG n'est pas constante sur tout l'angle de fond de cannelure c (. Sur les figures 2 et 3, les rayons et angles ont été choisis de manière à remplir la condition al>dH/2. Sur la figure 3, en adoptant un dH/2 plus petit, l'angle du fond de cannelureW1 a pu être agrandi et le rapport d'ouverture ai et bl a pu être réduit. Dans les représentations, on a indiqué à côté de l'épaisseur de paroi au fond de cannelure, SG, une épaisseur de paroi sur flanc, SF, qui est associée à un point de séparation du mandrin PA et à un angle de séparation. Pour simplifier, on suppose ici que SF reste constant à partir du point de séparation AP et suit le profil de la cannelure. Avec l'angle t A, la cannelure est divisée en une région de déformation forcée et une région de déformation libre. Pour simplifier, on pourrait admettre que SF correspond à l'épaisseur de paroi de départ SH. Cette supposition n'est pas admissible parce que la réduction d'épaisseur de paroi forcée et l'étirage de matière qui en résulte provoquent encore une réduction de l'épaisseur de paroi dans la zone de déformation libre. Les fonctions compliquées qui déterminent le point de séparation AP et SF ne peuvent pas être représentées ici. Etant donné que la grandeur de l'angle au fond de cannelure i1 joue un r8le important pour la modification de SF, la grandeur SF est représentée sur les figures 2 et 3 avec une valeur correspondant à la tendance. L'étirage d'une cannelure résulte toujours du rapport de la section de départ à la section de sortie. Avec les surfaces de section AO et Al qui sont représentées, on voit que, sur la figure 3, avec un petit jeu de départ, on obtient, une épaisseur de paroi plus uniforme et un étirage légèrement plus important. L'étirage obtenu ne correspond malheureusement pas à la présente capacité de déformation disponible de la première cannelure de laminoir continu. Selon l'invention, il est prévu d'ovaliser le lingot creux entrant en comprimant son diamètre entre deux cylindres légèrement profilés pour le réduire de la valeur du jeu de départ existant. Ces rapports sont représentés sur la figure 4. Pour le dispositif nécessaire pour obtenir ce résultat, on peut envisager un appareil d'entraînement dont les cylindres peuvent être rapprochés l'un de l'autre. IL est important de placer le dispositif aussi près que possible de la première cage de laminoir, de manière que le lingot creux ne soit ovalisé que juste avant le début du laminage pour bénéficier d'un grand jeu de départ. Si l'on désire de grandes valeurs de jeu de départ, le dispositif peut aussi être réalisé avec une cannelure de cylindre qui détermine, outre l'ovalisation, également une certaine réduction donnée du périmètre, auquel cas le dispositif doit être d'une construction d'autant plus lourde. Sur la figure 5, on a représenté des rapports de ce type. La figure 6 représente la construction possible de la cannelure, que l'on obtient en utilisant un lingot creux ovalisé selon la figure 5. Avec l'ovalisation du lingot creux, on obtient les mêmes conditions de départpour la première cannelure que pour les autres cannelures. L'accroissement de l'étirage ressort clairement du rapport des surfaces. REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire des tubes sans soudure à partir d'un lingot creux introduit dans un laminoir continu à tubes, caractérisé en ce que, immédiatement avant son introduction dans la première cage du laminoir continu à tubes, le lingot creux est déformé sans réduction de l'épaisseur de paroi, de manière que le jeu entre le mandrin et la surface interne du lingot creux soit plus grand dans la région du fond de cannelure des cylindres de la première cage que dans la région des flancs de laminage. 2. Procédé pour produire des tubes sans soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les outils de déformation sont réglés en écartement de telle manière que la surface interne du lingot creux soit en contact avec le mandrin dans la région des flancs de cylindre de la première cage. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les outils de déformation sont cannelés de manière qu'il se produise en même temps une réduction de périmètre. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par un dispositif placé immédiatement en amont de la première cage du laminoir continu, et servant à déformer le lingot creux dans au moins un plan médian longitudinal qui est décalé par rapport au plan médian longitudinal ou aux plans médians longitudinaux du lingot creux qui passe(nt) par le fond de cannelure des cylindres de la première cage du laminoir continu à tubes. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif servant à déformer le lingot creux est composé d'une cage à deux cylindres dans laquelle les cylindres sont réglables en écartement. 6. Dispositif selon la revendication 4, placé en amont d'un laminoir continu à tubes équipé de cannelures à trois cylindres, caractérisé en ce que le dispositif servant à déformer le lingot creux est composé de trois cylindres.