Brevet FR2779672A1 — publié le 19991217

Procédé de fabrication de profilés métalliques de section polygonale par coulée continue sur roue à gorge et laminage continu Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé de fabrication de profilés métalliques, en particulier en alliages d'aluminium, laminés en continu par une série de paires de galets à partir d'une ébauche obtenue par coulée continue dans une roue à gorge, éventuellement suivi d'une ou plusieurs étapes d'étirage ou de tréfilage et de recuit. Etat de la technique On fabrique depuis de nombreuses années du fil machine en alliages non-ferreux, notamment en alliages d'aluminium, à partir d'une ébauche coulée en continu dans la gorge d'une roue que l'on fait tourner, la gorge étant obturée par un ruban entraîné par la roue. On connaît des systèmes de coulée à 2 roues avec une petite roue d'appui, des systèmes à 3 roues, comme la coulée Properzi décrite dans le brevet GB 1143264, des systèmes à 4 roues comme la coulée 4R de Pechiney décrite dans FR 1178580, et des systèmes à 5 roues comme celui décrit dans US 3416596. L'ébauche, de section généralement triangulaire ou trapézoïdale, est ensuite laminée en continu à travers une série de cages successives formées de deux galets, et alternativement horizontales et verticales, pour obtenir un fil de section circulaire, qui peut être utilisé tel quel ou transformé par tréfilage. Dans le cas des alliages d'aluminium, le procédé est largement utilisé pour des alliages peu chargés, destinés notamment à des conducteurs électriques. Moyennant certaines adaptations, décrites par exemple dans les brevets FR 2234936 (Secim et Aluminium Pechiney), FR 2304414 (Secim) et FR 2359613 (Aluminium Pechiney), il a été possible de couler et laminer en évitant de provoquer des porosités des alliages plus chargés à intervalle de solidification plus élevé, tels que les alliages des séries 2000, 5000 et 7000 selon les désignations de l'Aluminum Association, utilisables pour des applications mécaniques. A la connaissance de la demanderesse, aucune des machines de couléelaminage continus existantes n'a jamais fabriqué de produits à section non circulaire. Certes, il est normal d'utiliser du fil machine rond lorsque le produit final tréfilé est lui-même un fil rond, ce qui est le cas par exemple pour les conducteurs électriques ou le fil pour grillage. Il existe par contre, notamment dans les applications mécaniques, des produits tréfilés de section non circulaire, par exemple rectangulaire, triangulaire, polygonale ou en forme de té, pour lesquels il serait plus économique de partir d'un fil machine de forme voisine, ce qui limiterait les passes de tréfilage, voire de sortir de la machine de coulée-laminage aux cotes finales sans tréfilage ultérieur. L'une des raisons pouvant expliquer l'absence sur le marché de fil machine à section non circulaire tient à la difficulté de contrôler la géométrie du profil au laminage. Pour une section circulaire en effet, le produit sortant de la dernière cage de laminage ne repose sur la gorge des galets que par une génératrice, et son décollement en sortie ne pose pas de problème. Il n'en va pas de même pour des produits dont la section comporte une partie plane, par exemple une section rectangulaire, triangulaire ou en forme de té. Ils reposent sur la gorge des galets de la dernière cage par une bande plus ou moins large, dont le décollement irrégulier entraîne des distorsions dans la géométrie du produit laminé. O20 Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de permettre un contrôle précis de la géométrie de la section du produit laminé, lorsque cette section comporte une partie polygonale, c'est-à-dire au moins deux parties droites sécantes. Le profilé laminé peut alors être utilisé directement en l'état ou tréfilé avec un nombre de passes plus réduit qu'à partir d'une section circulaire. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de profilés métalliques de section partiellement ou totalement polygonale par coulée continue dans une roue à gorge et laminage en continu à l'aide d'une série d'au moins 3 et préférentiellement de 3 à 8 paires de galets munis d'une gorge périphérique, ces galets étant disposés symétriquement par rapport au profilé, et alternativement horizontaux et verticaux, procédé qui se caractérise en ce que: - les gorges des premières paires de galets sont identiques à celles des galets utilisés pour la fabrication de profilés de section circulaire, - la dernière paire de galets comporte des gorges délimitant une section correspondant sensiblement à celle du profilé désiré, - la section formée par les gorges de la dernière paire de galets présente aux sommets du polygone des rayons de courbure compris entre 1 et 5 minm, - les côtés du polygone non parallèles à l'entrefer de la dernière paire de galets présentent, par rapport aux côtés correspondants de la section du profilé final une dépouille comprise entre i/ et 3 . L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de profilés métalliques étirés ou tréfilés de section partiellement ou totalement polygonale à partir d'ébauches de section partiellement ou totalement polygonale obtenus par coulée continue dans une roue à gorge et laminage en continu, dans lequel le nombre de passes d'étirage ou de tréfilage et le nombre de recuits sont reduits chacun d'au moins un tiers par rapport au procédé de l'art antérieur partant d'une ébauche de section sensiblement circulaire. Description des figures La figure 1 représente une machine de coulée continue sur roue à gorge et le train de laminage continu de l'ébauche. Les figures 2 à 5 représentent, en coupe par le plan de leurs axes de rotation, la dernière paire de galets utilisée pour le laminage des profilés décrits dans les exemples I à 4. Description de l'invention Le procédé de fabrication selon l'invention utilise une machine de coulée comportant une busette d'alimentation (1) en métal liquide, une roue de coulée (2), que l'on fait tourner, munie d'une gorge périphérique, obturée par un ruban métallique (3) entrainé par la roue. La machine peut être une machine à deux roues et une roulette comme celle représentée à la figure 1, la deuxième roue (4) servant à la tension du ruban, et la roulette (5) étant destinée à maintenir le ruban sur la roue de coulée au voisinage de la zone de coulée. La machine peut être également une machine à trois, quatre ou cinq roues. La section de l'ébauche (6), de forme généralement trapézoïdale, varie suivant les installations entre 900 et plus de 3000 mm2. Le nombre de cages de laminage (7), comportant chacune une paire de galets, est supérieur à deux et préférentiellement compris entre 3 et S. Ce nombre dépend de la section finale à obtenir, puisque la section de départ est liée à la machine de coulée et ne peut donc être modifiée. La réduction de section à chaque cage est, en général, comprise entre 10 et 40%. La précision de la géométrie s'améliore avec le nombre de cages, mais inversement un nombre élevé de cages a tendance à écrouir le métal, ce qui rend plus difficile le tréfilage ultérieur. Les premières cages utilisent des galets avec les mêmes gorges que ceux utilisés pour le laminage du fil à section circulaire. L'avant-dernière cage peut comporter, selon les cas, des galets identiques aux premiers, soit des galets plats, soit des galets de forme voisine des galets de la dernière cage, qui eux ont dans tous les cas des gorges délimitant une section correspondant à la section finale désirée. Cependant, l'expérience a montré que si cette section est trop proche de la section finale, on n'arrive pas à respecter des tolérances dimensionnelles acceptables. De même, l'expérience a montré que si les rayons de courbure entre les faces planes sont trop petits, le métal à tendance à coller aux galets, ce qui provoque des incidents sur la ligne et oblige à des arrêts. Selon l'invention, ces inconvénients sont évités par une adaptation de la forme de la gorge des galets finisseurs, qui assure un retrait aisé et un bon remplissage des formes des gorges. Cette adaptation est obtenue en prévoyant des rayons de courbure entre les faces planes compris entre 1 et 5 mm, et, pour les faces non parallèles à l'entrefer des galets, des dépouilles, c'est-à-dire des angles entre la gorge et la face correspondante du profilé, compris entre i/2 et 3 . Des précautions particulières doivent être prises à l'enroulement du profilé en fin de laminage. Contrairement à l'enroulement du fil à section circulaire, il faut prévoir un petit espace entre les spires et éviter qu'elles ne se chevauchent. Le procédé de coulée continue selon l'invention permet de réaliser des profilés métalliques, notamment en alliages d'aluminium ou de cuivre, de section carrée, rectangulaire, triangulaire, et plus généralement partiellement ou totalement polygonale, avec de bonnes tolérances dimensionnelles, de l'ordre de 0,1 mm, et avec un bon décollement du métal de la dernière cage de laminage. Ces profilés peuvent être utilisés tels quels dans de nombreuses applications mécaniques ou électriques, ou pour la fabrication de fil de soudure. Ils peuvent aussi être transformés par étirage ou tréfilage en une ou plusieurs passes, afin de leur conférer des dimensions, tolérances sur dimensions et forme, ou des caractéristiques mécaniques particulières. Certains de ces produits, obtenus à partir de fil machine à section circulaire, sont connus. Le fait d'utiliser comme ébauche pour le tréfilage ou l'étirage un fil machine de section partiellement ou totalement polygonale selon l'invention simplifie considérablement le procédé de fabrication puisque la forme de la section transversale de l'ébauche peut être très proche de celle du produit tréfilé souhaité. Le procédé de fabrication de fil étiré ou tréfilé de section partiellement ou totalement polygonale selon l'invention se caractérise en ce que l'on choisit, pour une section donnée du profilé final, une section d'ébauche telle que le nombre de passes d'étirage ou de tréfilage et de recuits peut être minimisé. Par rapport à un fil machine de section sensiblement circulaire, et en choisissant pour chaque passe d'étirage ou de tréfilage, un taux d'écrouissage local proche de la valeur maximale que peut supporter le fil sans développer des défauts redhibitoires, l'homme du métier peut définir, pour un fil en alliage d'aluminium ou de cuivre, une gamme de fabrication telle que le nombre de passes d'étirage ou de tréfilage et le nombre de recuits se trouvent chacun réduits d'au moins un tiers. Ce gain est plus grand pour les sections qui, au moins localement, s'écartent le plus d'une section circulaire (sections en V ou en T, méplats très allongés et notamment ceux ayant une section telle que le rapport de la largeur à l'épaisseur est supérieur à 2) et dépend également du type d'alliage utilisé. Pour les alliages d'aluminium et des profilés de section carrée ou triangulaire, on peut limiter l'étirage ou le tréfilage à une seule passe avec un recuit, au lieu d'au moins deux passes et deux recuits en partant d'une ébauche circulaire. Pour des profilés de section rectangulaire avec un rapport longueur sur épaisseur compris entre 1 et 2, on peut limiter l'étirage ou le tréfilage à deux passes et un recuit, et pour les rapports largeur sur épaisseur compris entre 2 et 5, à trois passes et deux recuits. Exemples Pour l'ensemble des exemples, le métal a été coulé sur une machine de coulée continue du type à 3 roues, dans une roue à gorge conduisant à une ébauche de forme trapézoïdale, de plus grande largeur 41 mm et de hauteur 29 mm, soit une section d'ébauche de 1050 mm2. Exemple 1 A partir d'une ébauche de section 1050 mm2, en alliage d'aluminium 5754 selon la désignation de l'Aluminum Association, on réalise un profilé de section carrée 13 x 13 mmi, par laminage à travers 6 cages, comportant chacune un couple de galets de forme circulaire en acier Z38CDV5 traité à 52 HRC. A la sortie de chaque cage, on obtient les vitesses mentionnées au tableau 1, ainsi que les sections s'inscrivant dans les formats indiqués au même tableau: Tableau 1 Cage n section des galets format (mm x mm) vitesse (m/s) 1 standard 45 x 19,5 19 2 standard 27 x 26 29,5 3 standard 33 x 13,9 38 4 standard 17,5 x 18 57 plate écartement 12,5 83 6 carrée 13,2 x 13,2 84 Les 4 premières paires de galets ont des gorges délimitant une section circulaire, comme c'est le cas pour le laminage continu de profilés de forme circulaire. La cinquième paire de galets délimite un entrefer plat et la sixième délimite une section carrée très proche de celle du produit fini. L'entrefer entre les galets de cette sixième paire est de 2 mmi Les rayons de courbure de la section des gorges des galets aux 4 sommets du carré sont de 3 mm. Les dépouilles sur les côtés du carré perpendiculaires à l'entrefer des galets sont de 1 . On n'obtient aucun collage du profilé sur les galets de sortie et les tolérances sur la section du profilé sont inférieures à 0,1 mm. Exemple 2 A partir d'une ébauche de même section que dans l'exemple précédent, on réalise un méplat de section rectangulaire 16,5 x 8,1 mm en alliage d'aluminium 2017, par laminage continu à travers 6 cages. Les types de galets utilisés, les formats et les vitesses a la sortie de chaque cage sont mentionnés au tableau 2. Tableau 2 cage n section des galets format (mn x mnm) vitesse (m/s) 1 standard 45 x 19,5 19 2 standard 27 x 26 29,5 3 standard 33 x 13,9 38 4 standard 17,5 x 18 57 standard 21,6 x 10,2 83 6 rectangulaire 16,5 x 8,1 114 Les 5 premières paires de galets ont des gorges standard analogues à celles utilisées pour le laminage des profilés de section circulaire. La sixième paire présente un entrefer de 1,5 mm et ses gorges délimitent un rectangle dont les sommets présentent un rayon de courbure de 2 mm et les côtés perpendiculaires à l'entrefer une dépouille de 1 . On n'observe aucun collage du profilé à la sortie de la dernière cage et les 1 5 tolérances sur les dimensions du profilé sont inférieures à 0,1 mm Exemple 3 On réalise un profilé en alliage d'aluminium 1370 ayant une section en forme générale de secteur circulaire, délimitée par un triangle en bas et un arc de cercle en haut, s'inscrivant dans un rectangle 16,2 x 12,2 mm, et de section 150 mm2. Les types de galets, les formats et les vitesses à la sortie de chaque cage sont indiqués au tableau 3. Tableau 3 g cage n section des galets format (mm x mim) vitesse (m/s) 1 standard 45 x 19,5 19,6 2 standard 27 x 26 30, 1 3 standard 33 x 14,6 41,2 4 standard 18 x 18 64,2 secteur 17,3 x 14,8 88,2 6 secteur 12,2 x 16,2 114 Les 4 premières paires de galets ont des gorges standard analogues à celles des galets utilisés pour le laminage continu des profilés de section circulaire. Les gorges de la cinquième paire délimitent une section de forme sectorale La sixième paire a des gorges délimitant une section en forme de secteur circulaire, avec un rayon de courbure de 3 mm entre les 2 parties planes, une dépouille de 1 sur ces parties planes et un entrefer entre les 2 galets de 1,5 mm La partie supérieure de la section, en forme d'arc de cercle est soigneusement polie. On n'observe aucun collage du profilé à la sortie de la dernière cage et les tolérances sur les dimensions du profilé sont inférieures à 0,1 mm Exemple 4 On réalise un profilé en alliage d'aluminium 1370 de la forme représentée à la figure 4 de section 490 mm2. Les types de galets, les formats et les vitesses à la sortie de chaque cage sont indiqués au tableau 4: Tableau 4 Cage n0 section des galets format (mmn x mnm) vitesse (mis) i1 standard 45 x 20,5 18 2 plat 28 x 19,5 28 3 de forme 32 On n'utilise que 3 cages, dont seule la première a des galets standard. Le seconde cage a des galets plats et la troisième a des galets dont les gorges délimitent la section désirée. Pour cette dernière paire, les rayons de courbure aux sommets des angles vifs sont de 1,1 mm et les dépouilles sur les faces verticales de 1,5 . Les gorges sont très soigneusement polies. L'entrefer utilisé est de 2 mm_ Exemple 5 On réalise un fil carré de section carrée 10 x 10 mm en alliage d'aluminium 5754 par o0 tréfilage en une seule passe à partir du profilé de section carrée 13 x 13 mm décrit dans l'exemple 1. La gamme habituelle selon l'art antérieur partait d'une ébauche de section circulaire de diamètre 18 mm et comportait deux passes de tréfilage, séparées par un recuit-graissage au format 13 x 13 rm. Exemple 6 On réalise un fil méplat de section 15,0 x 4,0 mm en alliage d'aluminium 2017 à partir d'un profilé méplat de section rectangulaire 16,5 x 8,1 mm décrit dans l'exemple 2, par tréfilage en une trois passes de tréfilage, séparées par un recuit-graissage aux formats intermédiaires 16,0 x 6, 3 mm et 15,65 x 4,45 mm La gamme habituelle selon l'art antérieur partait d'une ébauche de section circulaire de diamètre 18 mm, et comportait 6 passes de tréfilage séparées à chaque fois par un recuit graissage aux formats intermédaires: 17,3 x 13,8 min, 16,6 x 10,7 mm, 16, 2 x 8,2 mm, 16,0 x 16,3 mmi, 15,65 x 4,85 mm REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de profilés métalliques de section partiellement ou totalement polygonale par coulée continue dans une roue à gorge et laminage en continu à l'aide d'une série d'au moins 3 et préférentiellement de 3 à 8 paires de galets munis d'une gorge périphérique, ces galets étant disposés symétriquement par rapport au profilé, et alternativement horizontaux et verticaux, caractérisé en ce que: - les gorges des premières paires de galets sont identiques à celles des galets utilisés pour la fabrication de profilés de section circulaire, - la dernière paire de galets comporte des gorges délimitant une section correspondant sensiblement à celle du profilé désiré, - la section formée par les gorges de la dernière paire de galets présente aux sommets du polygone des rayons de courbure compris entre 1 et 5 mm, - les côtés du polygone non parallèles à l'entrefer de la dernière paire de galets présentent, par rapport aux côtés correspondants de la section du profilé final une dépouille comprise entre 1/2 et 3 . 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilé a une section carrée ou rectangulaire. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilé a une section triangulaire. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilé a une section en forme de T ou de V. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les galets de l'avant-dernière paire ont une surface plane. Il 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 suivi d'au moins une passe d'étirage ou de tréfilage et éventuellement d'au moins un recuit, caractérisé en ce que: le nombre de passes de tréfilage et le nombre de recuits sont réduits chacun d'au moins un tiers par rapport à un procédé qui utiliserait comme ébauche d'étirage ou de tréfilage un fil machine de section sensiblement circulaire pour obtenir un produit semblable. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisée en ce que le profilé est en alliage d'aluminium, de section carrée ou triangulaire et que le procédé ne comprend qu'une passe d'étirage ou de tréfilage et qu'un recuit. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le profilé est en alliage d'aluminium de section rectangulaire avec un rapport de la largeur à l'épaisseur compris entre 2 et 5, et que le procédé comprend au plus 3 passes d'étirage ou de tréfilage et 2 recuits. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisée en ce que le profilé est en alliage d'aluminium de section rectangulaire avec un rapport de la largeur à l'épaisseur compris entre 1 et 2, et que le procédé comprend au plus 2 passes d'étirage ou de tréfilage et un recuit.