Brevet FR2780461A1 — publié le 19991231

l ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de support de rouleaux pour laminoir, ce dispositif supportant des rouleaux en rotation par rapport aux carters, par des pa- liers à galets à double rangée ou à rangées multiples, dans un train de laminage d'une plaque d'acier. Par exemple, de l'acier en fusion ayant terminé son affinage est coulé en plaques par coulée continue avant d'être laminé en bandes (bandes d'acier) en utilisant un la- minoir de bandes à chaud (laminoir à chaud). Les plaques sont chauffées jusqu'aux températures de laminage dans un four de chauffage préalable du laminoir, et amenées successivement jusqu'à une plage de finition grossière et à une plage de fi- nition du laminoir de bandes à chaud, de sorte que les pla- ques sont laminées à chaud jusqu'à une épaisseur de paroi prescrite. Ensuite, les bandes (bandes d'acier) sortant de la plage de finition du laminoir de bandes à chaud, sont coupées en tailles régulières par une cisaille flottante, ou enrou- lées en forme de rouleau par une enrouleuse; et les bandes enroulées par l'enrouleuse sont par exemple soumises à un traitement tel un décapage avant d'être laminées à froid par un laminoir de bandes à froid (laminoir à froid). Les laminoirs utilisés dans un équipement de la- minage de plaque d'acier tel que décrit ci-dessus, compren- nent de nombreux types tels qu'un laminoir à deux étages, un laminoir à trois hauteurs, un laminoir à quatre hauteurs, un laminoir à hauteurs multiples, et un laminoir Steckel. Un la- minoir à quatre hauteurs par exemple présente une configura- tion telle que le laminage de matériaux est effectué entre une paire de rouleaux de travail de relativement petit diamè- tre, au-dessus et au-dessous desquels sont disposés des rou- leaux d'appui de relativement grand diamètre, pour éviter la déviation résultant de la charge de laminage des rouleaux de travail. Les rouleaux respectifs sont supportés en rotation par rapport aux carters, par des paliers à galets à double rangée ou à rangées multiples, et les carters sont supportés par des socles de rouleaux. Du fait des conditions de charge, des températures ambiantes et de la présence de matières étrangères telles que de l'eau de refroidissement, de la va- peur d'eau et des barbures, les appareils de support de rou- leaux de ce type sont soumis à des conditions très sévères de lubrification à l'intérieur des paliers à galets, et la con- ception permettant d'allonger la durée de vie est l'un des problèmes principaux. RESUME DE L'INVENTION Par des études perpétuelles relatives à des ana- lyses de détérioration sur les paliers, il a été confirmé par le demandeur de la présente invention que: une détérioration produite sur des paliers de grande taille montés dans un ap- pareil de support de rouleaux de ce type, consiste principa- lement en une formation d'éclats déclenchée par les entailles produites par la morsure de matières étrangères, un écaille- ment et des salissures produits par un film d'huile de lubri- fication insuffisant, et des fissures déclenchées par ces phénomènes. Ainsi, le renforcement de la résistance contre la détérioration déclenchée à partir des surfaces (détérioration de type déclenché en surface) conduit à la prolongation de la durée de vie. Compte tenu de ce qui précède, la présente inven- tion a pour but d'allonger la durée de vie d'un dispositif de support de rouleaux de ce type, et en particulier les durées de vie des parties de paliers de celui-ci, pour contribuer à la prolongation des périodes d'inspection et d'entretien, et à la réduction des coûts d'inspection et d'entretien. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de support de rouleaux pour laminoir, ce disposi- tif supportant des rouleaux en rotation par rapport aux car- ters, par des paliers à galets à double rangée ou à rangées multiples, caractérisé en ce que des couches carbonitrurées présentant une teneur en carbone de 0,80% ou plus et une du- reté Rockwell HRC de 58 ou plus, sont prévues sur les surfa- ces des bagues de palier et des galets de palier de chaque palier à galets, et les couches carbonitrurées sont formées pour contenir une teneur en austénite retenue de 25-30% en volume. Ici, " HRC " représente l'échelle C de dureté Rockwell. Les couches carbonitrurées sont formées sur les surfaces de contact des bagues et des galets de palier pour les raisons ci-après. L'austénite retenue dans une couche carburée obtenue par carburation ordinaire empêche la produc- tion et le développement de fissures, et aboutit à un durcis- sement (renforcement) à l'usage, de sorte que la teneur appropriée en austénite permet de durcir le matériau. Cepen- dant, l'austénite retenue est instable à la chaleur. Ici, lorsque de l'azote est introduit en composition avec celle-ci dans des conditions appropriées, l'introduction d'azote rend stables à la chaleur l'austénite et la martensite retenues, c'est à dire la matrice, ce qui conduit à des matériaux chan- geant difficilement, et une quantité adéquate de carbure est précipitée, ce qui permet une augmentation de la résistance à la fatigue sans diminution de la résistance à la fissuration. Les couches carbonitrurées sont formées pour con- tenir une teneur en austénite retenue de 25-35% en volume, de manière à donner une dureté appropriée aux couches carboni- trurées pour absorber la génération de contrainte en réponse à la déformation plastique produite par les entailles de sur- face de matières étrangères mélangées à l'huile de lubrifica- tion. Des teneurs en austénite retenue au-dessous de 25% ne sont pas suffisantes pour absorber la génération de con- trainte résultant de la déformation plastique, et des teneurs en austénite retenue au-dessus de 35% diminuent la dureté de surface en conduisant ainsi à une déformation plastique plus grande et à une rugosité de surface détériorée. La taille de la structure d'austénite retenue peut de préférence être de 10 um ou moins. Ici, la taille de la structure d'austénite retenue correspond à une taille re- présentée par le diamètre d'un cercle de dimension équiva- lente à celle d'une structure d'austénite sur la surface d'échantillon polie et attaquée à l'acide, dans un observa- tion au microscope. La taille est prévue pour être de 10,m ou moins pour la raison que, pour faire face à l'immixtion de matières étrangères de petite taille, le nombre de phases d'austénite retenue incluses dans l'entaille de la matière étrangère, doit être assuré de façon que la contrainte d'en- taille de la matière étrangère soit atténuée pour éviter la génération de fissures sur la couche de surface. Les bagues et les galets du palier à galets indi- qué ci-dessus peuvent être réalisés en acier à soufflure ayant une teneur en carbone de 0,12-0, 40 %, et la quantité de carbure résiduel dans les couches carbonitrurées indiquées ci-dessus peut de préférence être de 10 % ou moins. Le carbure résiduel consiste principalement en résidus de carbure posttrempe qui ne sont pas dissous dans les phases d'austénite pendant le processus de chauffage dans la trempe, et la quantité de carbure résiduel est représentée par le pourcentage de la dimension occupée dans la section transversale d'un échantillon sous un examen au microscope. La quantité de carbure résiduel est confinée à 10% ou moins, de façon que la quantité de carbone solide-soluté soit aug- mentée pour améliorer la résistance de la matrice, afin de diminuer les effets de la déformation plastique produite par la pression d'une matière étrangère et atteignant l'intérieur de la couche de surface, et de façon que le ramollissement de la couche durcie, provoqué par une augmentation de tempéra- ture en cours d'utilisation, soit évité pour assurer sa durée de vie de résistance à la fatigue dans des conditions d'uti- lisation très rudes. La structure de la couche carbonitrurée telle que décrite ci-dessus est formée par carbonitruration après car- buration. La trempe à l'huile est effectuée après avoir ef- fectué un chauffage pendant une durée prescrite dans l'atmosphère carburante, avec un potentiel de carbone de 0,8 % ou plus (généralement, on met en oeuvre un processus de diffusion). Ensuite, la carbonitruration est appliquée aux couches carburées formées par le processus de carburation, et la trempe est effectuée aussitôt après. A ce propos, la car- bonitruration peut être effectuée en même temps dans le pro- cessus de carburation. Une augmentation de la teneur en azote dans les couches carburées conduit à une augmentation de la quantité de carbone solide-soluté, ce qui diminue la quantité de car- bure résiduel mais stabilise l'austénite. Par suite, la tem- pérature de trempe après la carbonitruration est diminuée à 800-840 C pour régler la taille de structure, et la quantité d'austénite retenue après la trempe se situe à l'intérieur des plages prescrites indiquées ci-dessus. Comme décrit ci- dessus, même dans les cas o la température d'austénisation est abaissée à 800-8400C, une augmentation de la teneur en azote dans la couche carburée augmente la quantité de carbone solide-soluté dans l'austénite, et diminue la quantité de carbure résiduel, de sorte que la quantité de carbure rési- duel peut être confinée à 10% ou moins. A ce propos, un trai- tement au-dessous de zéro ou un recuit à température élevée peuvent également être effectués pour régler la quantité d'austénite retenue. Selon la présente invention, comme des couches carbonitrurées ayant une teneur en carbone de 0,80 % ou plus et une dureté Rockwell HCR de 58 ou plus, sont formées sur les surfaces des bagues et des galets des paliers à double rangée ou à rangées multiples, et comme les couches carboni- trurées sont prévues pour représenter 25-30 % en volume de l'austénite retenue, la résistance contre la détérioration de type déclenché en surface sur les surfaces de contact des ba- gues et des galets de palier, est améliorée, et l'on peut ob- tenir le prolongement de la durée de vie de l'appareil de support de rouleaux de ce type, en particulier des durées de vie de ses parties de palier, ce qui contribue à la prolonga- tion des périodes d'inspection et d'entretien, ainsi qu'à la réduction des coûts d'inspection et d'entretien. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - le palier à galets est un palier à galets à quatre rangées, - le palier à galets est un palier à galets conique, - le palier à galets est un palier à galets cylindrique, - le palier à galets est un palier à galets à auto- alignement. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation re- présenté sur les dessins annexés dans lesquels:5 - la figure 1 est une vue en coupe transversale représentant un modèle de structure d'un laminoir à chaud à quatre hauteurs; - la figure 2 est une vue en coupe transversale représentant un mode de réalisation d'un palier à galets co- nique à quatre rangées, et - La figure 3 est une vue en coupe transversale représentant un mode de réalisation d'un palier à galets cy- lindrique à quatre rangées. DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERENTIEL On décrira ci-après un mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 illustre un modèle de structure d'un laminoir à chaud à quatre hauteurs. Le laminoir à chaud à quatre hauteurs constitue par exemple une plage de finition d'une installation de laminage à chaud (un certain nombre de ces laminoirs sont disposés le long du train de laminage à chaud), et présente une configuration telle que le laminage d'une pièce d'oeuvre W soit effectué au moyen d'une paire de rouleaux de travail 1 de relativement petit diamètre au- dessus et au-dessous desquels sont disposés des rouleaux d'appui 2 de relativement grand diamètre pour éviter la dé- viation résultant des charges de laminage Fw des rouleaux de travail 1. Des dispositifs de pression 3 tels qu'un bloc de puissance hydraulique appliquent des forces de poussée Fr aux rouleaux d'appui, des dispositifs de pression 4 tels qu'un bloc de puissance hydraulique étant interposés entre les rou- leaux de travail supérieur et inférieur 1, et les forces de poussée des dispositifs de pression 4 donnant une déformation de courbure aux rouleaux de travail 1, ce qui permet ainsi de contrôler l'épaisseur de paroi de la pièce d'oeuvre W dans le sens de la largeur. Les extrémités d'arbre la, 2a des rouleaux 1, 2 sont supportées en rotation par rapport aux carters 7, 8, par des paliers à galets 5, 6 respectifs; et les carters respec- tifs 7, 8 sont supportés par un socle de rouleaux S. Dans le présent mode de réalisation, on utilise des paliers à galets coniques à quatre rangées, comme paliers à galets 5 pour sup- porter les extrémités d'arbre la des rouleaux de travail 1, et des paliers à galets cylindriques à quatre rangées sont utilisés comme paliers à galets 6 pour supporter les extrémi- tés d'arbre 2a des rouleaux d'appui 2. En outre, pour suppor- ter des charges axiales relativement petites agissant sur les rouleaux d'appui 2, des paliers à galets coniques à double rangée 9 d'angle de cône relativement grand sont disposés sur le côté latéral des paliers à galets cylindriques à quatre rangées 6 à l'une des extrémités d'arbre 2a. Les deux extré- mités de chaque appareil de support de rouleaux sont respec- tivement scellées par des mécanismes d'étanchéité pour éviter l'intrusion de matière étrangères telles que de l'eau de re- froidissement, de la vapeur d'eau et des barbures, dans les parties de palier de l'appareil de support. La figure 2 illustre un mode de réalisation du palier à galets conique à quatre rangées 5, destiné à suppor- ter l'extrémité d'arbre la du rouleau de travail 1, en rota- tion par rapport au carter 7. Le palier à galets conique 5 comprend une paire de bagues intérieures 5a comportant deux rangées de surfaces de chemin de roulement 5al, une paire de bagues extérieures 5b comportant respectivement une seule rangée de surfaces de chemin de roulement 5bl, une bague ex- térieure 5c comportant deux rangées de surfaces de chemin de roulement 5cl, quatre rangées de galets coniques 5d disposés pour pouvoir rouler librement entre les surfaces de chemin de roulement 5al des bagues intérieures 5a et les surfaces de chemin de roulement 5bl, 5cl des bagues extérieures 5b, 5c, et des éléments de retenue 5e pour retenir les galets coni- ques 5d à des intervalles circulaires prédéterminés. Des ner- vures centrales 5a2 sont prévues dans les parties centrales des bagues intérieures respectives 5a, et les galets coniques d roulent sur les surfaces de chemin de roulement en étant guidés en contact avec les nervures centrales 5a2 lorsqu'on fait fonctionner le palier. A ce propos, entre les bagues ex- térieures 5b et la bague extérieure 5c sont interposées des pièces d'écartement 5f qui servent également d'éléments de graissage. Les bagues intérieures 5a, les bagues extérieu- res, 5b, 5c et les galets coniques 5d sont respectivement réalisés en acier cémenté (tel que le SNCM815, le SNCM420, le SCM420, le SCr435 et SCM435) présentant une teneur en carbone de 0,12-0,40%, de préférence de 0,12-0,35%, et sur les surfa- ces de ces parties sont formées des couches carbonitrurées A de 0,80% ou plus de teneur en carbone, ayant une dureté Rockwell HRC de 58 ou plus, ainsi que 25-35% en volume d'aus- ténite retenue (comme indiqué dans le cercle en trait inter- rompu de la figure 2). L'austénite retenue dans les couches carbonitrurées A présente de préférence une taille de struc- ture de 10 jm ou moins, ainsi qu'une teneur en carbure rési- duel de 10% ou moins. En outre, les profondeurs respectives des couches carbonitrurées A dans les bagues intérieures 5a, les bagues extérieures 5b, 5c et les galets coniques 5d, sont de 0,02 ou plus par rapport au diamètre moyen (moyenne entre les diamètres à l'endroit du côté de grand diamètre et à l'endroit du côté de petit diamètre) du galet conique 5d, tandis que la dureté des parties de noyau B est inférieure à la dureté Rockwell HRC 58, et de préférence au-dessous de HRC , de manière à assurer une dureté appropriée des matériaux et à former des contraintes de compression dans les couches de surface. On remarquera qu'il suffit que les couches carbo- nitrurées A soient formées au moins sur les surfaces de con- tact produisant un frottement, c'est à dire les surfaces de chemin de roulement 5al des bagues intérieures 5a, les surfa- ces de rebord des nervures centrales 5a2, les surfaces de chemin de roulement des bagues extérieures 5b, 5c, et les surfaces de roulement ainsi que les surfaces d'extrémité plus grandes des galets coniques 5d. La figure 3 illustre un mode de réalisation du palier à galets cylindrique à quatre rangées 6 destiné à sup- porter l'extrémité d'arbre 2a du rouleau d'appui 2, en rota- tion par rapport au carter 8. Le palier à galets cylindrique 6 comprend une bague intérieure 6a comportant quatre rangées de surfaces de chemin de roulement 6al, une bague extérieure 6b comportant quatre rangées de surfaces de chemin de roule- ment 6bl, quatre rangées de galets cylindriques 6c disposés de manière à pouvoir rouler librement entre les surfaces de chemin de roulement 6al de la bague intérieure 6a et les sur- faces de chemin de roulement 6bl de la bague extérieure 6b, et des éléments de retenue 6d destinés à retenir les galets cylindriques 6c à des intervalles circulaires prédéterminés. La bague intérieure 6a, la bague extérieure 6b et les galets cylindriques 6c sont réalisés respectivement en acier cémenté (tel que le SNCM815, le SNCM420, le SCr435 et le SCM435) ayant une teneur en carbone de 0,12-0,40 %, de préférence de 0,12-0,35 %, tandis que sur les surfaces de ces parties sont formées des couches carbonitrurées A de 0, 80 % ou plus de teneur en carbone, présentant une dureté Rockwell HRC de 58 ou plus, ainsi que 25-35 % en volume d'austénite retenue (comme indiqué dans le cercle en trait interrompu de la figure 3). Comme les autres points sont les mêmes que ceux du palier à galets conique 5 décrit ci-dessus, on ne repren- dra pas des descriptions redondantes. Pour évaluer les effets de la formation des cou- ches carbonitrurées A indiquées ci-dessus, ainsi que les ef- fets de l'utilisation des couches carbonitrurées A présentant la teneur en austénite résiduelle de 25-35 % en volume, des tests de durée de vie ont été effectués par le procédé sui- vant: [Procédé de test] Paliers de test: O Palier à galets conique (article carbonitruré) Diamètre intérieur de 0 30 mm, Diamètre extérieur de 0 62 mm, Bague intérieure, bague extérieure, galet - acier cémenté (SCr435) + couche A carbonitrurée, On fabrique des variétés ayant des couches carbo- nitrurées A présentant des teneurs en austénite retenue (% en volume) audessous de 20 et de 22, 25, 28, 30, 32, 35, 40 et 46. Palier à galets conique (article carburé standard) Diamètre intérieur de 0 30 mm, Diamètre extérieur de 0 62 mm, Bague intérieure, bague extérieure, galet - acier à soufflure (SCR435) + couche carburée, Teneur en austénite résiduelle (% en volume) de 28% dans les couches carburées. Conditions de test: Charge; charge radiale 17,64 KN Vitesse de rotation: 2000 tours/minute Huile de lubrification: bain d'huile pour tur- bine VG56 Matières étrangères: 100-180 Mm de taille de particules HV 700-800 de dureté Poudres atomisées dans du gaz Quantité mélangée de 1 gramme/litre d'huile. Procédé de test: Par rapport à chacun des types de paliers de test, on fait fonctionner de multiples paliers dans les con- ditions de test indiquées ci-dessus. La durée de vie (durée de vie L10) est prise comme le temps dans lequel 90% des pa- liers tournent sans souffrir de détérioration de type déclen- ché en surface. [Résultats de test] Les résultats de test sont indiqués en bloc dans le Tableau 1. Ici, les rapports de durée de vie du Tableau 1 sont les vies L10 des paliers de test indiqués ci-dessus O représentées par un rapport en supposant que la durée de vie L10 du palier de test indiqué ci-dessus (article carburé standard: teneur en austénite retenue de 28% en volume) est égale à 1. Comme indiqué dans le Tableau 1, on trouve que les paliers de test O sur lesquels sont formées les couches carbonitrurées, ont une durée de vie augmentée comparative- ment à l'article carburé standard O, indépendamment de leur Il teneur en austénite retenue. En particulier, des effets re- marquables sont obtenus dans la plage de 25-35% en volume de teneur en austénite retenue, effets dans lesquels les durées de vie sont améliorées jusqu'à trois fois celles de l'article carburé standard O. Les résultats de test indiqués ci-dessus montrent que l'utilisation des couches carbonitrurées avec la teneur en austénite retenue se situant dans la plage de 25-35% en volume, est particulièrement efficace pour prolonger la durée de vie des appareils de support de rouleaux de ce type, en particulier la durée de vie de leurs parties de paliers. On remarquera que les paliers à galets ne sont pas limités à la configuration de ceux représentés à la fi- gure 2 et à la figure 3, et peuvent être des paliers de type à double rangée ainsi que des paliers de type scellé compor- tant des éléments d'étanchéité montés par exemple aux deux parties d'extrémité. En outre, les paliers à galets peuvent être des paliers à galets à auto-alignement. De plus, la pré- sente invention n'est pas limitée aux appareils de support de rouleaux d'un laminoir à chaud, et peut largement s'appliquer à ceux d'autres laminoirs tels qu'un laminoir à froid. TABLEAU 1 AUSTENITE Moins de RESIDUELLE 20 22 25 28 30 32 (VOLUME %) RAPPORT DE 2,0 2,2 3,4 3,2 3,0 3,0 DUREES DE VIE AUSTENITE 35 40 46 RESIDUELLE (VOLUME %) RAPPORT DE 2,6 2,2 1,8 DUREES DE VIE Le rapport de durées de vie est représenté en donnant la va- leur 1,0 à la durée de vie d'un article carburé standard (te- neur en austénite retenue: 28 % en volume). R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Dispositif de support de rouleaux pour laminoir, ce dis- positif supportant des rouleaux (1, 2) en rotation par rap- port aux carters (7, 8), par des paliers à galets (5, 6) à double rangée ou à rangées multiples, caractérisé en ce que des couches carbonitrurées (A) présentant une teneur en car- bone de 0,80% ou plus et une dureté Rockwell HRC de 58 ou plus, sont prévues sur les surfaces des bagues de palier et des galets de palier de chaque palier à galets, et les couches carbonitrurées sont formées pour contenir une te- neur en austénite retenue de 25-30% en volume. 2 ) Dispositif de support de rouleaux pour laminoir, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palier à galets est un palier à galets à quatre rangées. 3 ) Dispositif de support de rouleaux pour laminoir, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palier à galets est un palier à galets conique. 4 ) Dispositif de support de rouleaux pour laminoir, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palier à galets est un palier à galets cylindrique. ) Dispositif de support de rouleaux pour laminoir, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palier à galets est un palier à galets à auto-alignement.