Cylindre de travail composite en acier pour train à chaud

Description

[0001] 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 tô­les fortes.

[0002] 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 frotte­ment 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.

[0003] 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 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 déclassements.

[0004] Le brevet français N^o 79 27 952 donne déjà 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 la morphologie des carbures eutectiques M7 C3 par un choix judicieux de la teneur des éléments chrome et carbone et de leur rapport.

[0005] Cependant, le carbure M7 C3 construit sur l'élément chrome donne une matrice riche en chrome qui 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.

[0006] 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 tôle dans l'emprise et les contacts métal-cylindre peuvent se produire là où 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.

[0007] On a également proposé de réaliser la cou­che externe des cylindres de travail pour train à chaud en acier à haut chrome additionné de molybdène. Cependant ces cylindres comme les précédents tout en améliorant certaines propriétés de surface 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.

[0008] Ainsi, lorsque la couche d'oxyde du cylin­dre est insuffisante, la conduction thermique devient importante et la température superficielle du cylindre croît, ce qui a pour conséquence de diminuer sa limite élastique et d'accélérer le mécanisme de formation des chevrons par le cisaillement plastique superficiel.

[0009] Le problème qui vise à résoudre l'invention est, par conséquent, de fournir des cylindres de lami­nage 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.

[0010] Les critères que devront remplir ces nou­veaux cylindres sont les suivants :
- la morphologie de la phase carbure doit être sa­tisfaisante, c'est-à-dire présenter un degré de disso­ciation suffisant;
- 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 élevée possible pour résister au fluage superficiel.

[0011] La présente invention a ainsi pour objet un cy­dindre de travail composite en acier, notamment pour cages finisseuses d'un train à bandes à chaud ou pour cages quarto à tôles fortes, comportant un coeur en fonte nodulaire et 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 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.

[0012] Selon un mode de réalisation préféré, la teneur en molybdène est comprise entre 5 et 8 % en poids.

[0013] En variante, la zone externe de travail contient en outre de 1 à 2 % en poids de vanadium.

[0014] L'invention a également pour objet une cage de laminoir dans un train à chaud, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un cylindre de travail répondant à la dé­finition donnée ci-dessus.

[0015] 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 haud degré de dissociation, tout en ajustant la quantité de cette phase eutectique 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 la ferrite δ . 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.

[0016] 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 M6 C relativement fragile. La somme Mo + Cr doit être com­prise entre 8 et 15 %.

[0017] Enfin, la teneur en carbone doit varier entre 1 et 1,8 %. Pour une teneur inférieure à 1 %, 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 δ impossible à durcir.

[0018] 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.

[0019] 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 amélioration.

[0020] 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-dire proche de la structure des aciers à haut chrome utilisé 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.

[0021] 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.

[0022] 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 ;
Ni = 0,54 ;
Cr = 7,4 ;
Mo = 6,9 ;
V = 0,3.

[0023] Cette composition est évidemment celle de la table de travail ou zone externe du cylindre, dont le coeur peut être réalisé en fonte nodulaire, par coulée centrifuge. Le traitement thermique peut être réalisé par traitement sub­critique ou par traitement de réausténitisation.

[0024] La dureté d'un tel cylindre dépasse 80 Shores 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 comportant un coeur en fonte no­dulaire et 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 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.

2. Cylindre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en molybdène est de 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.

4. Cage de laminoir, dans un train à chaud, caracté­risée en ce qu'elle comporte au moins un cylindre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3.