Températures de refroidissement et de finition du laminage pour différentes nuances d'acier

Dans le processus de travail à chaud, la température de finition influence grandement la microstructure de l'acier. Des températures de finition plus élevées augmentent la tendance à la coalescence et à la croissance des grains, ce qui donne des grains austénitiques plus grossiers.

Il est donc essentiel de minimiser la température de finition au cours de la production, en ne descendant généralement pas en dessous du point Ar3. Pour ce faire, des méthodes de laminage et de refroidissement contrôlées permettent d'affiner la taille des grains et d'améliorer la qualité du produit.

Pour les aciers à faible teneur en carbone, la température de finition doit être maintenue proche de 800°C et ne doit pas descendre en dessous de 750°C.

Dans le cas des aciers à haute teneur en carbone, pour éviter la formation d'un réseau de cémentite, la température de finition pendant la production doit être contrôlée autour de 850°C.

La combinaison de cette méthode avec un refroidissement rapide après le laminage peut supprimer efficacement la précipitation de la cémentite proeutectoïde, évitant ainsi la formation d'un réseau de cémentite, ou du moins garantissant qu'il est mince et facilement éliminable sans étapes de traitement supplémentaires.

Dans les aciers au carbone hyper-eutectoïdes et les aciers alliésL'excès de cémentite forme un réseau le long des joints de grains après le laminage. Les aciers avec un réseau de cémentite présentent une réduction de l'épaisseur de la couche de cémentite. formage à froid et une tendance accrue à la fissuration pendant la trempe.

Pour éliminer ce réseau, des traitements thermiques complexes sont nécessaires, qui ne sont pas toujours efficaces.

Il faut donc créer des conditions qui empêchent la formation d'un réseau de cémentite après le laminage. La finition à basse température et le refroidissement rapide après le laminage permettent d'atteindre cet objectif.

Par exemple, l'acier GCr15 est refroidi à l'eau avant le laminoir de finition pour abaisser la température avant le laminage final. Le refroidissement rapide après le laminage est obtenu par projection d'air comprimé, suivi d'un refroidissement lent dans une fosse.

Le refroidissement lent après le laminage entraîne la formation de gros grains ferritiques, d'un point de rendement inférieurLa vitesse de refroidissement dépend de la taille de la section transversale de l'acier. La vitesse de refroidissement dépend de la taille de la section transversale de l'acier ; les sections plus grandes sont plus difficiles à refroidir rapidement et présentent donc généralement des propriétés mécaniques inférieures.

Dans les pays étrangers, les aciers ronds sont généralement refroidis à l'air après le laminage, en raison de la plus faible teneur en gaz de leur acier. Le refroidissement à l'eau en ligne peut être plus efficace, mais il est limité aux aciers ronds dont le diamètre est inférieur à 75 mm. Bien qu'un refroidissement rapide permette de réduire les bandes, il peut entraîner la formation de ferrite de Widmanstätten dans les aciers à forte teneur en manganèse et à gros grains austénitiques.

Par conséquent, un refroidissement rapide après le laminage doit être associé à une température de finition basse. Lorsque la taille des grains austénitiques est faible, même un refroidissement rapide n'entraînera pas la formation de ferrite Widmanstätten.

Pour les aciers de construction alliés laminés dans des laminoirs de taille moyenne, ceux dont le diamètre est inférieur à 60 mm sont refroidis dans des piles à l'air, tandis que ceux dont le diamètre est supérieur à 60 mm sont refroidis dans des fosses non chauffées. L'acier doit refroidir dans la fosse à 100-150°C pendant au moins 30 heures.

Acier à roulements est susceptible de présenter des taches blanches ; il doit donc être refroidi lentement après le laminage ou traité thermiquement comme spécifié. Pendant le chargement, la température ne doit pas être inférieure à 700°C. Les billettes sont placées dans la fosse jusqu'à ce que la température n'atteigne pas plus de 100-200°C, soit 72 heures en moyenne.

Même à des températures de finition plus basses, un refroidissement lent peut entraîner la formation d'un réseau de cémentite dans l'acier.

Pour éviter cela, chaque barre doit être refroidie individuellement le plus rapidement possible à une température inférieure à 650°C.

La vitesse de refroidissement de l'acier à roulements sans réseau de cémentite dépend de la température finale de laminage ; à 900-950°C, la vitesse doit être d'au moins 45-50°C/min, qui peut être réduite au fur et à mesure que la température de finition diminue.

Le contrôle de la température finale de finition appropriée (proche du point Ac3) et sa combinaison avec un taux de réduction adéquat (environ 40%) permettent d'obtenir des structures métallurgiques idéales et des propriétés mécaniques optimales dans les aciers à faible et moyen carbone, ainsi que dans les aciers alliés, les aciers à ressorts et les aciers à roulements.

À cette fin, des boîtes de refroidissement à l'eau sont installées avant les deux dernières cages du laminoir de finition des barres. Pour garantir des températures internes et externes uniformes dans les pièces laminées rapidement refroidies, une section d'égalisation des températures est installée avant le groupe du laminoir de finition.

Les méthodes de refroidissement de l'acier après laminage comprennent

• Dans l'air.
• Dans les matériaux à faible conductivité thermique.
• Dans des boîtes isolantes.
• Dans des fosses isolantes non chauffées.
• Dans des fosses et des fours isolants préchauffés.
• Dans des fosses d'isolation et des fours chauffés.
• Dans l'eau.

Les types d'acier représentatifs et leurs méthodes de laminage et de refroidissement contrôlées sont les suivants :

1. Aciers pour roulements et ressorts

Ils nécessitent une finition à basse température, suivie d'un refroidissement lent isolé. Pour éviter la précipitation de carbures en réseau, les aciers pour roulements sont refroidis rapidement après le laminage, puis lentement.

La température de finition de l'acier à roulements est strictement contrôlée entre 800 et 850°C pour aider à briser les carbures du réseau.

Lorsque la température de finition dépasse 900°C, l'acier peut être aspergé d'eau pour refroidir rapidement à 600-650°C (afin d'empêcher la précipitation des carbures du réseau) et être ensuite lentement refroidi. Des boîtes à eau de refroidissement sont installées avant le laminoir de finition pour contrôler la température des pièces entrant dans le laminoir.

2. Trempé et revenu Aciers

Ces aciers ont une structure sorbitique trempée et sont utilisés dans les pièces à haute résistance, à impact ou à charge alternée comme les bielles et les arbres. Ils offrent des performances mécaniques globales élevées en raison de leur résistance et de leur limite d'élasticité élevées, ainsi que d'une ductilité et d'une ténacité suffisantes.

La production comprend 225 000 tonnes d'acier de construction au carbone de qualité et 225 000 tonnes d'acier de construction allié, représentant 90% de la production totale. Le contrôle de la température d'un tel volume d'acier constitue un avantage concurrentiel.

3. Aciers de construction au carbone et aciers de construction alliés de qualité

Il s'agit dans les deux cas d'aciers hypoeutectoïdes dont la température de trempe est supérieure d'environ 30 à 50°C à celle de l'AC3. Pour les aciers ronds d'un diamètre inférieur à 40 mm, des boîtes à eau de refroidissement sont installées avant le laminoir de finition afin d'affiner la taille du grain et d'obtenir une température de trempe supérieure à AC3. structure martensitique après la trempe.

Ensuite, les aciers sont trempés à des températures élevées inférieures à A1 pour passer à une structure trempée stable. Pour les aciers ronds de plus grand diamètre, le contrôle en ligne de la température est pratiqué par des fabricants tels que l'usine ABS LUNA à Udine, en Italie, qui produit des aciers ronds de 20 à 100 mm de diamètre, y compris de l'acier au carbone, de l'acier trempé en surface, acier trempé et revenuLes aciers de construction, les aciers micro-alliés, les aciers à roulements, les aciers à ressorts et les aciers inoxydables. Ils contrôlent en ligne la température des aciers de 20 à 90 mm de diamètre.

Compte tenu du positionnement des produits de Shigang (Shi Steel) et de l'évolution des besoins des utilisateurs d'acier, il est devenu essentiel de fournir des aciers pour l'automobile et de s'orienter vers les marchés haut de gamme.

Le fait d'offrir des structures métallurgiques idéales et des propriétés mécaniques optimales confère un avantage concurrentiel. En ce qui concerne les régimes de refroidissement, il convient d'installer des boîtes de refroidissement à eau avant et après le laminoir de finition, principalement pour les aciers ronds de moins de 40 mm, afin de contrôler la température en ligne.

La mise en place de boîtes de refroidissement à l'eau après le laminoir de finition fait l'objet d'un débat international. Pour les aciers ronds de grand diamètre, on considère qu'il ne fait qu'éliminer la calamine et améliorer la qualité de la surface, qu'il n'a que peu d'effet sur l'affinage du grain et qu'il risque d'entraîner une inégalité de la taille du grain interne.

Le contrôle en ligne de la température allongerait sans aucun doute la ligne de laminage et augmenterait l'investissement. La longueur de la boîte de refroidissement de l'eau à installer après le laminoir de finition n'est pas très conseillée, l'usine ABS LUNA en Italie étant une référence, avec une boîte de 55 mètres de long.

Compte tenu du développement à long terme et des exigences de qualité, il convient d'envisager un contrôle en ligne de la température. L'installation initiale de boîtes de refroidissement à l'eau après le laminoir de finition peut au moins éliminer la calamine et améliorer la qualité de la surface. Les régimes de chauffage, de laminage final et de refroidissement pour différents aciers sont détaillés dans le tableau 1.

Tableau 1 : Températures de chauffage, de laminage de finition et de refroidissement de différents types d'acier. types d'acier.

Roulage contrôlé

Théorie du roulement contrôlé

Dans le processus de laminage à chaud, le contrôle raisonnable du chauffage du métal, de la déformation et des régimes de température permet de combiner la transformation de phase à l'état solide et la déformation thermoplastique pour obtenir des structures à grain fin, améliorant ainsi le rendement global du processus de laminage à chaud. propriétés mécaniques de l'acier.

Pour les aciers à faible teneur en carbone et en alliages, le laminage contrôlé affine principalement les grains austénitiques déformés, ce qui conduit à des grains ferritiques fins et à des colonies de perlite plus petites après la transformation de l'austénite en ferrite et en perlite. Cela permet d'améliorer la résistance, la ténacité et l'élasticité de l'acier. soudabilité.

Pour les aciers à haute teneur en carbone et les aciers hyper-eutectoïdes, le laminage à température contrôlée affine les grains austénitiques déformés et termine le laminage près du point de fusion. austénite point de transformation.

1. Laminage thermomécanique

Actuellement, le laminage thermomécanique des aciers ronds est limité aux diamètres inférieurs à 40 mm, principalement dans les aciers à faible teneur en carbone et faiblement alliés, dans le but d'affiner les grains ferritiques. La température de finition du laminage se situe entre 750°C et 790°C.

Avant et après le laminage de finition, un refroidissement à l'eau est nécessaire. Pour les aciers ronds de grand diamètre, des températures inégales entre la surface et le noyau après le refroidissement à l'eau peuvent provoquer des microfissures en surface et des tailles de grain inégales entre le noyau et la surface pendant la recristallisation, ce qui entraîne une intégrité structurelle inégale sur la section transversale.

2. Roulage normalisé

Pour les aciers ronds entre 40 et 80 mm, on utilise le laminage normalisé, les quatre dernières passes totalisant une déformation de 50-60%. L'acier est équilibré avant d'entrer dans le laminoir de finition, avec une température de finition de 800°C à 850°C, suivie d'un refroidissement rapide.

3. Laminage à température contrôlée

La température de finition varie de 850°C à 900°C, suivie d'un refroidissement contrôlé pour améliorer la qualité de la surface.

Pour les aciers à haute teneur en carbone, ce procédé permet d'obtenir des colonies de perlite plus fines ; pour les aciers hyper-eutectoïdes, il réduit la précipitation des carbures de réseau.

Les procédés de laminage de Shi Steel

Pour les nuances d'acier telles que 20#, 45#, 20CrMo, 20CrMnTi, 40Cr, 40MnB, produisant des aciers ronds de 50mm à 80mm de diamètre, le laminage normalisé est utilisé.

Cependant, un équilibrage est nécessaire avant le broyeur de finition, ce qui augmente la distance du processus et réduit le rendement. La déformation au cours des quatre dernières passes est accrue pour garantir une plus grande précision du produit et une déformation uniforme sur toute la section transversale, ce qui suggère l'ajout d'un laminoir de calibrage, qui augmente l'investissement. Pour les diamètres supérieurs à 80 mm, un laminage à température contrôlée est nécessaire.

Le laminage thermomécanique est utilisé pour produire de l'acier plat pour ressorts. La finition dans la zone à double phase ferrite-austénite affine les grains austénitiques déformés, ce qui permet d'obtenir des grains ferritiques fins et des colonies de perlite plus petites, améliorant ainsi la résistance et la ténacité de l'acier.

Toutefois, cela nécessite un refroidissement par eau avant et après le laminage de finition, ce qui augmente l'investissement et prolonge la zone de laminage.

Pour l'acier à roulements, le laminage à température contrôlée est nécessaire pour empêcher la précipitation des carbures de réseau et améliorer la qualité de la surface.

Compte tenu des investissements et de l'emplacement du processus, Shi Steel utilise le laminage à température contrôlée, en abaissant la température de départ du laminage, en contrôlant la température de finition et en mettant en œuvre un refroidissement contrôlé après le laminage afin d'obtenir une bonne qualité de surface et une bonne structure interne.

Tableau 2 : Processus de laminage pour différents types d'acier et spécifications