Compréhension des mécanismes d'endommagement couplés des cylindres de travail pour le laminage à chaud des alliages ferreux et non ferreux

Assessment of work roll coupled damage mechanisms for ferrous and non-ferrous alloy hot rolling

• Auteur / Autrice : Olivier Joos
• Direction : Farhad Rézaï-Aria
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fatigue thermique

Usure (mécanique)

Thermochimie

Tribologie (technologie)

Outils à métaux

Résumé

L'arrêt d'un laminoir à chaud pour remplacer un cylindre de travail est coûteux. Le remplacement d'un cylindre intervient dès que la qualité de surface de la bande n'est plus satisfaisante. Or la qualité de surface de la bande est le miroir de celle du cylindre. Du fait des nombreuses sollicitations de service couplées (oxydation, abrasion/adhésion, fatigue thermique), la surface des cylindres est progressivement endommagée. Suivant la position du cylindre dans le train, l'amplitude relative des sollicitations varie. L'augmentation de la productivité du laminoir passe par l'augmentation de la durée de vie d'un cylindre, c'est-à-dire l'augmentation de la résistance à l'oxydation, à l'abrasion/adhésion et/ou à la fissuration thermique de la nuance. L'objectif de ce travail consiste à corréler la microstructure de 4 nuances d'étude à la résistance aux différentes sollicitations, qui, à l'échelle du laboratoire, ont été découplées. Après avoir identifié les différences microstructurales des nuances à travers plusieurs paramètres (structure de solidification ; nature, composition chimique, morphologie et distribution des carbures primaires et secondaires ; structure et composition chimique de la matrice,…), nous montrons dans un premier temps comment ces paramètres influencent les mécanismes d'oxydation des nuances. Dans un second temps, nous analysons l'impact de ces paramètres sur les mécanismes d'endommagement lors de sollicitations couplées : l'abrasion et l'oxydation d'une part, la fatigue thermique et l'oxydation d'autre part. L'optimisation de la microstructure d'une nuance se fera en pondérant la présence de ces différents paramètres

The interruption of a hot strip mill in order to replace a work roll is very expensive. This replacement is mainly motivated by strip surface quality degradation. The strip surface quality is the mirror of the roll one. Because of numerous coupled solicitations during service (oxidation, abrasion/adhesion, thermal fatigue), the roll surface is continuously damaged. The relative amplitude of each solicitation depend of the roll position in the mill. The productivity improvement is also linked to the roll life increase, in others words is linked to the enhancement of roll resistance to oxidation, abrasion/adhesion and/or thermal cracking. The aim of this study consists in correlating microstructure of 4 roll grades with resistances against solicitations. At the laboratory level, solicitations are decoupled in order to better study the impact of microstructural parameters on damage mechanisms. After highlighting grade microstructural differences through numerous parameters (such as the solidification structure; the type, chemical composition, morphology and distribution of both primary and secondary carbides ; the structure and chemical composition of the matrix,…), we show firstly how these parameters influence grade oxidation mechanisms. Secondly we analyse the impact of these parameters on wear mechanisms against coupled solicitations: abrasion and oxidation on a one side, thermal fatigue ant oxidation on the other side. By weighing these parameters, it will be possible to optimize the microstructure