Formage des tubes métalliques - Procédés – Analyse détaillée du laminage à pas de pèlerin

Les tubes, corps creux de grande longueur, sont omniprésents dans les technologies mécaniques appliquées à tous les champs de l’industrie. Originellement transporteurs de fluides, ils peuvent être conteneurs (de la pharmacie aux tubes-gaines de combustible nucléaire…), pièces de structures allégées, réacteurs... Les matériaux se sont diversifiés (tous métaux et alliages métalliques, polymères, ciment, verres et céramiques) ; les tailles vont du nanomètre (nanotubes de carbone !) au mètre (pipe-line), en passant par le micromètre (tubes capillaires, aiguilles…) et l’échelle millimétrique ou centimétrique. Si l’on pense immédiatement aux tubes « lisses » qui nous entourent, il ne faut pas oublier que la section peut être bien plus complexe (tubes à ailettes pour échangeur de chaleur, tubes à rainures circonférentielles, longitudinales ou hélicoïdales…).

Évidemment, à cette diversité de matériaux et d’usages correspond une très grande variété de procédés de fabrication. Nous nous concentrons dans la suite de cet article sur les tubes métalliques, de section géométrique simple, obtenus par des procédés de mise en forme de grande diffusion (laminage, filage, étirage…).

Dans la mise en forme des tubes métalliques, on cherche comme toujours à donner à un matériau-ébauche une forme précise, des propriétés mécaniques adéquates via une microstructure contrôlée, et un état de surface idoine pour l’utilisation du produit. La particularité des tubes est de comporter une surface externe et une surface interne : leur calibrage demande souvent l'intervention de plusieurs outils. Entre les deux surfaces, la paroi est souvent mince, ce qui rapproche, par certains côtés, cette mise en forme de celle des métaux en feuille.

Les tubes et tuyaux de grande dimension peuvent être obtenus par coulée centrifuge (tuyaux en fonte, cf. figures 1 et  et  ). Le roulage-soudage, à partir de bande laminée à plat, fournit des tubes en acier, en aluminium, de diamètre compris entre 10 mm et 2 m ; on peut ensuite descendre beaucoup plus bas, en dessous du millimètre de diamètre, par des étirages successifs. Enfin, si l’on veut des tubes sans soudure pour éliminer une faiblesse potentielle, on a recours au filage, laminage, étirage.

Cet article est constitué de deux parties. La première est une présentation générale et succincte des principaux procédés de mise en forme des tubes. Elle regroupe des informations issues de plusieurs articles du traité Matériaux, auquel on renverra le lecteur pour plus de détails ; elle s’appuie aussi sur l'ouvrage de Roberts  qui reste fondamental pour les procédés de laminage de l’acier en général, et sur la somme récente de Brensing et Sommer  qui porte plus spécialement sur la mise en forme des tubes d’acier.

Dans la seconde partie, on prend l’exemple d’un procédé peu ou mal connu, le laminage à pas de pèlerin, pour se livrer à une analyse approfondie des conditions mécaniques de déformation. Une partie des résultats est d’application générale en laminage des tubes, d’autres sont spécifiques à ce procédé bien particulier ; ces points seront précisés.