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Auteur(s)
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Pascal FABRÈGUE : Ingénieur « Institut Galilée » - Direction Développement Produit - Usinor Packaging
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Lire l’articleINTRODUCTION
Quelle que soit leur utilisation finale, les produits sidérurgiques subissent, au cours de leur fabrication, au moins une étape de mise en forme à chaud, le plus souvent dissociée de la phase d’élaboration. La vocation initiale de cette phase de mise en forme – le laminage – est l’obtention de caractéristiques géométriques données.
Des études menées depuis plus de quarante ans par de nombreuses équipes [IRSID, McGill University, Sheffield University...] ont montré qu’au cours du laminage (sous-entendu le réchauffage, le laminage proprement dit et le refroidissement jusqu’à la température ambiante) la structure métallurgique de l’acier évolue en permanence. Ces travaux ont en outre permis de cerner les phénomènes métallurgiques mis en jeu et de déterminer les paramètres (mécaniques, thermiques ou compositionnels) qui les contrôlent. Dès lors, en jouant sur ces différents paramètres dans le respect des contraintes imposées par les outils industriels, il est théoriquement possible de modifier la structure et, donc, les propriétés finales du produit : de ce fait, le laminage devient un traitement thermomécanique. Il est important de noter que l’optimisation des schémas de laminage est tout aussi fondamentale pour les produits qui subissent ultérieurement des étapes de mise en forme à froid (tôles pour l’automobile, tôles pour boîtes de boisson, tôles électriques...).
Dans cet article, nous allons décrire les différentes phases du laminage, discuter les mécanismes physiques mis en jeu et les moyens de les exploiter ou, au contraire, de les inhiber. Quelques exemples de traitements thermomécaniques appliqués sur les outils d’aujourd’hui seront présentés.
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- Version courante de mai 2020 par Astrid PERLADE, Thierry IUNG
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Quels outils pour quels types de produitsArticle inclus dans l'offre
"Élaboration et recyclage des métaux"
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1. Quelques rappels concernant les aciers
En préliminaire, il est important de rappeler la principale spécificité de l’acier par rapport à bon nombre de matériaux métalliques, à savoir que sa structure cristallographique change en fonction de la température comme le montre le diagramme de phase Fe-C de la figure 1. Dans le cas des aciers conventionnels, nous pouvons schématiser ces transitions solide/solide de la façon suivante :
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à hautes températures (T > Ae3), la structure cristallographique est de type cubique à faces centrées et, s’agissant d’une phase unique, l’austénite, nous parlerons de structure, de phase ou de domaine austénitique (ou γ ) ;
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à basses températures (T < Ae1), la structure est du type cubique centré. Dans ce cas, plusieurs phases possédant cette cristallographie peuvent être présentes simultanément : la ferrite, la cémentite et la perlite (eutectoïde ferrite + cémentite) pour ce qui concerne les phases dites d’équilibre, la bainite, la martensite et l’austénite résiduelle pour ce qui est des phases hors d’équilibre. Nous parlerons alors de phase α et, par abus de langage, de phase ferritique ;
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à températures intermédiaires, la structure est un mélange de phase austénitique et de phase α (le plus souvent de la ferrite), les proportions respectives des phases étant fixées par la température et la chimie de l’acier. On est dans le domaine intercritique.
Ae1 température d’équilibre définissant la limite inférieure du domaine d’existence de l’austénite ;
Ae3 température d’équilibre définissant la limite supérieure du domaine d’existence de la ferrite.
En pratique, pour la plupart des produits sidérurgiques, la phase de mise en forme à chaud est réalisée dans le domaine austénitique (même si, dans certains cas spécifiques, on cherche à terminer le laminage dans le domaine intercritique voire totalement ferritique). Au cours du refroidissement en sortie du laminoir, l’acier passera donc progressivement de la phase γ à la phase α.
Nous verrons par la suite comment les conditions de refroidissement, la composition chimique de l’acier et l’état structural de l’austénite...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - IRVINE (K.J.), PICKERING (F.B.), GLADMAN (T.) - * - JISI 205, p. 161 (1967).
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(2) - LESLIE et al - * - Trans. Am. Soc. Met. 46, p. 1 470 (1954).
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(3) - NARITA - * - Transaction ISIJ 15, p. 145 (1975).
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(4) - MCQUEEN (H.J.), JONAS (J.J.) - in Treatise on materials science and technology, - vol. 6. Édité par Arsenault (R.J.) Academic Press, New York, p. 393.
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(5) - TEGART (W.J.) - in Recrystallization 92. - Éds Fuentes et Gil Sevillano. San Sebastian, Trans. Tech. Publications p. 1.
-
(6) - JONAS (J.J.) - in Mathematical modelling of hot rolling of steel. - Proceeding of the International Symposium in Hamilton, edited by S. Yue, p. 99 (1990).
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