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RÉSUMÉ
L'article se propose de montrer quels types de modèles sont requis pour comprendre, individuellement ou dans leurs interactions, les divers processus liés à la déformation du métal dans un laminoir, pour les optimiser, pour corriger les défauts afin de baisser les coûts. Pour ce faire, il examine les spécificités du procédé, ses enjeux, classe les défauts en géométriques, métallurgiques et de surface et liste les champs disciplinaires requis pour la modélisation. Sans en détailler la dérivation ni les équations, il analyse les hypothèses des modèles existants au regard des réalités physiques et tente de juger de leur apport pratique, avéré ou potentiel.
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Pierre MONTMITONNET : Ingénieur de l’École centrale des arts et manufactures, Docteur ès sciences - Directeur de recherches au CNRS - Centre de mise en forme des matériaux (CEMEF) - École des mines de Paris
INTRODUCTION
Engagée dans une course sans fin à la productivité et à la qualité, l’industrie du laminage fait grande consommation de modèles de toutes sortes. Des modèles « on line » sur ordinateurs servant en direct à la conduite de fours ou de laminoirs aux logiciels « off line » les plus sophistiqués, tournant sur ordinateurs parallèles de dernière génération, et destinés à l’accroissement des connaissances techniques, tous les degrés de complexité sont représentés. Beaucoup de champs disciplinaires aussi : thermique, mécanique des fluides, mécanique des solides, acoustique et vibrations, mécanique des matériaux, physique du solide, génie chimique, corrosion...
L’article se propose de montrer quels types de modèles sont requis pour comprendre, individuellement ou dans leurs interactions, les divers processus liés à la déformation du métal dans un laminoir, pour les optimiser afin de baisser les coûts, objectif final de toutes ces analyses. Il n’est pas question ici de détailler la dérivation ni les équations de ces modèles (que l’on trouvera dans les références citées), mais d’analyser leurs hypothèses au regard des réalités physiques, et par là de juger de leurs apports pratiques, avérés ou potentiels. Ces derniers seront détaillés dans l’article [M 3 066].
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- Version courante de juin 2016 par Pierre MONTMITONNET
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Défauts de laminage. Que modéliser et pourquoi ?Article inclus dans l'offre
"Mise en forme des métaux et fonderie"
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1. Choix fondamentaux
1.1 Définition
Le laminage, opération d’une grande diversité, peut se résumer par la définition suivante :
Opération de mise en forme par déformation plastique, destinée à réduire la section d’un produit de grande longueur, par passage entre deux ou plusieurs outils axisymétriques tournant autour de leur axe ; c’est la rotation des outils qui entraîne le produit dans l’emprise par l’intermédiaire du frottement.
Opération fondamentale en métallurgie, elle voit passer environ 90 % de tout le métal produit, tous métaux et alliages confondus. Quelques exemples d’installations de laminage sont donnés sur la figure 1.
Le laminage vient après l’élaboration du métal, puis la coulée, le plus souvent continue maintenant. Si l’on oublie quelques laminages « exotiques » (laminage d’anneaux et de roues, laminage - retour de barres à forger), il se scinde en :
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laminage de produits longs (barres, fils, tubes, poutrelles, rails...), où les deux dimensions de la section, du même ordre de grandeur en général, sont petites devant la longueur ; les outils sont le plus souvent des cylindres cannelés (figure 1a,b) ;
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laminage de produits plats (tôles, bandes et feuillards) où l’épaisseur est petite devant la largeur, elle-même très inférieure à la longueur. Les outils sont des objets axisymétriques presque cylindriques (au bombé de rectification près) (figure 1c,d).
Le laminage fournit surtout des demi-produits, mais avec des exceptions notables : tôles fortes, poutrelles et rails, certains tubes.... Les autres produits longs sont destinés à l’usinage (barres), au tréfilage (fil machine), au forgeage ; quant aux produits plats, ils vont vers des opérations de mise en forme des métaux en feuilles (emboutissage, découpage fin, repoussage et fluotournage).
On trouvera dans la rubrique « Élaboration et recyclage des métaux » la description des usines, ateliers et laminoirs utilisés dans le cas de la sidérurgie ; des compléments se trouvent, pour les autres métaux et alliages, dans les articles de la rubrique « Mise en forme ». Nous n’en reprendrons ici que ce qui est...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - YUN (I.S.), WILSON (W.R.D.), EHMANN (K.F.) - Review of chatter studies in cold rolling. - Int. J. Mach. Tools & Manuf. 38 (1998), 1499-1530.
-
(2) - VATNE (H.E.), MARTHINSEN (R.), ØRSUND (R.), NES (E.) - Modelling recristallization kinetics, grain sizes and textures during multipass hot rolling. - Met. Mat. Trans. A 27A (1996), 4133-4144.
-
(3) - PIETRZYK (M.), KEDZIERSKI (Z.), KUSIAK (H.), MADEJ (W.), LENARD (J.G.) - Evolution of the microstructure in the hot rolling process. - Steel Research 64, 11 (1993), 549-556.
-
(4) - KARHAUSEN (K.), KOPP (R.), DE SOUZA (M.M.) - Numerical simulation method for designing thermomechanical treatments, illustrated by bar rolling. - Scand. J. Met. 20 (1991), 351-363.
-
(5) - NOAT (P.) - Détermination expérimentale et prise en compte dans un code de calcul par éléments finis de l’anisotropie mécanique d’alliages d’aluminium laminés. - Thèse de Doctorat en Science et Génie des Matériaux, École des mines de Paris (1996).
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