Les matériaux couramment utilisés pour les cylindres de laminage à chaud sont le 55Mn2, le 55Cr, le 60CrMnMo, le 60SiMnMo, etc. Ces cylindres sont utilisés pour l'usinage de billettes, de tôles épaisses, de profilés en acier, etc. Ils sont soumis à de fortes forces de laminage, à une usure importante et à la fatigue thermique. De plus, fonctionnant à des températures élevées, ils peuvent subir une usure du diamètre au sein d'une unité de travail ; la dureté de surface n'est donc pas requise. Seules une résistance mécanique, une ténacité et une résistance thermique élevées sont requises.Rouleaux laminés à chaudne sont soumis qu'à une normalisation ou une trempe globale, et l'exigence de dureté de surface est de HB190 à 270.Définitions pertinentes.
Les cylindres sont des outils qui provoquent la déformation plastique des métaux (matériaux laminés). Ce sont des consommables importants qui déterminent l'efficacité des laminoirs et la qualité des matériaux laminés. Les cylindres sont des composants essentiels des laminoirs d'acier. Ils utilisent la pression générée par le laminage d'une paire ou d'un groupe de cylindres pour laminer l'acier. Ils supportent principalement les charges dynamiques et statiques, l'usure et l'influence des variations de température pendant le laminage.
Classification des rouleaux
Il y en a beaucouptypes de rouleauxLes types de cylindres les plus couramment utilisés comprennent trois grandes catégories : les cylindres en acier moulé, les cylindres en fonte et les cylindres forgés. On trouve encore quelques cylindres en alliage dur sur les laminoirs à profils.
Méthode de formage : Les cylindres de coulée sont fabriqués par coulée directe d'acier en fusion ou de fonte en fusion. Ils sont classés en deux types selon leur matériau : les cylindres en acier moulé et les cylindres en fonte. Selon leur méthode de fabrication, ils sont classés en deux types : les cylindres de coulée intégrés et les cylindres de coulée composites. Les cylindres forgés sont classés par matériau comme suit : (1) Cylindres forgés en acier allié ; (2) Cylindres forgés en semi-acier ; ⑶ Cylindres forgés en acier semi-rapide ; ⑷ Cylindres forgés en fonte blanche.
Méthodes de traitement : rouleaux intégraux, rouleaux composites métallurgiques et rouleaux combinés
Les cylindres intégraux se distinguent des cylindres composites. La couche extérieure du corps, le noyau et le col du cylindre sont fabriqués à partir d'un seul matériau par moulage ou forgeage. Les différentes structures et propriétés de la couche extérieure et du col du cylindre sont contrôlées et ajustées par moulage, forgeage et traitement thermique. Les cylindres forgés et les cylindres coulés statiquement sont des cylindres intégraux. On distingue deux types de cylindres : les cylindres coulés et les cylindres forgés.
Il existe principalement trois types de cylindres composites métallurgiques : la coulée composite semi-rincée, la coulée composite par débordement (rinçage complet) et la coulée composite centrifuge. Il existe également des cylindres composites fabriqués par des procédés composites spéciaux, tels que la coulée continue pour placage (CPC), le dépôt par pulvérisation, le pressage isostatique à chaud (HIP) et le soudage sous laitier électrolytique. Les cylindres combinés sont principalement des cylindres combinés ajustés.
3. Par matériau de fabrication : rouleaux de série en acier moulé, rouleaux de série en fonte et rouleaux de série forgés ;
4. Types courants de traitement thermique pour les rouleaux : recuit de détente des contraintes, recuit de sphéroïdisation isotherme, recuit de diffusion, normalisation, revenu, trempe et traitement cryogénique.
Forme du corps du rouleau : Il existe différentes méthodes de classification des rouleaux. Selon leur forme, ils peuvent être divisés en types cylindriques et non cylindriques. Les premiers sont principalement utilisés pour la production de tôles, de bandes, de profilés et de fils, tandis que les seconds sont principalement utilisés pour la production de tubes.
Les cylindres sont classés en cylindres de travail et cylindres de soutien selon leur contact avec la pièce laminée. Les cylindres en contact direct avec la pièce laminée sont appelés cylindres de travail. Un cylindre placé à l'arrière ou sur le côté d'un cylindre de travail pour en accroître la rigidité et la résistance, sans contact direct avec la pièce laminée, est appelé cylindre de soutien.
Selon le cadre utilisé, ils sont classés en rouleaux primaires, rouleaux grossiers, rouleaux intermédiaires et rouleaux fins. Selon le type de matériaux laminés, ils peuvent être classés en rouleaux pour tôles et feuillards, rouleaux pour rails et poutrelles, rouleaux pour fils machine et rouleaux pour tubes, etc. Les rouleaux peuvent également être classés en rouleaux laminés à chaud et rouleaux laminés à froid selon l'état de la pièce laminée.
⑴ Rouleaux souples par valeur de dureté : La dureté Shore est d'environ 30 à 40, et ils sont utilisés dans les machines d'ouverture de billettes, les laminoirs grossiers des laminoirs d'acier de grande section, etc.
⑵ Rouleaux semi-durs : Avec une dureté Shore d'environ 40 à 60, ils sont utilisés dans les laminoirs grossiers pour les laminoirs d'acier de grande, moyenne et petite section et les laminoirs à tôles.
⑶ Rouleaux à face dure : Avec une dureté Shore d'environ 60 à 85, ils sont utilisés comme rouleaux d'ébauche et rouleaux de support pour les laminoirs à quatre étages dans les laminoirs à tôles minces, tôles moyennes, aciers de section moyenne et aciers de petite section. ⑷ Rouleaux extra-durs : Avec une dureté Shore d'environ 85 à 100, ils sont utilisés dans les laminoirs à froid.
Type de laminoir : Selon le type de laminoir, les rouleaux peuvent être classés dans les trois catégories suivantes :
(1) Cylindres plats : cylindres des laminoirs à tôles et à bandes, dont le corps est cylindrique. En général, les cylindres des laminoirs à tôles d'acier laminées à chaud sont légèrement concaves. Une fois chauffés et expansés, ils permettent d'obtenir une meilleure forme de tôle. Les cylindres des laminoirs à tôles d'acier laminées à froid sont légèrement convexes. Lors du laminage, ils sont courbés pour obtenir une tôle de bonne forme.
⑵ Rouleaux rainurés : Ils sont utilisés pour le laminage de sections d'acier de grandes, moyennes et petites dimensions, de fils machine et pour l'ouverture initiale des billettes. Des rainures de laminage sont gravées sur la surface du rouleau pour façonner la pièce laminée. ⑶ Rouleaux spéciaux : Ils sont utilisés dans des laminoirs spécialisés tels que les laminoirs de tubes en acier, les laminoirs à roues, les laminoirs à boulets d'acier et les machines de perçage. Les rouleaux de ce type de laminoir existent en différentes formes. Par exemple, pour le laminage de tubes en acier, les rouleaux laminés selon le principe du laminage croisé peuvent être coniques, en forme de tambour ou de disque.
Principe de fonctionnement
Résistant à la fissuration thermique
En général, les principales exigences pour les cylindres grossiers sont la robustesse et la résistance à la fissuration thermique. Les cylindres de travail d'un petit laminoir à 20 cylindres ne pèsent qu'environ 100 grammes, tandis que les cylindres de support d'un laminoir à tôles larges et épaisses pèsent plus de 200 tonnes. Lors du choix des cylindres, il convient de déterminer d'abord le matériau principal assurant une bonne portance (différentes nuances de fonte, d'acier moulé ou d'acier forgé, etc.) en fonction des exigences de résistance de base du laminoir.
Dureté
Les rouleaux de laminage de précision ont une vitesse relativement élevée et les produits finis doivent présenter une certaine qualité de surface. Les principales exigences sont la dureté et la résistance à l'usure. Il faut ensuite tenir compte de la résistance à l'usure que les rouleaux doivent présenter en service.
Résistant aux chocs
De plus, les rouleaux doivent répondre à des exigences particulières. Par exemple, en cas de réduction importante, ils doivent présenter une forte capacité de morsure et une bonne résistance aux chocs.
Douceur
Lors du laminage de produits de faible épaisseur, des exigences strictes sont imposées à la rigidité des rouleaux, à l'uniformité de leur microstructure et de leurs propriétés, à la précision du traitement et à la finition de surface.
Performances de coupe
Lors du laminage de sections d'acier à section complexe, les performances de traitement de coupe de la couche de travail du corps du rouleau et d'autres facteurs doivent également être pris en compte.
Lors du choix des cylindres, les exigences de performance sont souvent contradictoires. Leur coût d'achat et d'entretien est également très élevé. Il est donc important de bien peser le pour et le contre, tant en termes de technologie que d'économie, avant de choisir entre un cylindre moulé ou forgé, un cylindre en alliage ou non, un cylindre mono-matériau ou composite.
Conditions de travail
Lors de son utilisation, il est en outre soumis à diverses contraintes périodiques, qui sont déterminées par trois facteurs : 1 Le laminoir, le matériau laminé et les conditions de laminage, ainsi que la sélection raisonnable des rouleaux ; 2 Les matériaux des rouleaux et leur qualité de fabrication ; 3 Le système d'utilisation et d'entretien des rouleaux.
Variétés de rouleaux
Rouleaux en fonte
Généralement classés selon le procédé de fabrication : les cylindres présentant une structure en fonte blanche (matrice + carbures) dans la couche de travail, grâce au refroidissement rapide du moule métallique, sont appelés cylindres en fonte refroidie. Les cylindres présentant une structure piquée (matrice + carbure + graphite), obtenus par la méthode susmentionnée, mais avec une augmentation appropriée de l'équivalent carbone de la fonte en fusion, sont appelés cylindres en fonte refroidie à l'infini. Les cylindres présentant une structure piquée grossière, obtenue en utilisant des moules métalliques revêtus de sable et en augmentant encore l'équivalent carbone, sont appelés cylindres en fonte semi-refroidie. Parmi toutes les variétés mentionnées ci-dessus, celles dont la microstructure contient du graphite sphérique sont appelées cylindres en fonte ductile. Les cylindres en fonte composite sont ajoutés avec le terme « "compound" ».
Rouleaux d'acier moulé
Généralement classés selon leur teneur en carbone, les cylindres en acier hypereutectoïde présentent une teneur en carbone extrêmement élevée (1,4 à 2,4 %), communément appelés cylindres semi-acier. Les cylindres semi-acier à haute teneur en carbone ont fait leur entrée dans le domaine de la fonte. Il existe un autre type de cylindre en acier hypereutectoïde à haute teneur en carbone : le cylindre en acier graphite. Le graphite qu'il contient est obtenu par inoculation et traitement thermique.
Rouleaux en acier forgé
Il est généralement classé en fonction de son objectif.
Autres
À l'exception de ceux traités par des techniques spéciales, ils sont tous désignés par leur matériau. Les cylindres utilisant la refusion sous laitier électrolytique pour forger des billettes sont appelés cylindres de forgeage par refusion sous laitier électrolytique.
Cause du dommage
Parmi les composants du laminoir, les conditions de fonctionnement des cylindres sont les plus complexes. Des contraintes résiduelles et thermiques sont générées lors des processus de préparation avant la fabrication et l'utilisation des cylindres. En service, ils sont soumis à diverses contraintes périodiques, notamment la flexion, la torsion, le cisaillement, les contraintes de contact et les contraintes thermiques. La répartition de ces contraintes le long du corps du cylindre est inégale et en constante évolution. Cela s'explique non seulement par des facteurs de conception, mais aussi par l'usure des cylindres pendant leur utilisation, ainsi que par les variations continues de température et de forme du cylindre. De plus, des conditions anormales surviennent fréquemment pendant le laminage. Si les cylindres ne sont pas refroidis correctement après utilisation, ils peuvent également être endommagés par les contraintes thermiques. Par conséquent, outre l'usure, les cylindres subissent souvent divers dommages locaux et superficiels tels que des fissures, des fractures, des écaillages et des indentations. Un bon cylindre doit présenter une adéquation optimale entre sa résistance mécanique, sa résistance à l'usure et divers autres indicateurs de performance. Ainsi, non seulement il conserve sa durabilité dans des conditions de laminage normales, mais il est également moins endommagé en cas de situations anormales. Par conséquent, lors de la fabrication des rouleaux, la qualité métallurgique doit être rigoureusement contrôlée ou des mesures externes doivent être prises pour améliorer leur capacité de charge. Une forme de rouleau, une forme de trou, un système de déformation et des conditions de laminage adaptés peuvent également réduire la charge utile des rouleaux, éviter les pics de contrainte locaux et prolonger leur durée de vie.
Méthodes de réparation
Usure de la position du roulement
Méthodes de réparation pour les matériaux composites polymères. Ils se caractérisent par une adhérence extrêmement forte, une excellente résistance à la compression, à l'usure et à la corrosion, entre autres propriétés complètes. Lorsque la taille d'usure de la pièce de transmission est relativement petite, elle peut être réparée sur site sans démontage grâce à l'utilisation de matériaux composites à haut poids moléculaire. Cela évite non seulement le traitement mécanique, mais n'entraîne également aucune contrainte thermique ni impact thermique dû au soudage. L'épaisseur de réparation n'est pas non plus limitée. Parallèlement, la résistance à l'usure du produit et la propriété d'élasticité que les matériaux métalliques ne possèdent pas garantissent un contact et un ajustement à 100 % sur la zone réparée, réduisent les impacts et les vibrations de l'équipement, évitent le risque d'usure et prolongent considérablement la durée de vie des composants de l'équipement (y compris les roulements), ce qui permet d'économiser d'importants temps d'arrêt pour l'entreprise et de créer une énorme valeur économique.
Méthode de réparation par soudage à froid : La machine de soudage à froid utilise le principe de la décharge d'étincelles électriques à haute fréquence pour réaliser un soudage de surface non thermique sur la surface métallique. Ainsi, lors de la réparation de défauts tels que les trous de sable et les rayures sur les rouleaux, il n'y a ni déformation, ni recuit, ni contre-dépouille, ni contrainte résiduelle, et l'état de la structure métallique n'est pas altéré. Elle offre une grande précision de réparation, avec des épaisseurs de revêtement allant de quelques microns à plusieurs millimètres. Elle peut effectuer des fonctions telles que le dépôt, le scellement et le remplissage de défauts tels que l'usure, les rayures, les piqûres, les fissures, la déformation, la réduction de dureté, les trous de sable et les dommages sur les pièces métalliques. Seuls le meulage et le polissage sont nécessaires, et elle peut également subir divers traitements mécaniques tels que le tournage, le fraisage, le rabotage et la rectification, ainsi que des post-traitements tels que la galvanoplastie.
Cause de la fracture
1. Rupture fragile : la surface de rupture de ce type de rouleau est relativement plate et la surface du corps du rouleau autour de la surface de rupture est relativement nette.
2. Fracture ductile : la surface de fracture de ce type de rouleau a principalement la forme d'une tête de champignon, et le corps du rouleau près de la surface de fracture est entièrement brisé dans un état écrasé.
La rupture fragile et la rupture ductile sont toutes deux causées par une contrainte des cylindres supérieure à la résistance du noyau. Leur apparition est liée à la contrainte résiduelle des cylindres eux-mêmes, aux contraintes mécaniques pendant le laminage et aux contraintes thermiques des cylindres. Leur probabilité de survenue est particulièrement élevée lorsque la différence de température entre la surface et le noyau du cylindre est importante. Cette différence de température peut être due à un mauvais refroidissement du cylindre, à une interruption du refroidissement ou à une surchauffe de la surface du cylindre au début d'un nouveau cycle de laminage. Cette différence de température importante entre la surface et le noyau du cylindre entraîne une contrainte thermique importante. Lorsque les contraintes thermiques, mécaniques et résiduelles importantes dépassent la résistance du noyau, elles entraînent la rupture du cylindre. Comparé aux cylindres produisant des surfaces de rupture fragiles, le matériau du noyau des cylindres produisant des surfaces de rupture ductiles présente une meilleure ténacité et est moins susceptible de se rompre.
Il existe quatre types de contraintes pouvant entraîner la défaillance des rouleaux :
1. Contraintes résiduelles pendant le processus de fabrication.
2. Contrainte mécanique pendant le processus de laminage.
3. Contrainte organisationnelle des rouleaux pendant le processus de laminage.
4. Contrainte thermique causée par la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur des rouleaux.
Si la fracture est causée par une contrainte résiduelle excessive pendant la fabrication, le rouleau cassé se produit généralement lors des premières fois où le rouleau est initialement mis en service sur la machine, et il s'agit des premiers morceaux de matériau laminé à être laminés.
Si la rupture est causée par une contrainte mécanique, une contrainte mécanique importante est nécessaire. La partie du cylindre qui subit la plus grande force est le col du cylindre côté entraînement. Si les indicateurs de performance mécanique du matériau sont insuffisants, le col du cylindre côté entraînement sera le premier à être endommagé dans des conditions de laminage normales. D'après les situations réelles de laminage et de rupture du cylindre, la rupture du corps du cylindre n'est pas due à une contrainte mécanique.
La teneur en austénite résiduelle de la couche externe a l'impact le plus important sur la contrainte d'organisation. Sous l'effet alterné de la température et de la pression de laminage, l'austénite résiduelle se transforme en martensite ou en bainite. En raison du faible volume spécifique d'austénite et de son volume spécifique important, la transformation microstructurale entraîne une expansion volumique, ce qui entraîne une augmentation des contraintes de compression dans la couche de travail du cylindre et une augmentation des contraintes de traction dans le noyau. Lorsque la contrainte dans le noyau dépasse la résistance du matériau, la rupture du cylindre est inévitable. Compte tenu de l'influence de l'austénite résiduelle sur la contrainte d'organisation et des conditions de fonctionnement des cylindres dans les laminoirs continus tropicaux, il suffit généralement de maintenir la teneur en austénite résiduelle des cylindres à moins de 5 % pour garantir une utilisation sûre. La teneur en austénite résiduelle de la couche externe du cylindre rompu étant inférieure à 1 %, la contrainte d'organisation peut être ignorée. La rupture du cylindre peut également être liée à une contrainte thermique due à des variations de température. Lors du fonctionnement du rouleau sur la machine, en raison de son contact étroit avec le matériau laminé, la température de surface du rouleau augmente rapidement, tandis que celle de son noyau augmente plus lentement. À ce moment, la différence de température entre la surface et le noyau du rouleau est maximale, et la contrainte thermique du rouleau causée par cette différence est également maximale. Si la contrainte thermique et la contrainte résiduelle du rouleau se superposent et dépassent la limite de résistance du noyau du rouleau, une rupture accidentelle du rouleau peut se produire.
Méthodes de prévention des fractures
Pour prévenir la fracture, des efforts doivent être déployés sous quatre aspects : la réduction des contraintes résiduelles de fabrication, des contraintes mécaniques, des contraintes organisationnelles et des contraintes thermiques.
En conditions normales, la plupart des contraintes résiduelles de fabrication sont éliminées lors du traitement thermique et diminuent progressivement avec la durée de stockage des cylindres. Par conséquent, stocker les cylindres neufs pendant un certain temps avant utilisation peut réduire le risque de rupture. La principale méthode pour éviter les contraintes mécaniques importantes est d'éviter la surfusion de l'acier. La méthode pour réduire les contraintes organisationnelles consiste à maintenir la teneur en austénite résiduelle dans la couche de travail du corps du cylindre à moins de 5 %.traitement thermiqueLa réduction des contraintes thermiques passe par un refroidissement optimal des cylindres pendant le laminage de l'acier. Les contraintes résiduelles de fabrication, les contraintes mécaniques, les contraintes organisationnelles et les contraintes thermiques sont les principales causes de rupture des cylindres en acier à haute teneur en chrome. Un traitement thermique, des conditions de laminage et un refroidissement adéquats permettent de prévenir efficacement la rupture des cylindres en acier à haute teneur en chrome.
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