Forgeage par laminage

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Qu’est-ce-que Forgeage par laminage?

Le laminage est un procédé de transformation par passage du métal entre deux cylindres lisses ou cannelés, tournant en sens inverse. En raison de ce mouvement de rotation et de la compression générée par les cylindres, il se produit une réduction en continu de l’épaisseur initiale par déformation plastique du métal. Suivant les profils à réaliser le métal chauffé va passer dans une série de plusieurs laminoirs (jusqu’à plus de 30) dans lesquels la section va être progressivement réduite, et la vitesse accélérée (jusqu’à plus de 100m/s en sortie). Cette technique est utilisée pour la réalisation de tôles, poutrelles et fils en très grande quantité.

Dans le laminage il faut distinguer le laminage à chaud (800 - 1200 °C) qui intervient directement sur les pièces coulées de grande épaisseur, du laminage à froid (T < 200 °C) situé en bout de chaîne. Les capacités de déformation de l’acier étant bien supérieures à chaud qu’à froid, l’essentiel de la réduction se fait lors du laminage à chaud. L’épaisseur des tôles à laminer à froid est comprise entre 1,5 mm et 6 mm. L’épaisseur finale demandée est de 0,5 mm à 0,8 mm pour les tôles destinées aux constructeurs automobiles. Pour les tôles relaminées, constitutives des boîtes boisson, l’épaisseur finale est de 0,17 mm. En laminage à froid, le train étant généralement constitué de quatre à cinq cages, la réduction par passe varie de 20 % à 40 %. Il faut remarquer qu’en laminage à froid, les pressions requises pour déformer la tôle sont relativement grandes. Elles doivent en effet être supérieures à la contrainte d’écoulement de l’acier constitutif de la tôle, dont la valeur s’échelonne de 2000 Pa à 6000 Pa pour les aciers usuels. Dans l’industrie, les vitesses de laminages sont comprises entre 1 m.s-1 et 30 m.s-1 au maximum.

Le laminage à chaud:

C’est le laminage à chaud qui va donner à un demi-produit issu de la coulée, une forme géométrique donnée (largeur, épaisseur, longueur). Le laminage à chaud permet de produire toutes les grandes familles de produits comme les plaques, les bobines, les carrés, les ronds, les fils, les poutrelles, etc. On distinguera 4 étapes successives : le réchauffage, le dégrossissage, les finisseurs et le refroidissement avant les opérations de finissage voire de parachèvement ou de traitement anti corrosion. En amont des laminoirs à chaud, on trouve toujours des fours de réchauffage dans lesquels le métal est porté à une température permettant sa transformation dans des conditions suffisantes de qualité, productivité et coût.

ll existe deux types de four :

  • Les fours poussant : une pousseuse introduit les brames à une extrémité du four, dans lequel les produits déjà enfournés se touchent : à chaque enfournement, le lit de produits avance, ce qui entraîne le défournement d’un produit à l’autre extrémité du four.
  • Les fours à longerons : des longerons mobiles refroidis par eau assurent le transport des brames à l’intérieur du four.

Le dégrossisseur permet de passer de la brame à une ébauche d’épaisseur et de largeur convenable. On distingue des dégrossisseurs continus à 4 ou 5 cages, des dégrossisseurs réversibles à une ou deux cages. Quelle que soit la solution utilisée, le produit n’est engagé que dans une seule cage à la fois. Aux cages horizontales sont associés des galets verticaux réglables pour la mise à largeur ou une véritable cage verticale. L’ébauche est ensuite prise en charge par une table à rouleaux, la table d’attente, en attendant qu’elle soit introduite dans la première cage finisseuse.

Le laminoir dégrossisseur transforme le produit sorti du dégrossisseur en bobine de métal enroulée à chaud ayant une épaisseur de 2 cm maximum. Les finisseurs sont des trains continus « tandem » : le produit est en prise simultanément dans des cages en cascade, très proches, les une des autres. Le laminage de la bande est une opération visant à réduire l’épaisseur pour l’obtention de l’épaisseur finale désirée. Après laminage, la bande est refroidie à l’eau pour atteindre la bonne température, avant d’être bobinée.

Un train à barres est généralement composé d’un four de réchauffage et de trois groupes de cages : un train dégrossisseur, un train intermédiaire et un train finisseur. Le nombre de passes varie couramment de 15 à 25 selon le diamètre laminé. Pour améliorer la précision dimensionnelle, les trains à barres sont mono-veines, c’est-à-dire que dans chaque cage du train, on ne lamine qu’un seul produit à la fois. L’essentiel des produits laminés est de section ronde, mais on lamine aussi des hexagones, des plats, etc. À la sortie du train, les produits sont découpés en barres droites ou enroulés en couronnes. Certaines technologies de cages, où les cylindres sont remplacés par des systèmes de 3 galets (disposés à 120°) ou 4 galets (disposés à 90°), permettent une meilleure précision dimensionnelle, ainsi qu’une gestion plus souple des cages. Les trains à barres visent de plus en plus à fournir des produits directement utilisables à la sortie du train. Les caractéristiques mécaniques du produit sont obtenues sans traitements thermiques ultérieurs par contrôle de la température de laminage et des conditions de refroidissement après laminage.

Le train à fils est destiné à fabriquer des produits livrés en couronnes (mis en spires assemblées de manière compacte) et souvent destinés à une transformation ultérieure (tréfilage, frappe à froid, etc.).  Après un réchauffage entre 950 °C et 1250°C selon les nuances d’acier, la billette est ébauchée dans un train  dégrossisseur. Un 1er éboutage est fait après 5 à 7 passes pour supprimer les extrémités qui se refroidissent plus rapidement et qui se déforment mal. La barre continue ensuite son chemin à travers un train intermédiaire avant d’entrer dans le bloc finisseur. Les trains intermédiaires sont multi-veines sur les outils de grandes capacités. C’est à dire que l’on lamine plusieurs barres en même temps. Dans ce cas le train n’est alors constitué que de cages horizontales et la barre doit subir une torsion après chaque cannelure ovale pour se présenter debout dans la cannelure ronde qui suit. Les blocs finisseurs sont des ensembles de 10 cages liées mécaniquement.

Le parachèvement consiste à travailler les produits de telle sorte qu’ils répondent au cahier des charges du client. Il peut s’agir de découpage, cintrage, grenaillage, mise en peinture, etc. Les installations d’ateliers de parachèvement peuvent être réparties dans deux grandes familles :

  • Des fours de traitement thermique qui vont donner aux produits sidérurgiques les structures métallurgiques et propriétés requises. Ces fours de traitement thermique sont fortement différents selon la nature des opérations qu’on y réalise, mais surtout selon les types de produits traités (barres laminées, fils,  plaques, grosses pièces forgées).
  • Des outils mécaniques donnant aux produits leurs caractéristiques morphologiques finales : dimensionnelles (dressages, écroûtages) et l’état de surface (grenaillage, galetage, écroûtage).

 

Le laminage à froid:

C'est lors du laminage à froid que le métal voit ses caractéristiques mécaniques changer, en effet l'écrouissage local (déformation plastique) augmente la zone de déformation élastique. la limite d'élasticité est repoussée, mais la résistance à la rupture est constante (il s'agit d'une propriété interne du matériau).

Le laminage à froid est généralement réservé aux produits plats (tôles d'acier). Il transforme un produit laminé à chaud en bobine de métal de fine épaisseur (moins de 3 mm). Il existe principalement deux types de laminoirs à froid :

  • le laminoir monocage réversible (le plus simple, la bande passe plusieurs fois dans la même cage de laminoir).
  • le tandem (le plus compliqué, constitué de plusieurs cages (de 4 à 6) au travers desquelles la bande passe simultanément). Le pilotage de ce genre de laminoir est difficile à cause de l'interaction entre les cages.

On notera qu'il existe aussi des laminoirs réversibles à deux cages, mais ce sont des exceptions notables dans le parc mondial des laminoirs. Il peut être suivi d'opérations de revêtement après recuit et écrouissage.