Exigences de performance et tendances de développement des matériaux des cylindres de travail laminés à froid

Les tôles d'acier laminées à froid (y compris les tôles d'acier galvanisées, étamées, revêtues et émaillées) sont largement utilisées dans l'industrie chimique, l'industrie légère, l'automobile, les machines, la construction, l'eau et l'électricité, le pétrole, le charbon, les chemins de fer et d'autres secteurs, et sont indispensables et importantes dans l'économie nationale. Variétés d'acier. Les rouleaux sont des composants d'équipement essentiels et très importants pour la production de tôles laminées à froid. L'augmentation de la demande de tôles laminées à froid a également conduit à une augmentation substantielle du nombre d'entreprises de production de rouleaux. Cependant, la capacité de production de rouleaux d'acier forgés laminés à froid haut de gamme est encore très limitée. En raison de l'utilisation d'équipements importés, seules quelques entreprises de laminage peuvent fournir des rouleaux haut de gamme, et le vide ne peut encore être comblé que par des importations. Avec l'amélioration progressive du contrôle numérique, la modernisation, l'automatisation et la continuité des laminoirs, les exigences en matière de qualité des rouleaux deviennent de plus en plus élevées.

Principales exigences de performance pour les tôles laminées à froid rouleaux de travail produits

①Résistance au roulement

Français La résistance à la déformation pendant le laminage à froid est bien supérieure à celle pendant le laminage à chaud. Au stade initial du mordant, la surface du cylindre de travail de laminage à froid doit non seulement résister à une pression supérieure à 1×104MPa, mais également résister à la contrainte de cisaillement causée par le frottement entre le cylindre et l'interface de la plaque. Afin de répondre aux exigences rigoureuses d'utilisation, la résistance à la traction σb du cylindre de travail de laminage à froid est d'environ 2×103MPa et la structure interne doit être uniforme. L'émergence de la fusion sous vide, du dégazage sous vide, du coulage sous vide et d'autres technologies empêche non seulement la génération d'oxydes, mais améliore également la ségrégation des éléments d'alliage dans le lingot d'acier en contrôlant la température d'injection et la vitesse d'injection, et améliore la compacité et l'uniformité de la composition de la structure. La technologie de refusion sous laitier électrolytique fait entrer la pureté de l'acier dans une nouvelle ère. L'ajout de molybdène, de vanadium et d'autres éléments d'alliage améliore la résistance de l'acier du cylindre de travail de laminage à froid et améliore diverses propriétés des matériaux en acier du cylindre de travail de laminage à froid.

②Résistance à l'usure des rouleaux

Il existe deux formes principales d'usure des rouleaux de laminage à froid pendant le processus de laminage à froid : l'usure macroscopique dans le sens radial et la diminution de la rugosité de surface. La quantité d'usure macroscopique détermine la durée de vie du rouleau de laminage à froid. Lorsque la billette passe d'un lingot à une brame, en particulier lors du laminage de divers types de plaques minces à grande vitesse, la durée de vie des rouleaux de travail de laminage à froid sera considérablement raccourcie en raison de l'usure importante pendant le processus de laminage à froid. Cela est devenu un gros problème qui doit être résolu de toute urgence. De nombreuses publications ont largement et profondément discuté du problème de l'usure des rouleaux de travail de laminage à froid : par exemple, l'usure causée par les oxydes d'aluminium dans l'acier laminé à froid. Sous l'action d'une contrainte de laminage cyclique importante, la surface du rouleau de laminage à froid peut être déformée, ce qui entraîne la production de fines particules d'usure, qui sont oxydées pour former des particules abrasives et provoquent directement l'usure des rouleaux de travail de laminage à froid. Pendant le processus de laminage à froid du rouleau de travail de laminage à froid dans la zone chaude, la surface du rouleau générera immédiatement des oxydes en raison de l'oxydation, puis les oxydes useront le rouleau. Lorsque le rouleau à froid est laminé à grande vitesse, la rugosité de la surface augmente progressivement à mesure que la billette mord. Par conséquent, la capacité de régénération de la surface du rouleau détermine la durée de vie ultérieure du rouleau de travail de laminage à froid.

En résumé, les mesures visant à améliorer la résistance à l’usure des rouleaux à froid sont les suivantes :

(1) Augmenter la teneur en chrome pour améliorer la durée de vie des rouleaux à froid ;

(2) Utiliser la technologie de traitement de surface pour améliorer la durée de vie du roulement ;

(3) Laminé à froid en acier rapide ;

(4) L’ajout de Ti améliore la résistance à l’usure ;

(5) Utiliser la technologie de moulage par pulvérisation de métal pour améliorer la résistance à l'usure.

③Performance anti-accidentelle des rouleaux

La résistance aux accidents fait référence à la résistance à la fissuration thermique, à l'écaillage et aux chocs thermiques. rouleaux laminés à froid Pendant l'utilisation. À mesure que les laminoirs modernes évoluent vers des vitesses et des pressions élevées, des accidents tels que le blocage de l'acier, le chevauchement des laminoirs et le glissement pendant le processus de laminage des laminoirs à froid entraîneront une augmentation du frottement sur la surface des rouleaux froids, entraînant une augmentation instantanée de la température. Le collage de l'acier se produit lorsque la température atteint 1000 °C. En général, l'augmentation de la température de surface locale du rouleau froid provoque une surchauffe locale et des modifications des propriétés organisationnelles. Les fissures à la surface des rouleaux de travail laminés à froid sont principalement causées par la combinaison de contraintes thermiques et de contraintes structurelles causées par une surchauffe locale pendant le processus de laminage. Les fissures générées dans le rouleau de travail laminé à froid pendant le processus de laminage précédent doivent être complètement éliminées par meulage à temps, sinon des éclats importants et profonds se formeront dans le processus de laminage ultérieur, provoquant une défaillance prématurée du rouleau de travail laminé à froid. Cet éclatement sous forme d'expansion de microfissures est la principale cause de défaillance précoce des rouleaux de travail laminés à froid pendant l'utilisation.

④Profondeur de la couche durcie

En augmentant la profondeur de la couche durcie du rouleau à froid, le diamètre réel du rouleau peut être augmenté et la durée de vie du rouleau de travail de laminage à froid peut être efficacement prolongée ; en raison de la réduction du nombre de re-trempes, le coût d'utilisation du rouleau à froid peut être efficacement réduit. Lorsque la teneur en chrome de l'acier laminé à froid passe de 2% à 3%, la profondeur de la couche durcie du rouleau de travail de laminage à froid augmentera également de 10 mm à 15 mm. Afin d'améliorer la dureté du rouleau de travail de laminage à froid, nous pouvons ajouter une quantité appropriée d'élément nickel à l'acier forgé traditionnel à base de chrome du rouleau de travail de laminage à froid. Tout en augmentant la dureté du rouleau de laminage à froid, la profondeur de la couche durcie peut également être augmentée de 7 à 8 mm. Au milieu des années 1980, le traitement cryogénique à l'azote liquide et la technologie de chauffage par induction à double fréquence étaient largement utilisés. La teneur en élément d'alliage chrome est passée de 3% à 5%. Non seulement la profondeur de la couche durcie dépassera 50 mm, mais la valeur initiale de dureté de surface du rouleau laminé à froid sera également aussi élevée que 100 (HSD).

Tendances de développement des matériaux de cylindres de travail laminés à froid

① Laminé à froid à haute teneur en chrome

En augmentant la teneur en élément Cr, la trempabilité du matériau du rouleau de travail laminé à froid peut être améliorée. Mitsubishi Steel a développé un nouveau type de matériau de laminage à froid en acier forgé à haute teneur en chrome. Les résultats des tests prouvent que la résistance à l'usure d'un rouleau à froid avec une teneur en Cr de 10% est deux fois plus élevée que celle d'un rouleau à froid avec une teneur en Cr de 3%. Lorsque la teneur en élément Cr est encore augmentée à 18%, la résistance à l'usure du rouleau laminé à froid sera également améliorée. En ajustant l'équilibre entre le carbone et le chrome, non seulement une dureté plus élevée peut être obtenue à une température de trempe plus basse, mais la sensibilité à la rupture du matériau du rouleau peut également être réduite, réduisant ainsi l'apparition d'accidents de rupture de rouleau. Les rouleaux de laminage à froid ont une forte résistance à la rupture du rouleau et une bonne rétention de la rugosité, et peuvent être adaptés au laminage dans des conditions de travail difficiles telles qu'une force de laminage importante et des exigences de précision de produit élevées.

② Rouleau de laminage à froid amélioré hautement allié

Afin d'améliorer les propriétés mécaniques et les performances du nouveau cylindre de travail laminé à froid, des améliorations ont été apportées sur la base du matériau des cylindres de travail laminés à froid 5% Cr, en modifiant la teneur en pourcentage d'éléments tels que Mo et V ou en ajoutant une quantité appropriée d'éléments puissants formant des carbures tels que Ti, Nb, etc. pour former de nouveaux matériaux pour les cylindres de la série Cr5. La résistance à l'usure et la résistance aux chocs thermiques des nouveaux cylindres de travail laminés à froid en matériau de la série Cr5 peuvent être considérablement améliorées.

L'azote peut renforcer les propriétés mécaniques du rouleau. Il a une forte affinité avec les éléments d'alliage tels que le chrome, le vanadium, le titane et le niobium dans l'acier, et peut générer des nitrures stables qui existent dans l'acier sous différentes formes. Le nitrure est plus susceptible de former des secondes phases fines et dispersées, d'inhiber la croissance des grains d'austénite et a un effet significatif d'affinage des grains, améliorant considérablement la résistance, la dureté et d'autres propriétés mécaniques du matériau du rouleau. Par conséquent, en contrôlant la teneur en azote dans le matériau du rouleau de laminage à froid, nous pouvons améliorer les performances globales du rouleau de travail de laminage à froid, ce qui fournit également une direction importante pour le développement des matériaux du rouleau.

③ Laminé à froid en acier semi-rapide forgé

Lors de l’utilisation réelle de cylindres de travail laminés à froid, des accidents de production tels que le blocage de l'acier, le collage de l'acier et la rupture de la courroie peuvent se produire. La structure locale et la dureté du corps du cylindre de travail laminé à froid fabriqué à partir de matériaux des séries Cr3 et Cr5 changeront, provoquant des microfissures locales ou un pelage massif sur la surface du cylindre, réduisant ainsi la résistance aux accidents du cylindre de laminage à froid. Le matériau des cylindres de travail laminés à froid en acier semi-rapide forgé est développé sur la base du matériau des cylindres de travail laminés à froid 5% Cr. En raison de l'ajout important d'éléments de formation de carbure solides Cr, Mo et V, le type de carbure obtenu après trempe est principalement de type M7C3. Les carbures de type (HV2500) et MC (HV3000) sont principalement utilisés. L'existence de carbure de haute dureté garantit que le cylindre en acier semi-rapide forgé présente une bonne résistance à l'usure et une résistance élevée aux accidents.

④Laminé à froid en acier rapide

Les rouleaux d'acier rapide ont été mis en production et en application pratique au Japon en 1988, puis aux États-Unis au début des années 1990. Par rapport au Japon et aux États-Unis, l'application pratique des rouleaux d'acier rapide en Europe a commencé plus tard mais s'est développée rapidement. À l'heure actuelle, la fabrication à grande échelle de rouleaux d'acier rapide en Chine en est encore à ses balbutiements et les technologies clés n'ont pas encore été percées. Les rouleaux d'acier rapide ne sont utilisés que dans quelques grandes entreprises sidérurgiques dirigées par Baosteel. La réalisation de recherches sur la technologie de fabrication et d'utilisation des rouleaux d'acier rapide peut jeter les bases de la promotion et de l'application de nouveaux rouleaux d'acier rapide, et présente donc une valeur pratique très importante.

Actuellement, les rouleaux à froid en acier rapide sont utilisés dans des dizaines d'entreprises sidérurgiques telles que Inland Steel Company aux États-Unis, Dofasco Company au Canada, Akers Company en Suède et Nippon Steel Company, et les résultats d'utilisation sont bons. Le matériau des rouleaux en acier rapide contient un grand nombre d'éléments de formation de carbure. Les types de carbure sont principalement les types MC et M2C, qui amélioreront considérablement la résistance, la rugosité de surface et la résistance à l'usure des rouleaux de laminage à froid. Par conséquent, l'utilisation de rouleaux en acier rapide peut réduire considérablement la consommation de rouleaux et réduire le nombre de changements de rouleaux, ce qui contribue à réduire les coûts de laminage et à améliorer la qualité des plaques. En raison de la teneur élevée en carbone et en alliage des rouleaux de laminage à froid en acier rapide, son processus de production est plus complexe. À l'heure actuelle, il n'existe pas de méthodes fiables de fusion, de forgeage et de traitement thermique, de sorte que la technologie de traitement est médiocre et le taux de rendement est également faible. Il s'agit également d'une technologie clé qui doit être résolue à l'avenir.