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LA FABRICATION DE BARRES EN ACIER : DE L’ELABORATION DE L’ACIER AU LAMINAGE
L’objectif du premier chapitre est de présenter le processus de fabrication de barre en acier ainsi que les défauts associés. Trois grandes étapes interviennent lors de la fabrication de barre en acier : l’élaboration de l’acier, la coulée continue et le laminage. Face à l’exigence de plus en plus élevée des clients, la maitrise de la santé interne des produits est devenue un enjeu majeur dans l’obtention des produits laminés. Pour cela les sidérurgistes possèdent des moyens de contrôle qui permettent de contrôler des défauts de tailles microscopiques et macroscopiques (MEB, méthode ultrasons…). L’élaboration de l’acier peut s’effectuer dans deux types de fours différents : le convertisseur à oxygène et le four à arc. Vient ensuite l’affinage, cela consiste à insuffler de l’oxygène dans l’acier liquide afin de réduire sa teneur en carbone et éliminer les impuretés présentes. L’acier liquide est ensuite mis en poche, c’est là que les aciéristes vont faire la mise à nuance et à température. La mise à nuance comporte plusieurs étapes : La voie lingot est une méthode ancestrale qui permet d’obtenir des semi-produits massifs. Pour ce faire, l’acier liquide est coulé dans des lingotières réalisées en fonte. La lingotière dispose de dépouilles permettant le démoulage du lingot. Après démoulage les lingots sont laminés afin d’obtenir une géométrie de produits souhaitée et améliorer la santé interne. La voie lingot est de moins en moins utilisée au profit de la coulée continue. En effet, cette technique engendre des coûts importants dus à une mise au mille élevée. Le groupe ABS réalise des lingots de section rectangulaire ou hexagonale avec une masse variant de 6 à 13 tonnes pour des applications spécifiques. La coulée continue est un procédé industriel qui permet de produire des blooms ou des brames de sections diverses en continue. La Figure 3 montre qu’il existe plusieurs types de coulée mais on en retrouve principalement trois qui sont : la coulée verticale, la coulée verticale courbe et la coulée courbe. Le choix du type de coulée est dicté par le type de semi- produits à obtenir (blooms, brames…).
Le principe du laminage
celles-ci, une peau solide commence à se former. Lorsque le produit avance dans la machine, l’épaisseur de la couche solidifiée augmente jusqu’à faire disparaitre les fractions d’acier liquides grâce à un second système de refroidissement (jets d’eau). La Figure 4 illustre les différentes parties qui composent une ligne de coulée continue. Ce procédé a suscité de nombreux travaux tant sur la caractérisation du procédé [CER07] que sur la modélisation des phénomènes thermomécaniques et métallurgiques engendrés dans le produit [COS04], [PAS07] et [HEN09]. Le laminage consiste à déformer un semi-produit à travers des cages de laminage appelées « cage duo » qui sont composées de deux cylindres de même diamètre. Ces derniers peuvent posséder une gravure pour donner une forme à la barre laminée et ils tournent en sens inverse pour diminuer sa section et l’allonger. Les cylindres sont entrainés par un système motoréducteur comme le montre la Figure 5. Le nombre de cages varie en fonction de la section initiale du semi-produit et de la section finale du produit souhaitée par le client. Avant d’être laminés, les blooms sont réchauffés dans un four pour atteindre une température comprise entre 900°C et 1200°C. L’opération de réchauffage permet d’accroître la ductilité de l’acier pour faciliter sa mise en forme en obtenant une structure austénitique [HAL11]. Le laminage à chaud est le plus répandu car il offre de nombreux avantages sur différents points, comme par exemple la réduction des efforts de mise en forme, les aspects dimensionnels et économiques dus à la cadence de production.
On distingue deux types de laminoir, les laminoirs réversibles et les laminoirs tandem. La Figure 6 illustre les deux types de laminoir présentés. Un laminoir réversible est composé d’une seule cage munie de deux cylindres disposant de plusieurs gravures. La barre effectue plusieurs passes dans un sens et dans l’autre alternativement. Des systèmes de retournement sont disposés de chaque côté de la cage afin d’alterner les directions de déformation. Un laminoir tandem se décompose en plusieurs parties : les cages pré-dégrossisseuses, les cages dégrossisseuses, les cages intermédiaires, les cages finisseuses et les cages Kocks (pour le laminage de produits ronds). Ces dernières servent au calibrage de la barre et permettent d’atteindre des tolérances dimensionnelles égales à un quart de la norme DIN. La Figure 7 montre que les cages Kocks sont composées de trois galets orientés à 120°.
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