Étude expérimentale et simulation numérique du comportement mécanique des calamines lors du laminage à chaud

• Main Author: Picque, Benjamin
• Language: ENG
• Published: École Nationale Supérieure des Mines de Paris 2004
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; Calamine; Laminage à chaud; Finisseur; Simulation numérique; Fissures; Méthode éléments finis; émission acoustique; Test de flexion 4 points
• Online Access: http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001360; http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/50/00/43/PDF/these-picque.pdf

Le laminage à chaud des aciers représente une des étapes les plus critiques dans l'obtention de produits finis ayant une bonne qualité de surface. L'augmentation de la productivité ajoutée à l'accroissement des besoins du client induit des règles de plus en plus sévères pour les trains à bandes. L'aspect de surface d'une bande est un enjeu très important en termes de coûts d'opération du laminoir et de limitation de productivité. Parmi tous les défauts de surface, le plus défavorable provient de la couche d'oxyde (calamine) formée à la surface de l'acier pendant le laminage à chaud, à l'entrée du finisseur (dernière partie du laminoir): la calamine secondaire dont le comportement mécanique est toujours mal connu. La calamine secondaire peut être fissurée sous les contraintes imposées par les passes successives de laminage, et peut être incrustée dans son substrat en acier; ce défaut est appelé "défaut de calamine incrustée". De plus, l'extrusion du métal sous-jacent dans les fissures de calamine engendre d'importantes modifications locales des conditions de frottement et de transfert thermique. En conséquence, une description précise des mécanismes de déformation de la calamine est nécessaire pour définir au mieux les conditions aux limites sous emprise, et mieux comprendre les mécanismes de défauts d'incrustation. Notre objectif scientifique est donc de réaliser un modèle physique et numérique réaliste, capable de simuler l'écoulement de la calamine dans une emprise de laminage, et en particulier son endommagement. Après la présentation du procédé industriel et du contexte de l'étude, les propriétés physiques et mécaniques des calamines dans le finisseur sont mises en évidences. Le logiciel éléments finis Forge2® sélectionné pour cette étude pour simuler le comportement de la calamine dans une cage de finisseur est présenté. Les développements numériques réalisés pour simuler les différents types d'endommagement de la calamine (fissure, décohésion, glissement, extrusion) sont décrits. Trois tests mécaniques ont été sélectionnés pour reproduire les sollicitations subies par la couche d'oxyde en entrée d'emprise et pouvant conduire à sa fissuration: le test de flexion 4 points, le test de traction et le bipoinçonnement. Une étude numérique est réalisée en parallèle. Avec ces trois essais mécaniques, réalisés à chaud, la description mécanique d'une cage de laminage est suffisamment complète pour simuler le procédé industriel dans de bonnes conditions.