Pourquoi les rainures sont endommagées dans les rouleaux d'acier rapide - et comment y remédier

Les rouleaux en acier rapide (HSS) sont largement utilisés dans les laminoirs à chaud en raison de leur excellente résistance à l'usure, de leur longue durée de vie et de leur excellent rapport qualité-prix. Dans la production de barres d'acier nervurées, les rouleaux HSS peuvent fournir un rendement de laminage bien supérieur à celui de nombreux matériaux de rouleaux conventionnels. Cependant, en fonctionnement réel du broyeur, les performances finales des rouleaux HSS dépendent non seulement du matériau lui-même, mais également de la conception des rainures, des conditions de refroidissement, des pratiques de réparation et du contrôle de fonctionnement.

Un cas pratique de production de barres nervurées a montré que deux modes de défaillance courants peuvent se produire lors de l'utilisation de rouleaux HSS : la rupture du collier de rouleau entre les rainures adjacentes et l'écaillage ou l'écaillage des rainures au fond de la rainure. Ces problèmes peuvent affecter directement la qualité du produit, réduire la durée de vie des rouleaux et, dans les cas graves, même provoquer des accidents de roulement ou des temps d'arrêt inattendus. Selon le journal, ces défauts créaient autrefois un risque caché important dans la production et conduisaient à un taux annuel moyen de produits défectueux d'environ 0,02 %.

D'un point de vue technique, ce type de dommage est essentiellement un processus de rupture par fatigue. Pendant le laminage, les rainures sont soumises à des conditions de travail complexes, notamment la force de roulement, la charge d'impact, les contraintes thermiques répétées provoquées par le matériau chaud et l'eau de refroidissement, ainsi que les contraintes de compression axiale. Sous ces charges combinées et fluctuantes, des microfissures peuvent s'initier et se propager progressivement jusqu'à l'apparition visible d'une fracture, d'un bombardement ou d'un effritement local.

Le document identifie plusieurs raisons majeures derrière les dégâts. Un facteur clé était la résistance insuffisante du collier enroulé. En pratique, une dureté plus élevée améliore la résistance à l’usure, mais elle réduit également la ténacité, ce qui rend la zone du collier plus vulnérable à la casse. L'expérience de conception traditionnelle n'était plus suffisante dans les conditions réelles de roulage. Un autre facteur important était les mauvaises performances de refroidissement. Une décoloration bleue au bord de la rainure et des températures de surface supérieures à 80°C indiquent que l'effet de refroidissement est insuffisant, ce qui favorise la formation de fissures. De plus, si la surépaisseur de réparation des rainures était trop faible, des microfissures pouvaient subsister après tournage puis s'agrandir rapidement lors de la remise en service du rouleau. Le document note également qu'une largeur de passe K2 excessive et un fonctionnement inapproprié, tel qu'un contact anormal du guide ou un enroulement du rouleau, pourraient accélérer davantage l'endommagement des rainures.

Pour résoudre ces problèmes, plusieurs mesures pratiques ont été mises en œuvre. Tout d'abord, l'entraxe des rainures a été augmenté et la largeur du collier de rouleau a été élargie pour améliorer la résistance du collier. Dans le même temps, le rayon du congé de rainure a été élargi pour réduire la concentration des contraintes. Deuxièmement, le système de refroidissement a été amélioré. Un nouveau système de recirculation d'eau à moyenne pression a été introduit et le dispositif de refroidissement des rouleaux a été optimisé à plusieurs reprises pour améliorer l'efficacité du refroidissement. Pendant la production, la pression de l'eau de refroidissement a été maintenue au-dessus de 0,5 MPa et, après l'arrêt du laminage, la température de la surface des rainures a été contrôlée en dessous de 35°C. Troisièmement, l'indemnité de réparation a été augmentée pour garantir que toutes les fissures au fond et au bord de la rainure soient complètement éliminées avant la remise en service du rouleau. Enfin, un contrôle plus strict a été appliqué à la conception et au fonctionnement du broyeur afin d'éviter les surcharges et les dommages mécaniques accidentels.

Les résultats de l'amélioration étaient très clairs. Après l'application de ces mesures correctives, l'usine n'a plus connu de ruptures répétées des colliers de rouleaux ni d'écaillage des rainures lors de la production de barres nervurées. Pour le laminage de barres nervurées de 12 mm, le rendement moyen par rainure atteint environ 350 tonnes, soit environ 230 tonnes de plus que celui des rouleaux bainitiques. Avec une durée de vie des rainures plus longue et une fréquence de changement de rouleaux réduite, l'efficacité de la production s'est considérablement améliorée. Le journal rapporte que le taux d'exploitation de l'usine a augmenté en moyenne de 2,08 %, tandis que la production annuelle a augmenté d'environ 15 000 tonnes, créant ainsi des avantages économiques considérables.

Ce cas montre une fois de plus que l'application réussie des rouleaux HSS n'est pas déterminée uniquement par la qualité du matériau. Une conception appropriée des rainures, un refroidissement suffisant, une élimination complète des fissures pendant la réparation et des pratiques d'exploitation disciplinées sont tous essentiels pour obtenir des performances stables et une durée de vie maximale des rouleaux. Pour les aciéries qui cherchent à améliorer l’efficacité du laminage et à réduire le coût total des rouleaux, ces détails sont tout aussi importants que le matériau du rouleau lui-même.