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1 CEMEF - Centre de Mise en Forme des Matériaux

Abstract : Hot rolling of steels represents one of the most critical steps to achieve finished products with high surface quality. The increasing productivity added to the rising customer requirements result in more and more severe scheduling rules for the HSM. Strip surface aspect is very important in terms of HSM operation costs and productivity limitation. Among all surface defects, the most crippling comes from the oxide scale formed at the surface of the steel during the hot rolling, at the entry of the finishing mill last part of the hot strip mill: the secondary scale, mechanical behaviour of which is still poorly known. The secondary scale may fracture under the stresses imposed by the successive rolling passes, and can be embedded in the steel strip surface: this defect is called -rolled-in scale defect-. In addition, the extrusion of the subjacent metal inside the oxide cracks induces large local modifications of friction and heat transfer conditions. Consequently, a precise description of oxide scale deformation mechanisms is necessary to better define the boundary conditions in a roll bite and to better understand the initiation mechanisms of rolled-in scale defects. Our scientific objective is then to provide a realistic physical and numerical model to simulate the oxide scale flow in the roll bite and in particular, its damage. After the presentation of the industrial process and the context of this study, the physical and mechanical properties of the oxide scale in the finishing mill are investigated. We introduce the Forge2® finite element software, selected for this study to simulate the oxide scale behaviour in a finishing mill stand. The numerical developments performed to simulate the different kinds of oxide damage are described. Three mechanical tests have been selected to approach the solicitations undergone by the oxide scale at the entry of the roll gap, suspected to be critical for damage: the 4-point hot bending test, the hot tension test and the hot plane strain compression test. A numerical study is performed in parallel. Based on constitutive data obtained from these three mechanical tests, the mechanical description of a rolling stand is sufficient for satisfactory simulation of the industrial process.

Résumé : 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.

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Keywords : Oxide scale Steel Hot rolling Finishing mill Numerical simulation Cracks Finite element method Acoustic emission 4-point bending test

Mots-clés : émission acoustique Test de flexion 4 points Calamine Finisseur Simulation numérique Laminage à chaud Méthode éléments finis Fissures





Autor: Benjamin Picque -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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