Les facteurs qui influent le cycle de refroidissement
Les aciers sont, dans le cas général, laminés à l’état austénitique de structure cubique à face centrée (γ) alors qu’à température ambiante les aciers sont de structure cubique centrée (α) ; le refroidissement fait donc l’objet d’une transformation allotropique. Suivant les conditions de refroidissement, la composition chimique de l’acier et l’état structural de l’austénite (taille et écrouissage du grain) vont être considérablement influencées. C’est ce qui démontre l’importance de la phase de refroidissement dans le concept des traitements thermomécaniques.
1.Effet de la vitesse de refroidissement :
Le diagramme de transformation en condition de refroidissement continu TRC est un diagramme utilisé pour prévoir la structure cristallographique d'un solide soumis à des transformations thermomécaniques. (Voir aussi Diagramme Fer-Carbone Annexe [1]).
Pour une nuance d’acier et une taille de grain austénitique données, deux des principaux effets de la vitesse de refroidissement sont directement visibles sur le diagramme TRC:
· Premièrement, plus la vitesse de refroidissement est élevée, plus la température de début de transformation est basse
· Simultanément, à la structure ferrito-perlitique obtenue à basse vitesse de refroidissement se substitue une structure partiellement bainitique voire martensitique (qui sont instable)
Le troisième effet, non observable sur le diagramme TRC, concerne la taille du grain ferritique, plus la vitesse de refroidissement est élevée, plus le grain ferritique est fin et par conséquence les caractéristiques mécaniques sont élevées.
2. Effet de l’état structural de l’austénite
Les deux paramètres qui caractérisent l’état structural de l’austénite, à savoir la taille du grain et le niveau d’écrouissage résiduel, ont une influence importante sur la nature et la taille de la structure finale. Toutes choses égales par ailleurs, plus le grain austénitique est fin ou plus il est écroui, plus le diagramme TRC est décalé vers la gauche, ce qui traduit le fait qu’à une vitesse de refroidissement donnée le point de transformation Ac3 sera plus élevé et, simultanément, la structure obtenue plutôt du type ferrito-perlitique que ferrito-bainitique, et qu’en conséquence elle sera plus douce. Dans le cas de nuances peu chargées et donc peu trempantes (aciers extra-doux, par exemple), l’effet de la taille de grain austénitique et/ou de son écrouissage résiduel va uniquement porter sur la taille du grain ferritique ; plus le grain γ est fin et/ou écroui, plus le grain ferritique est fin. Ce résultat est explicable par le fait que plus le grain austénitique est fin et/ou écroui, plus la densité de sites de germination de la ferrite sera élevée.
3. Effet de la composition chimique :
L’effet des éléments présents dans les aciers sur la nature des phases obtenues à température ambiante est décrit ci-dessous de façon simple :
· Carbone : plus la teneur en carbone est élevée, plus la température de transformation sera basse et plus l’acier sera trempant, conduisant donc à des caractéristiques mécaniques élevées.
· Manganèse : l’effet de cet élément est du même ordre que le carbone mais de moindre intensité.
· Silicium : cet élément étant alphagène, il a tendance à relever le point de transformation Ar3. Néanmoins, il est surtout utilisé pour sa capacité à générer des structures de type dual-phase (ferrito-martensitique) ou des structures de type TRIP (Transformation InducedPlasticity) caractérisées par la présence d’austénite résiduelle à température ambiante.
· Molybdène, du chrome et du bore : ces éléments sont reconnus pour être très trempants, en particulier le bore, compte tenu des teneurs de 5.10–3 % qui lui sont caractéristiques.
· Niobium, du titane et du vanadium : l’effet de ces éléments est un peu plus complexe. En termes de transformation, ils augmentent la trempabilité de l’acier.
III. Problématique.
Le processus de refroidissement des tôles se fait à l’air ambiant ce qui rend l’échange thermique très long, et surtout pour les tôles fortes d’épaisseur supérieure à 25mm qui peut aller jusqu’à 4heures pour qu’elle puisse passer àl’étape suivante ‘’le Dérivage‘’.
Parmi les conséquences de ce problème on peut citer :
ü Arrêt de production.
ü Retard de produit pour le client.
ü Perte du temps.
ü Perte d’énergie.
Conclusion
Le temps de séjour des tôles dans la zone de refroidissement est un enjeu très important au niveau de limitation de production. L’étude théorique et réelle du problème, et l’optimisation du temps de séjour, vont faire l’objet des chapitres suivants.