1. Défauts de qualité des billettes tubulaires et leur prévention.
Les billettes tubulaires utilisées pour la fabrication de tubes sans soudure peuvent être des billettes rondes issues de coulée continue, des billettes rondes laminées (forgées), des billettes rondes creuses coulées par centrifugation ou des lingots d'acier. En pratique, on privilégie les billettes rondes issues de coulée continue en raison de leur faible coût et de leur bonne qualité de surface.
1.1 Défauts d'aspect, de forme et de qualité de surface des billettes tubulaires.
1.1.1 Défauts de forme d'aspect : Pour les billettes tubulaires rondes, les défauts de forme d'aspect comprennent principalement le diamètre et l'ovalisation des billettes tubulaires, la tolérance du chanfrein de coupe de la face d'extrémité, etc. Pour les lingots d'acier, les défauts de forme d'aspect des billettes tubulaires comprennent principalement la forme incorrecte du lingot d'acier due à l'usure du moule à lingot, etc.
Défauts de diamètre et d'ovalité des tubes ronds : En pratique, on considère généralement que lors du perçage d'un tube, le taux de réduction de pression avant la tête de perçage est proportionnel au degré de repliement vers l'intérieur du tube brut. Plus ce taux est élevé, plus le risque de formation prématurée de la cavité du trou est important, et plus le tube brut est susceptible de présenter des fissures internes. En production, les paramètres de perçage de la machine sont déterminés en fonction du diamètre nominal du tube, ainsi que de son diamètre extérieur et de son épaisseur. Lors du réglage du perçage, si le diamètre extérieur du tube dépasse la tolérance positive, le taux de réduction de pression avant la tête augmente, ce qui provoque un défaut de repliement vers l'intérieur du tube brut. À l'inverse, si le diamètre extérieur dépasse la tolérance négative, le taux de réduction de pression avant la tête diminue, et le point de morsure initial se déplace vers le col, rendant le perçage difficile. Défaut d'ovalisation : Si l'ovalisation du tube est irrégulière, celui-ci tournera de manière instable après son entrée dans la zone de perforation, et le rouleau risque de rayer sa surface, engendrant des défauts de surface sur le tube brut. Défaut de biseau de l'extrémité de l'ébauche tubulaire ronde : L'épaisseur de paroi de l'extrémité avant de l'ébauche tubulaire perforée est irrégulière. Ceci est principalement dû au fait que, lorsque l'ébauche tubulaire ne comporte pas de trou de centrage, le poinçon entre en contact avec l'extrémité de l'ébauche lors du processus de perforation. En raison du biseau important sur cette extrémité, le nez du poinçon peine à se centrer correctement, ce qui entraîne une épaisseur de paroi irrégulière.
1.1.2 Défauts de qualité de surface (billette tubulaire ronde coulée en continu) : fissures de surface de la billette : fissures longitudinales, fissures transversales, fissures en réseau. Causes des fissures longitudinales :
A. Le décalage d'écoulement causé par le défaut d'alignement de la buse et du cristalliseur érode la couche solidifiée du lingot tubulaire ; B. Les propriétés de fusion du laitier protecteur sont insuffisantes, la couche de laitier liquide est trop épaisse ou trop mince, ce qui entraîne une épaisseur irrégulière du film de laitier et, par conséquent, une couche solidifiée localement trop mince du lingot tubulaire ; C. Les fluctuations du niveau de liquide de cristallisation (lorsque la fluctuation du niveau de liquide est supérieure ou égale à ± 10 mm, le taux d'apparition de fissures est d'environ 30 %) ; D. La teneur en P et S de l'acier (P ≥ 0,017 %, S ≥ 0,027 %, les fissures longitudinales ont tendance à augmenter) ; E. Lorsque la teneur en C de l'acier est comprise entre 0,12 % et 0,17 %, les fissures longitudinales ont tendance à augmenter.
Mesures préventives : A. S’assurer de l’alignement de la buse et du cristalliseur ; B. Stabiliser le niveau du liquide de cristallisation ; C. Utiliser un cône de cristallisation adapté ; D. Sélectionner un laitier de protection performant ; E. Utiliser un cristalliseur à tête chaude.
Causes des fissures transversales : A. Des marques de vibration trop profondes sont la principale cause des fissures transversales ; B. Une teneur accrue en (niobium, aluminium) dans l’acier est un facteur déclenchant ; C. Le redressage du lingot tubulaire est effectué à une température de 900 à 700 °C ; D. L’intensité du refroidissement secondaire est trop élevée.
Mesures préventives:
A. Le cristalliseur utilise une fréquence élevée et une faible amplitude afin de réduire la profondeur des marques de vibration sur la surface interne du lingot. B. La zone de refroidissement secondaire est équipée d'un système de refroidissement progressif et stable, garantissant une température de surface supérieure à 900 °C pendant le redressage. C. Maintenir la surface du liquide de cristallisation stable. D. Utiliser un laitier de protection à faible viscosité et présentant de bonnes propriétés lubrifiantes.
Causes des fissures de surface du réseau : A. Le lingot à haute température absorbe le cuivre du cristalliseur, qui devient liquide puis s’infiltre le long du joint de grain austénitique ; B. Des éléments résiduels dans l’acier (tels que le cuivre, l’étain, etc.) restent à la surface du tube et s’infiltrent le long du joint de grain ;
Mesures préventives : A. Chromage de la surface du cristalliseur pour augmenter la dureté superficielle ; B. Utilisation d’un volume d’eau de refroidissement secondaire approprié ; C. Contrôle des éléments résiduels dans l’acier ; D. Contrôle du rapport Mn/S pour garantir un rapport Mn/S > 40. On considère généralement que lorsque la profondeur des fissures superficielles du tube ne dépasse pas 0,5 mm, la fissure s’oxyde pendant le processus de chauffage et ne provoque pas de fissures superficielles sur le tube en acier. Cependant, comme les fissures en surface du lingot de tube s’oxydent fortement pendant le processus de chauffage, elles s’accompagnent souvent de particules d’oxydation et d’une décarburation après laminage.
Cicatrices du tube et peau épaisse :
Causes : La température de l’acier en fusion est trop basse, l’acier en fusion est trop visqueux, la buse est obstruée, le flux d’injection est dévié, etc. Le plissement externe du tube en acier, causé par les marques de surface et l’épaisseur de la peau de l’ébauche, diffère des défauts de marques et de plissement externe des tubes bruts produits lors du laminage. Il présente des caractéristiques d’oxydation très marquées, accompagnées de particules d’oxydation et d’une décarburation importante ; de l’oxyde ferreux est présent au niveau du défaut.
Porosité des billettes tubulaires : Généralement, de petits pores se forment à la surface de la billette tubulaire suite à la rupture de bulles sous-jacentes lors de la coulée de l’acier en fusion. Après le laminage de la billette, une fine pellicule se forme à la surface du tube d’acier.
creux et rainures des billettes tubulaires :
Causes des piqûres et rainures dans l'ébauche tubulaire : D'une part, elles peuvent se former lors de la cristallisation de la pièce coulée, en raison de la forte conicité du cristalliseur ou d'un refroidissement irrégulier de la zone de refroidissement secondaire ; d'autre part, elles peuvent être causées par des dommages mécaniques ou des rayures à la surface de l'ébauche tubulaire lorsque celle-ci n'a pas complètement refroidi. Après perforation, des plis ou des marques (piqûres) et de larges plis externes (rainures) se forment à la surface du tube brut.
« Oreilles » sur l'ébauche de tube : principalement dues à une mauvaise fermeture de l'entrefer (entre le cylindre de redressage de la machine de coulée continue et le cylindre de laminage du laminoir). Lors du redressage ou du laminage de l'ébauche, une pression excessive ou un entrefer trop faible peuvent entraîner l'entrée d'une trop grande quantité de métal. Après perforation, un pli externe en spirale se forme à la surface du tube brut. Quel que soit le défaut de surface de l'ébauche, des défauts peuvent apparaître sur le tube en acier lors du laminage. Dans les cas les plus graves, le tube laminé est mis au rebut. Il est donc essentiel de renforcer le contrôle de la qualité de surface des ébauches et d'éliminer les défauts. Seules les ébauches conformes aux normes peuvent être utilisées pour la production de tubes par laminage.
1.2 Défauts d'organisation à faible puissance des billettes tubulaires :
Bulles sous-cutanées visibles dans les billettes tubulaires : Leur formation est due à une désoxydation insuffisante de l’acier en fusion et à la présence de gaz (notamment d’hydrogène) dans ce dernier. Ce défaut se manifeste par une pellicule irrégulière à la surface extérieure du tube après perforation ou laminage, ressemblant à des « ongles ». Dans les cas les plus importants, cette pellicule peut recouvrir toute la surface. Ce type de défaut, généralement petit et superficiel, peut être éliminé par meulage.
Fissures sous-jacentes dans les billettes tubulaires : Leur formation est principalement due aux variations répétées de température de la couche superficielle de la billette tubulaire ronde issue de la coulée continue, qui se produisent après de multiples changements de phase. Généralement, elles ne génèrent pas de défauts, et s’il y en a, il s’agit d’un léger pli externe.
Fissures centrales et médianes dans les billettes tubulaires : Les fissures centrales et médianes des billettes tubulaires rondes issues de la coulée continue sont les principales causes du plissement interne des tubes en acier sans soudure. Leurs origines sont complexes et impliquent les effets du transfert de chaleur lors de la solidification, la pénétration et les contraintes au sein de la billette. De manière générale, elles sont toutefois principalement déterminées par le processus de solidification dans la zone de refroidissement secondaire.
Défauts et retassures dans les billettes tubulaires : principalement dus à la croissance avancée du grain de la billette lors de la solidification, le mouvement du métal liquide est influencé par le retrait causé par le refroidissement dans le sens de la solidification. Si la billette tubulaire ronde pour coulée continue présente des défauts et des retassures, cela n'aura que peu d'incidence sur la qualité du tube brut après laminage oblique et perforation.
1.3 Défauts de microstructure des billettes tubulaires : observation au microscope à fort grossissement ou au microscope électronique
Lorsque la composition et la structure de la billette sont hétérogènes et qu'une forte ségrégation se produit, le tube d'acier laminé présentera une structure fortement strié, ce qui affectera ses propriétés mécaniques et sa résistance à la corrosion, et le rendra non conforme aux exigences. Une teneur excessive en inclusions dans la billette affectera non seulement les performances du tube, mais risque également de provoquer des fissures lors de sa fabrication.
Facteurs : éléments nocifs dans l'acier, composition et ségrégation de la billette tubulaire, et inclusions non métalliques dans la billette tubulaire.
2. Défauts de chauffage des billettes tubulaires : Lors de la production de tubes sans soudure laminés à chaud, deux étapes de chauffage sont généralement nécessaires entre la billette et le tube fini : un chauffage avant perforation et un recuit du tube brut après laminage, avant calibrage. Pour les tubes laminés à froid, un recuit intermédiaire est requis afin d'éliminer les contraintes résiduelles. Bien que chaque étape de chauffage ait un objectif différent et que le four puisse varier, un paramétrage et un contrôle inadéquats peuvent engendrer des défauts de chauffage dans la billette (tube), affectant ainsi la qualité du tube. Le chauffage de la billette avant perforation vise à améliorer la plasticité de l'acier, à réduire sa résistance à la déformation et à assurer une bonne structure métallographique au tube laminé. Les fours utilisés sont les fours annulaires, les fours à poutre mobile, les fours à sole inclinée et les fours à sole mobile. Le réchauffage des tubes bruts avant calibrage a pour but d'augmenter et d'homogénéiser leur température, d'améliorer leur plasticité, de contrôler leur structure métallographique et de garantir leurs propriétés mécaniques. Les fours de réchauffage utilisés sont principalement des fours à poutre mobile, des fours à sole continue à rouleaux, des fours à sole inclinée et des fours à induction. Le recuit des tubes en acier lors du laminage à froid vise à éliminer l'écrouissage induit par la transformation à froid, à réduire la résistance à la déformation de l'acier et à préparer le tube pour la suite de son usinage. Les fours de recuit utilisés sont principalement des fours à poutre mobile, des fours à sole continue à rouleaux et des fours à sole mobile. Les défauts courants lors du chauffage des billettes tubulaires incluent un chauffage non uniforme (aspect yin et yang de la surface), l'oxydation, la décarburation, les fissures de chauffage, la surchauffe et la surcuisson. Les principaux facteurs affectant la qualité du chauffage des billettes tubulaires sont : la température de chauffage, la vitesse de chauffage, le temps de chauffage et de maintien, et l’atmosphère du four.
Température de chauffage des billettes tubulaires : elle se manifeste principalement par une température trop basse, trop élevée ou irrégulière. Une température trop basse augmente la résistance à la déformation de l’acier et réduit sa plasticité. En particulier, si la température de chauffage ne permet pas une transformation complète de la structure métallographique de l’acier en grains d’austénite, le risque de fissuration de la billette tubulaire augmente lors du laminage à chaud. À l’inverse, une température trop élevée entraîne une oxydation importante, une décarburation, voire une surchauffe ou une brûlure excessive de la surface de la billette tubulaire.
Vitesse de chauffage des billettes tubulaires : La vitesse de chauffage des billettes tubulaires est étroitement liée à l'apparition de fissures. Une vitesse de chauffage trop élevée favorise l'apparition de ces fissures. En effet, l'élévation de la température en surface crée une différence de température entre le métal interne et le métal externe, engendrant une dilatation thermique inégale et des contraintes thermiques. Lorsque ces contraintes dépassent la limite d'élasticité du matériau, des fissures se forment, aussi bien en surface qu'à l'intérieur de la billette. Lors du perçage d'une billette fissurée, des fissures ou des plis peuvent apparaître sur les surfaces interne et externe du tube brut. Prévention : Il est recommandé d'utiliser une vitesse de chauffage réduite lorsque la billette est encore froide à son entrée dans le four. Cette vitesse peut ensuite être augmentée progressivement à mesure que la température de la billette augmente.
Durée de chauffage et de maintien en température des billettes tubulaires : La durée de chauffage et de maintien en température des billettes tubulaires est liée aux défauts de chauffage (oxydation superficielle, décarburation, granulométrie grossière, surchauffe, voire brûlure excessive, etc.). En règle générale, plus le tube est chauffé longtemps à haute température, plus le risque d’oxydation, de décarburation, de surchauffe et même de brûlure excessive en surface est élevé, ce qui peut, dans les cas les plus graves, rendre le tube en acier inutilisable. Mesures préventives : A. S’assurer que le tube est chauffé uniformément et que sa structure est entièrement austénitique ; B. Dissoudre les carbures dans les grains d’austénite ; C. Éviter la formation de grains d’austénite grossiers et l’apparition de cristaux mixtes ; D. Éviter la surchauffe et la brûlure excessive du tube après chauffage.
En résumé, pour améliorer la qualité du chauffage du tube et prévenir les défauts de chauffage, les exigences suivantes sont généralement respectées lors de la définition des paramètres du processus de chauffage : A. Température de chauffage précise afin de garantir que la perforation soit réalisée dans la plage de températures offrant la meilleure perméabilité du tube ; B. Température de chauffage uniforme : l’écart de température entre le tube dans le sens longitudinal et transversal ne doit pas dépasser ±10 °C ; C. Limiter la combustion du métal pendant le chauffage et éviter la sur-oxydation, les fissures superficielles et le collage du tube ; D. Système de chauffage adapté : la température, la vitesse et la durée de chauffage (y compris le temps de maintien) doivent être correctement coordonnées afin d’éviter la surchauffe, voire la combustion, de l’ébauche du tube.
Date de publication : 29 septembre 2024