Les fissures de déformation lors de la production de barres d'armature représentent l'un des défis les plus frustrants pour les opérateurs de laminoirs. Ces défauts réduisent non seulement la qualité du produit, mais entraînent également d'importants gaspillages de matériaux et des retards de production.. Dans ce guide, nous explorons les causes profondes de ces problèmes et proposons des solutions pratiques basées sur l'expérience réelle des aciéries du monde entier..
Comprendre les fissures de déformation lors du laminage des barres d'armature
Lorsque des billettes d'acier chaudes traversent les cages du laminoir, ils subissent d'énormes changements de pression et de température. Dans des conditions idéales, l'acier se déforme uniformément et sort sous forme de barres d'armature de haute qualité. Cependant, quand quelque chose ne va pas dans ce processus, des fissures et des déformations apparaissent en surface ou à l'intérieur du produit fini.
Ces défauts se manifestent généralement sous forme de fissures longitudinales le long de la longueur des barres d'armature., fissures transversales sur les côtes, coutures superficielles, ou des vides internes qui compromettent l'intégrité structurelle. Pour les applications de construction, de telles barres d'armature défectueuses présentent de sérieux risques pour la sécurité et doivent être rejetées lors du contrôle de qualité.
Faits en bref sur les défauts des barres d'armature
- Les fissures superficielles expliquent 35-40% de tous les rejets de qualité des barres d'armature
- Des réglages incorrects de l'écartement des rouleaux provoquent environ 25% des problèmes de déformation
- Les problèmes de qualité des billettes contribuent à 20-30% des formations de fissures
- Les pertes de production dues à ces défauts peuvent atteindre 2-5% de la production totale
Principales causes de déformation et de fissures dans les laminoirs
1. Mauvais réglage de l'écart entre les rouleaux
L'écart entre les rouleaux est l'espace entre deux rouleaux de travail dans une cage de laminage. Lorsque cet écart est mal réglé, de sérieux problèmes surviennent. Un écart trop petit crée une pression excessive sur l'acier, provoquant des fissures de surface et des fractures de contrainte internes. Un écart trop important entraîne une déformation incomplète, conduisant à des imprécisions dimensionnelles et à des points faibles dans la structure des barres d'armature.
Les opérateurs d'usine expérimentés savent que les tolérances d'écartement des rouleaux pour la production de barres d'armature doivent généralement rester à ± 0,3 mm pour les supports de finition.. Même de petits écarts au-delà de cette plage peuvent déclencher des problèmes de qualité, en particulier lors de la production de barres d'armature de plus petit diamètre, comme des tailles de 8 mm ou 10 mm.
2. Mauvaise qualité des billettes
La qualité des billettes entrantes affecte directement la qualité finale des barres d'armature. Les billettes produites à partir de la fusion de ferraille d'acier contiennent souvent des niveaux plus élevés d'impuretés telles que le soufre., phosphore, et inclusions non métalliques. Ces impuretés créent des points faibles dans la matrice en acier qui se fissurent sous la contrainte du laminage..
Les défauts courants des billettes qui entraînent des fissures dans les barres d'armature comprennent:
- Porosité interne et cavités de retrait dues à la coulée
- Incrustations de calcaire et d'oxydes en surface
- Ségrégation du carbone et d'autres éléments d'alliage
- Fissures formées lors de la coulée continue
- Teneur excessive en soufre ci-dessus 0.045%
3. Conception de passe-rouleau usée
Les passes de rouleaux s'usent avec le temps en raison de l'action abrasive de l'acier chaud et des cycles thermiques.. Lorsque le profil de la rainure s'écarte de sa conception originale, le modèle d'écoulement de l'acier change pendant le laminage. Cette déformation inégale crée des concentrations de contraintes qui se manifestent par des fissures de surface ou des défauts internes.
Pour les opérations typiques de laminage de barres d’armature, les passes de rouleaux intermédiaires peuvent être traitées autour 15,000-20,000 tonnes avant de nécessiter un rebroyage. Les passes de finition manipulant la formation finale des nervures nécessitent généralement une attention particulière après 8,000-12,000 tonnes, en fonction de la nuance d'acier et de la vitesse de laminage.
4. Température de roulement incorrecte
L'acier se comporte très différemment à différentes températures. Le roulage à des températures trop basses augmente la résistance à la déformation et peut provoquer une déchirure de la surface. Le laminage à des températures trop élevées favorise la formation excessive de tartre et la croissance des grains, affaiblir le produit final.
| Scène roulante | Plage de température optimale | Limite basse critique | Limite supérieure critique |
|---|---|---|---|
| Décharge du four | 1150-1200°C | 1100°C | 1250°C |
| Entrée du broyeur d'ébauche | 1100-1150°C | 1050°C | 1180°C |
| Moulin intermédiaire | 1000-1080°C | 950°C | 1100°C |
| Entrée du moulin de finition | 950-1020°C | 900°C | 1050°C |
| Sortie du broyeur de finition | 850-950°C | 800°C | 1000°C |
5. Conditions de refroidissement inégales
Après avoir quitté les stands d'arrivée, les barres d'armature passent à travers des boîtes de refroidissement par eau avant d'atteindre le lit de refroidissement. Si le refroidissement est inégal sur toute la section transversale de la barre, des contraintes thermiques se développent qui peuvent provoquer une déformation, flexion, ou même craquer. Ce problème devient plus grave avec les barres d'armature de plus grand diamètre en raison de la plus grande différence de température entre la surface et le noyau..
Solutions pratiques pour éliminer les fissures de déformation
Solution 1: Inspection et maintenance systématiques des passages de rouleaux
Établissez un calendrier d'inspection régulier pour tous les passages de rouleaux dans votre laminoir. Utilisez des jauges de profil pour mesurer les dimensions des rainures et les comparer aux spécifications d'origine. Lorsque l'usure dépasse les limites acceptables, planifier un réaffûtage immédiat ou un remplacement de rouleau.
Conseil pratique: Gardez les jeux de rouleaux de rechange pré-broyés et prêts pour un changement rapide. Cela minimise les temps d'arrêt de production lorsque les rouleaux usés doivent être remplacés.. Les usines les plus efficaces conservent au moins deux jeux de rechange complets pour chaque support..
Les points d'inspection clés comprennent:
- Variation de profondeur de rainure (ne doit pas dépasser 0,5 mm par rapport à la conception)
- Uniformité de la largeur des rainures sur toute la face du rouleau
- Rugosité de surface des parois des rainures
- Présence de gerces thermiques ou de fissures de fatigue sur les rouleaux
- Alignement entre les rainures des rouleaux supérieur et inférieur
Solution 2: Calibrage précis de l'écart entre les rouleaux
Avant de démarrer chaque campagne de production, calibrer les écarts entre les rouleaux à l'aide de tests d'empreinte au plomb ou de systèmes de mesure laser. Documentez les paramètres de chaque stand et comparez-les aux paramètres éprouvés issus de cycles de production réussis..
| Taille des barres d'armature | Écart de passe de finition | Écart de pré-finition | Tolérance | Vitesse de roulement typique |
|---|---|---|---|---|
| 8mm | 0.8-1.0mm | 2.5-3.0mm | ±0,2 mm | 85-95 MS |
| 10mm | 1.0-1.2mm | 3.0-3.5mm | ±0,25 mm | 55-65 MS |
| 12mm | 1.2-1.5mm | 3.5-4.0mm | ±0,25 mm | 38-45 MS |
| 16mm | 1.5-1.8mm | 4.5-5.0mm | ±0,3 mm | 22-28 MS |
| 20mm | 1.8-2.2mm | 5.5-6.0mm | ±0,3 mm | 14-18 MS |
| 25mm | 2.2-2.5mm | 6.5-7.0mm | ±0,35 mm | 9-12 MS |
| 32mm | 2.8-3.2mm | 8.0-9.0mm | ±0,4 mm | 5.5-7.5 MS |
Solution 3: Contrôle qualité des billets entrants
Mettre en œuvre des procédures strictes d'inspection à l'arrivée pour toutes les billettes entrant dans votre laminoir. Cela devrait inclure une inspection visuelle des défauts de surface, contrôles dimensionnels, et analyse chimique périodique pour vérifier la composition.
| Élément chimique | Contenu maximal (%) | Effet en cas de dépassement |
|---|---|---|
| Carbone (C) | 0.22-0.25 | Fragilité accrue, risque de fissure plus élevé |
| Soufre (S) | 0.045 | Shortitude chaude, déchirure superficielle |
| Phosphore (P.) | 0.045 | Fragilité au froid, ductilité réduite |
| Azote (N) | 0.012 | Vieillissement sous contrainte, fragilisation |
| Cuivre (Cu) | 0.50 | Étourdissement de la chaleur en surface à des températures élevées |
Rejeter toutes les billettes présentant des fissures visibles, défauts de surface profonds, ou une accumulation excessive de tartre. Le coût du rejet d'une mauvaise billette est bien inférieur au coût de production de barres d'armature défectueuses qui doivent être mises au rebut..
Solution 4: Optimiser le fonctionnement du four de réchauffage
Un bon chauffage des billettes est essentiel pour un laminage réussi. Le four de réchauffage doit amener les billettes à la bonne température tout en minimisant la formation de tartre et en évitant les surchauffes..
Les meilleures pratiques pour le fonctionnement du four comprennent:
- Maintenir l'atmosphère du four en la réduisant légèrement pour minimiser le tartre
- Prévoir un temps de trempage suffisant (typiquement 45-60 minutes pour les billettes de 130 mm)
- Assurer l’uniformité de la température sur toute la section transversale de la billette (variance <30°C)
- Surveiller et contrôler la température de décharge avec des pyromètres
- Évitez les points froids dans le four qui créent un chauffage inégal
Cycle de chauffage recommandé pour les billettes en acier au carbone standard
Zone de préchauffage: 800-950°C pour 15-20 minutes
Zone de chauffage: 1100-1180°C pour 20-25 minutes
Zone de trempage: 1150-1200°C pour 15-20 minutes
Solution 5: Contrôler la tension entre les supports
Dans les laminoirs continus, la tension entre les stands affecte considérablement la qualité du produit. Une tension excessive étire la barre et peut provoquer une striction ou une fissuration. Une tension insuffisante permet un bouclage qui entraîne des pavés et des dommages à la surface.
Les laminoirs modernes utilisent des boucleurs automatiques ou des tensiomètres pour maintenir des conditions optimales. Pour les usines ne disposant pas d'un tel équipement, une adaptation minutieuse de la vitesse entre les stands est essentielle. L’augmentation de la vitesse d’une cage à l’autre doit correspondre le plus possible au rapport de réduction de surface..
Solution 6: Optimisation du système de refroidissement par eau
Pour le TMT (Traité thermomécaniquement) production de barres d'armature, le système de refroidissement par eau joue un double rôle. Il fournit la trempe rapide nécessaire pour former la couche de surface durcie tout en contrôlant la température finale pour un auto-revenu approprié..
| Paramètre | Valeur cible | Effet de la déviation |
|---|---|---|
| Pression de l'eau | 8-12 bar | Basse pression = refroidissement insuffisant; Élevé = fissures dues au choc thermique |
| Température de l'eau | 28-35°C | L'eau chaude réduit le taux de refroidissement, affectant la formation de martensite |
| Longueur de la boîte de trempe | Variable selon la taille | Trop long = refroidissement excessif du cœur; Trop court = surface molle |
| Zone de péréquation | 15-25 mètres | Trop court = trempe inadéquate; fissures de contrainte thermique |
Guide de dépannage: Identifier les types de fissures et leurs causes
Différents types de fissures indiquent différentes causes profondes. Apprendre à identifier ces modèles permet d’identifier rapidement la source des problèmes.
| Type de fissure | Apparence | Cause principale | Action recommandée |
|---|---|---|---|
| Fissures superficielles longitudinales | Long, lignes droites le long de la barre | Défauts de surface des billettes ou passages de rouleaux usés | Vérifier la qualité des billettes; inspecter les rainures des rouleaux |
| Fissures transversales | Courtes fissures sur la barre, souvent au niveau des côtes | Température de roulement trop basse; tension excessive | Augmenter la température du four; ajuster les vitesses |
| Fissures d'alligator | Modèle de réseau ressemblant à une peau d'alligator | Haute teneur en soufre dans l'acier | Rejeter le lot de billettes; vérifier la qualité du fournisseur |
| Fissures de coin | Fissures aux coins de la section transversale des barres | Refroidissement irrégulier ou conception de passage inappropriée | Équilibrer le débit d'eau; revoir la conception du passe-rouleau |
| Coutures à genoux | Plis métalliques superposés sur la surface | Remplissage excessif lors du passage précédent; guides usés | Ajuster les écarts entre les rouleaux; remplacer les guides d'entrée |
| Vides internes | Non visible de l'extérieur; trouvé lors des tests | Porosité interne de la billette; réduction insuffisante | Améliorer la qualité du casting; augmenter le taux de réduction total |
Calendrier de maintenance préventive des laminoirs
Mieux vaut prévenir que résoudre les problèmes. Un programme de maintenance bien planifié permet d'éviter de nombreux problèmes de fissures et de déformations avant qu'ils ne surviennent.
| Composant | Fréquence des inspections | Points de contrôle clés |
|---|---|---|
| Passes roulantes | Chaque quart de travail | Profil de rainure, état de surface, motif d'usure |
| Roulements à rouleaux | Hebdomadaire | Température, bruit, jeu/dégagement |
| Guides d'entrée/sortie | Tous les jours | Alignement, porter, bon positionnement |
| Paramètres d'écart de rouleau | Chaque changement de taille | Réel vs. écart cible, parallélisme |
| Système d'eau de refroidissement | Tous les jours | Pression, débit, état de la buse |
| Thermocouples de four | Mensuel | Précision de l'étalonnage, temps de réponse |
| Système de détartrage | Hebdomadaire | Blocage de la buse, pression, motif de pulvérisation |
Étude de cas: Réduire le taux de fissures de 3.2% à 0.4%
Un laminoir de barres d'armature de taille moyenne produisant 400,000 tonnes par an connaissait un taux persistant de défauts de fissures de 3.2%. Cela se traduit par environ 12,800 tonnes de matériaux rejetés par an, représentant des pertes financières importantes.
Après analyse systématique, les problèmes suivants ont été identifiés et corrigés:
Problème 1: Passes roulées en tribunes 14-16 ont été utilisés au-delà de leur durée de vie. L'usure des rainures a dépassé 1,2 mm par rapport aux spécifications de conception.
Solution: Implémentation d'un suivi strict du tonnage pour chaque jeu de rouleaux. Des limites de tonnage maximum établies de 10,000 tonnes pour les passes de finition avant réaffûtage obligatoire.
Problème 2: La qualité des fournisseurs de billettes s'est détériorée. Moyenne de la teneur en soufre 0.052% dépassement des spécifications.
Solution: Ajout d’une exigence d’analyse chimique entrante. Productions non conformes rejetées et amélioration de la qualité négociée avec le fournisseur.
Problème 3: Les températures de décharge du four variaient jusqu'à 80 °C entre les billettes d'un même lot..
Solution: Thermocouples de zone de four recalibrés. Espacement des billettes ajusté et rythme de poussée pour assurer un chauffage uniforme.
Après avoir mis en œuvre ces changements sur une période de trois mois, le taux de rejet des fissures est tombé à 0.4%. Économies annuelles dépassées $800,000 en réduction des rebuts et en efficacité de production améliorée.
Méthodes de test de qualité pour détecter les fissures
Des tests de qualité fiables sont essentiels pour détecter les défauts avant que les barres d'armature n'atteignent les clients.. Plusieurs méthodes sont couramment utilisées dans les laboratoires de qualité des laminoirs:
Inspection visuelle
Des inspecteurs qualifiés examinent des échantillons de barres d'armature sous un bon éclairage. Cela détecte les défauts de surface évidents mais peut manquer de fines fissures. Échantillonner au moins 3 barres par heure de production de chaque brin.
Test de pliage
La barre d'armature est pliée autour d'un mandrin d'un diamètre spécifié. La surface pliée est examinée à la recherche de fissures. Pour barres d'armature jusqu'à 16 mm de diamètre, 180° les essais de pliage utilisent un diamètre de mandrin de 3 fois le diamètre de la barre. Les plus grandes tailles utilisent généralement 4-5 diamètre de la barre multiplié par.
Tests par ultrasons
Pour les applications critiques, les tests par ultrasons peuvent détecter des défauts internes invisibles à l'inspection visuelle. Les systèmes à ultrasons en ligne modernes peuvent tester 100% de production à des vitesses de roulement allant jusqu'à 15 m/s pour les barres de plus grand diamètre.
Inspection des particules magnétiques
Les fissures en surface et proches de la surface peuvent être mises en évidence grâce à l'inspection par magnétoscopie. La barre est magnétisée et des particules de fer appliquées sur la surface se concentrent aux emplacements des fissures., les rendant visibles.
Solutions technologiques avancées
Les laminoirs modernes adoptent de plus en plus une technologie de pointe pour prévenir et détecter les problèmes de qualité. Ces investissements sont souvent rapidement amortis grâce à une réduction des défauts et une productivité plus élevée..
Systèmes de contrôle automatique des écarts
Contrôle de l'écartement hydraulique (HGC) les systèmes peuvent ajuster automatiquement les écarts entre les rouleaux pendant le roulement en fonction du retour d'information de la charge de roulement. Cela compense la dilatation thermique des rouleaux et maintient des dimensions de produit constantes tout au long de la campagne de production..
Détecteurs de métaux chauds et pyromètres
Des pyromètres infrarouges positionnés dans tout le broyeur assurent une surveillance continue de la température. Lorsque les températures dérivent en dehors des plages acceptables, les opérateurs peuvent prendre des mesures correctives immédiates avant que des défauts ne surviennent.
Systèmes d'inspection de surfaces
Les systèmes d'inspection de surface basés sur des caméras peuvent détecter les défauts de surface à une vitesse de roulement. Ces systèmes utilisent des algorithmes de traitement d'images pour identifier les fissures, coutures, et autres défauts, permettant le marquage ou le tri automatique des barres défectueuses.
Formation et compétences des opérateurs
Même le meilleur équipement ne peut produire des barres d’armature de qualité sans opérateurs qualifiés. L'investissement dans la formation porte ses fruits en réduisant les défauts et en améliorant la productivité.
Les principaux sujets de formation destinés aux opérateurs de laminoirs comprennent:
- Comprendre la conception des passes de roulement et comment se produit la déformation
- Reconnaître les premiers signes de problèmes de qualité
- Procédures appropriées pour le changement de rouleau et le réglage de l'écartement
- Fonctionnement du four et contrôle de la température
- Ajustement du système de refroidissement pour différentes tailles de barres
- Normes de qualité et procédures de test
Recommandations finales pour les opérateurs de laminoirs
L'élimination réussie des fissures de déformation de votre production de barres d'armature nécessite une approche systématique s'attaquant à toutes les causes potentielles.. Voici les actions les plus importantes à entreprendre:
- Établir un contrôle qualité strict à l'arrivée des billettes avec vérification par analyse chimique
- Mettre en œuvre des inspections régulières par roll-pass et appliquer les limites de tonnage maximum
- Calibrer les écarts entre les rouleaux avant chaque campagne de production à l'aide d'outils de mesure
- Surveiller et contrôler les températures à tous les points critiques du processus
- Entretenir les systèmes de refroidissement pour assurer une trempe uniforme et constante
- Former les opérateurs à reconnaître les signes avant-coureurs de problèmes de qualité
- Documenter tous les réglages et paramètres des cycles de production réussis
- Enquêter sur chaque défaut pour identifier et éliminer les causes profondes
En suivant ces directives et en maintenant une attention constante au contrôle des processus, les laminoirs peuvent atteindre des taux de défauts bien inférieurs 1% et produisons des barres d'armature qui répondent aux normes de qualité les plus élevées pour les applications de construction dans le monde entier.
N'oubliez pas que l'amélioration de la qualité est un processus continu. Examen régulier des données de production, formation continue du personnel, et l'investissement dans la technologie moderne contribuent tous au succès à long terme de la fabrication de barres d'armature.. Les solutions présentées ici ont fait leurs preuves dans de nombreux laminoirs et constituent une base solide pour atteindre l'excellence dans la production de barres d'armature..
