EP0184568B1 - Procédé de marquage superficiel d'un cylindre de laminoir - Google Patents
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- B21B—ROLLING OF METAL
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Definitions
- the present invention relates to a method of surface marking of a rolling mill cylinder. It relates more particularly to a method of marking cold rolling mill rolls which must impart controlled roughness to a steel sheet.
- the cylinders After the roughness has worn off, the cylinders must be reconditioned to restore their initial surface condition. A used cylinder must be removed from the rolling mill, rectified, re-marked, then reassembled in the rolling mill. These operations, as well as the manipulations and adjustments that they require, entail significant costs which have repercussions on the cost of the cylinder. It is therefore advantageous to space these repackages, that is to say to reduce the rate of wear of the roughness.
- the present invention relates to a method for achieving this objective.
- the surface marking process of a rolling mill cylinder which is the subject of the present invention, in which a coating consisting at least partly of a metallic substance is applied to the surface of said cylinder and treated said surface by means of an intermittent laser beam, is characterized in that said coating and the underlying surface of the cylinder are locally melted in the impact zone of the laser beam, in what is formed in this zone a droplet of a molten alloy, consisting of the coating and the underlying metal of said cylinder, in that the molten alloy is discharged towards the periphery of said impact zone, so that it is thus formed a microcrater surrounded by an alloy bead and in that the bead is rapidly solidified.
- said operations are repeated in a plurality of impact zones distributed in a predetermined pattern on the surface of said cylinder.
- a metallic coating composed of nickel, chromium, cobalt or an alloy of at least two of these metals is applied to the surface of said cylinder.
- a coating is applied to the surface of said cylinder comprising at least one metal and at least one metal oxide.
- the metal oxide can, according to the invention, come from a metal different from that which enters into the composition of said coating.
- the presence of nickel oxide, associated with nickel causes an increase in the amount of energy of the laser beam absorbed by the surface; this results on the one hand, an increase in the depth of melting and therefore an increased roughness depth, and on the other hand a better alloy of the metal of the cylinder with nickel and a higher hardness of the solidified bead.
- a coating or a powder containing at least one hardening component such as a carbide or a nitride and / or at least one component, is applied to the surface of said cylinder. capable of reacting with at least one component of the material of said cylinder to form said hardening component.
- said coating is applied by any method known per se, appropriate to the coating material used.
- any method known per se appropriate to the coating material used.
- a powder can also be deposited by an appropriate method.
- the coating applied to the surface of said cylinder advantageously consists of a substance capable - or containing at least one constituent capable - of ally with the locally molten material of the cylinder and / or react with at least one of the constituents of this material.
- the hardening effect resulting from the aforementioned alloy or reaction is located essentially in the beads which surround the micro-craters, that is to say precisely in the regions which serve to print the roughness in the sheet rolled with this cylinder.
- This implementation therefore ensures maximum efficiency of the process of the invention.
- the method of the invention can be illustrated, by way of example, by its application to a rolling mill cylinder of steel of conventional composition.
- an electrolytic layer was deposited on this cylinder with a layer of cobalt of 5 ⁇ m then a layer of chromium of 1 ⁇ m.
- the surface thus coated was then treated, using a laser with a power of 1 kW, so as to form a roughness Ra of 4 to 5 ⁇ m.
- the craters formed were well separated.
- craters were obtained having a bead composed of an alloy containing a high proportion of cobalt, and whose height is of the order of 10 to 15 m.
- the figure represents a section of one of these beads, photographed with a magnification of 2000 times with a scanning electron microscope.
- the coating resin is on the right, the bead of highly alloyed metal is in the center and the metal of the cylinder on the left (this one was prepared by etching for the micrographic examination).
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Description
- La présente invention concerne un procédé de marquage superficiel d'un cylindre de laminoir. Elle a plus particulièrement trait à un procédé de marquage de cylindres de laminoir à froid devant conférer une rugosité contrôlée à une tôle d'acier.
- On connaît déjà par diverses propositions antérieures du même demandeur, et notamment par son brevet belge n° 870.609, un procédé pour marquer la surface d'un cylindre de laminoir au moyen d'un faisceau laser intermittent. Ce procédé connu permet de former dans cette surface des micro-cratères distribués selon un motif prédéterminé et qui, en s'imprimant dans la surface des tôles, confèrent à celles-ci la rugosité désirée. Les cylindres ainsi traités donnent de très bons résultats.
- Après usure de la rugosité, les cylindres doivent être reconditionnés pour retrouver leur état de surface initial. Un cylindre usagé doit être démonté du laminoir, rectifié, marqué à nouveau, puis remonté dans le laminoir. Ces opérations, ainsi que les manipulations et les réglages qu'elles exigent, entraînent des frais importants qui se répercutent sur le coût du cylindre. Il y a donc avantage à espacer ces reconditionnements, c'est-à-dire à diminuer la vitesse d'usure de la rugosité.
- La présente invention a pour objet un procédé permettant d'atteindre cet objectif.
- Elle repose sur la constatation que dans la zone d'impact du faisceau laser, la surface du cylindre est le siège d'une fusion localisée avec refoulement du métal fondu vers la périphérie de cette zone. Il se forme ainsi, autour du micro-cratère obtenu, un bourrelet métallique qui se solidifie très rapidement, en raison de la très faible durée de l'impulsion laser qui lui a donné naissance. Ce bourrelet joue un rôle très important dans la formation de la rugosité contrôlée de la tôle laminée au moyen de ce cylindre. Le demandeur a imaginé un moyen original d'accroître la dureté de ce bourrelet, en profitant de son mode de formation, et d'améliorer ainsi la durée de vie du cylindre lui-même. Le procédé s'applique accessoirement au durcissement de toute la zone affectée par le rayonnement laser.
- A cet effet, le procédé de marquage superficiel d'un cylindre de laminoir, qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on applique sur la surface dudit cylindre un revêtement constitué au moins en partie d'une substance métallique et on traite ladite surface au moyen d'un faisceau laser intermittent, est caractérisé en ce que l'on fond localement ledit revêtement et la surface sous- jacente du cylindre dans la zone d'impact du faisceau laser, en ce que l'on forme dans cette zone une gouttelette d'un alliage fondu, constitué du revêtement et du métal sous-jacent dudit cylindre, en ce que l'on refoule l'alliage fondu vers la périphérie de ladite zone d'impact, en ce que l'on forme ainsi un microcratère entouré d'un bourrelet en alliage et en ce que l'on solidifie rapidement ledit bourrelet.
- Selon une mise en oeuvre intéressante du procédé de l'invention, on répète lesdites opérations dans une pluralité de zones d'impact distribuées selon un motif prédéterminé à la surface dudit cylindre.
- Selon une modalité particulière de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on applique sur la surface dudit cylindre un revêtement métallique composé de nickel, de chrome, de cobalt ou d'un alliage d'au moins deux de ces métaux.
- Selon une autre modalité de mise en oeuvre, on applique sur la surface dudit cylindre un revêtement comprenant au moins un métal et au moins un oxyde métallique.
- Dans le cadre de cette modalité de mise en oeuvre, l'oxyde métallique peut, selon l'invention, provenir d'un métal différent de celui qui entre dans la composition dudit revêtement. Il s'est cependant avéré intéressant d'utiliser un oxyde d'un métal également présent dans ledit revêtement.
- Par exemple, la présence d'oxyde de nickel, associé à du nickel, entraîne une augmentation de la quantité d'énergie du faisceau laser absorbée par la surface ; il en résulte d'une part, un accroissement de la profondeur de fusion et dès lors une profondeur de rugosité accrue, et d'autre part un meilleur alliage du métal du cylindre avec le nickel et une dureté plus élevée du bourrelet solidifié.
- Selon encore une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on applique sur la surface dudit cylindre un revêtement ou une poudre contenant au moins un composant durcissant, tel qu'un carbure ou un nitrure et/ou au moins un composant capable de réagir avec au moins un constituant du matériau dudit cylindre pour former ledit composant durcissant.
- Toujours selon la présente invention, on applique ledit revêtement par toute méthode connue en soi, appropriée au matériau de revêtement utilisé. A titre d'exemple non limitatif, on peut notamment faire appel aux méthodes connues de revêtement par électrolyse, par électrophorèse, par dépôt de vapeur ou par implantation ionique. On peut également déposer une poudre par une méthode adéquate.
- Il ressort des caractéristiques qui viennent d'être exposées que, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, le revêtement appliqué sur la surface dudit cylindre est avantageusement constitué d'une substance capable - ou contenant au moins un constituant capable - de s'allier avec le matériau, localement fondu, du cylindre et/ou de réagir avec au moins un des constituants de ce matériau.
- Dans ces conditions en effet, l'effet durcissant résultant de l'alliage ou de la réaction précité est localisé essentiellement dans les bourrelets qui entourent les micro-cratères, c'est-à-dire précisément dans les régions qui servent à imprimer la rugosité dans la tôle laminée avec ce cylindre. Cette mise en oeuvre assure donc une efficacité maximum du procédé de l'invention.
- Le procédé de l'invention peut être illustré, à titre d'exemple, par son application à un cylindre de laminoir en acier de composition classique.
- Après l'avoir trempé par induction jusqu'à une dureté de 720 Vickers, on a déposé, par voie électrolytique, sur ce cylindre une couche de cobalt de 5 ¡.Lm puis une couche de chrome de 1 ¡.Lm.
- On a ensuite traité la surface ainsi revêtue, au moyen d'un laser d'une puissance de 1 kW, de façon à former une rugosité Ra de 4 à 5 µm. Les cratères formés étaient bien séparés.
- Dans ces conditions, on a obtenu des cratères présentant un bourrelet composé d'un alliage contenant une forte proportion de cobalt, et dont la hauteur est de l'ordre de 10 à 15 m.
- La figure représente une coupe d'un de ces bourrelets, photographié avec un grossissement de 2000 fois au microscope électronique à balayage.
- Sur cette photo, la résine d'enrobage est à droite, le bourrelet de métal fortement allié est au centre et le métal du cylindre à gauche (celui-ci a été préparé par attaque au nital pour l'examen micrographique).
- Il est possible de déterminer par analyse de rayons X la proportion des divers métaux constituant ce bourrelet. Outre le fer, le cobalt et le chrome, on peut trouver dans le bourrelet, des proportions relativement faibles des éléments d'alliage de l'acier du cylindre.
- Dans les conditions de l'essai, les teneurs approximatives en fer, en cobalt et en chrome dans le bourrelet étaient respectivement 6 %, 85 %, 9 %.
- La présence de ces éléments a permis d'accroître substantiellement la durée de vie de la rugosité du cylindre.
Claims (7)
1. Procédé de marquage superficiel d'un cylindre de laminoir, dans lequel on applique sur la surface dudit cylindre un revêtement constitué au moins en partie d'une substance métallique et on traite ladite surface au moyen d'un faisceau laser intermittent, caractérisé en ce que l'on fond localement ledit revêtement et la surface sous- jacente du cylindre dans la zone d'impact du faisceau laser, en ce que l'on forme dans cette zone une gouttelette d'un alliage fondu, constitué du revêtement et du métal sous-jacent dudit cylindre, en ce que l'on refoule l'alliage fondu vers la périphérie de ladite zone d'impact, en ce que l'on forme ainsi un microcratère entouré d'un bourrelet en alliage, et en ce que l'on solidifie rapidement ledit bourrelet.
2. Procédé de marquage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on répète lesdites opérations dans une pluralité de zones d'impact distribuées selon un motif prédéterminé à la surface dudit cylindre.
3. Procédé de marquage suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dépose une substance métallique composée de nickel, de chrome, de cobalt ou d'un alliage d'au moins deux de ces métaux.
4. Procédé de marquage suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on applique sur la surface dudit cylindre un revêtement contenant au moins un oxyde métallique.
5. Procédé de marquage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise un oxyde d'un métal qui est également présent dans le revêtement.
6. Procédé de marquage suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit revêtement contient au moins un composant durcissant, tel qu'un carbure et/ou un nitrure et/ou au moins un composant capable de réagir avec au moins un constituant du matériau dudit cylindre pour former ledit composant durcissant.
7. Procédé de marquage suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit revêtement comporte plusieurs couches déposées successivement.
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