La fatigue thermique réside dans la région
superficielle du cylindre par accumulation des déformations plastiques.
Suite à l'augmentation de la température de la surface du
cylindre de laminage en contact avec la bande, cette région du cylindre
augmente de volume; cependant, cette expansion est limitée par le corps
principal du cylindre relativement froid, induisant des tensions de compression
dans la direction circonférentielle et radiale du cylindre. Les tensions
de compression augmentent avec la température de la bande et du temps de
contact entre le cylindre et la bande (figure I.3.6).
Pendant le refroidissement (lubrification avec de l'eau), les
tensions de compressions se convertissent en tensions de traction. Cette
conversion est due à la diminution du volume du cylindre dans la zone de
contact. La tension thermique générée dans le cylindre est
exprimée par ; [8]
Ea AT
Ou ; E, a , v sont respectivement le module
élastique, le coefficient d'expansion linéaire et le coefficient
de Poisson.
Figure I.3.6 Tensions thermiques sur la
surface du cylindre de travail au cours du
laminage d'une bande en acier.
Quand la température à la surface du cylindre
dépasse les 370 oC, la limite élastique du
matériau du cylindre sera dépassée et cette zone se
déforme plastiquement tout au long de la ligne AB (figureI.3.7). Dans
cette région, l'augmentation de la température entraîne
celle de la déformation mais aussi une réduction de la tension
(diminution de la limite élastique avec la température). Quand la
température atteint 450 oC, au moment de la séparation
de la surface du cylindre et la bande, commence le refroidissement pendant
lequel les tensions de compression se réduisent élastiquement
tout le long de la ligne BC. Quand la température de la surface atteint
104 oC, au point C, en ce moment la limite élastique à
la traction sera dépassée et la déformation plastique aura
lieu sur toute la longueur de la ligne CD jusqu'à ce que la surface
atteigne les 20 oC, (température initiale).
Dans la seconde rotation du cylindre et au contact de la
bande, la température de la surface de celui-ci sera de nouveau
élevée et il se déforme élastiquement tout le long
de la ligne DE, continuant ainsi un nouveau cycle, EBCD, (figure I.3.7).
La variation de la température du cylindre dans le sens
radial, pour différentes profondeurs
durant la première
rotation est représentée par la figure I.3.8 celle-ci montre
qu'il est
possible d'atteindre ponctuellement des températures
superficielles très élevées (jusqu'à
600 oC dans des conditions de travail très
extrêmes), ces températures maximales descendent aussi très
rapidement en se déplaçant vers l'intérieur du
cylindre.
Figure I.3.7 Hystérésis
tesion-déformation au niveau de la surface du cylindre [10].
Figure I.3.8 Variation de la température
du cylindre durant les premières révolutions
actives [17].
Ces analyses nous indiquent que, inévitablement, au
cours de seulement quelques cycles de travail, se développe un
réseau de fissures thermiques superficielles, qui pourrait
s'accroître vers l'intérieur en vertu des mécanismes de
fatigue causée par l'existence des tensions
mécaniques.[8]
La température maximale atteinte sur la surface des
cylindres de travail des trains à bande laminée à chaud va
dépendre de la position de la caisse de laminage dans le train (voir
figure I.2.1). La variation de la température superficielle du cylindre
avec le temps durant son contact avec la bande chaude est illustrée sur
la figure (I.3.9). Le pic de température est atteint dans les
premières caisses finisseuses dans les quelles le contact bande/cylindre
est important et la vitesse de la bande est minime ; (sur ce point il est
à rappeler que la vitesse de la bande augmente avec la réduction
de son épaisseur). Alors que cette température se réduit
ostensiblement dans les dernières caisses finisseuses. Pour la
même raison, le pic thermique développé sur la surface des
cylindres de travail est élevé dans les caisses d'ébauche,
dans les quelles la température de la bande est maximale et sa vitesse
est minimale.
Figure I.3.9 Cycle thermique appliqué
sur la surface des cylindres dans les différentes
caisses du train
à bandes laminées à chaud [8].
