Catalogue Conseil & Audit Les aciers spéciaux face à l usure par abrasion combinée NABIL AICHOUN Consultant Expert en Métallurgie Docteur Ingénieur +33 (0)7 89 23 35 08 nabil.aichoun@orange.fr
Conseil Le succès d une solution abrasion repose sur l aptitude à prévenir tout risque de défaillance brutale lors de la mise en œuvre ou encours d exploitation (fracture ou fissuration), mais aussi à satisfaire l attente du client utilisateur en termes de durée de vie et de coûts (fabrication, maintenance). Cela se traduit par la bonne réponse apportée à chacun des points suivant : 1. Identifier les conditions de service de l application 2. Choix du bon matériau 3. Valider le design de la pièce 4. Optimiser la mise en œuvre (gamme de fabrication, savoir-faire) L offre conseil peut se traduire de différentes manières. Libre au client (donneur d ordres) d exploiter au mieux de ses intérêts le recours ponctuel à un expert indépendant. Néanmoins, l offre conseil se concentre généralement sur les axes d expertise suivants : Préconisation de solutions abrasion dans le cadre de la conception, du développement et du perfectionnement Diagnostics abrasion (revue des paramètres de l application, identification des causes à l origine du problème et proposition d actions correctives) Optimisation de gammes de fabrications pour pièces abrasion complexes (coûts, valeurs d usages) Expertises métallurgiques en cas de litiges (études approfondies via laboratoires spécialisés) Il est important de remarquer qu une fois la solution abrasion validée (respect des points 1,2 et 3 cités auparavant), la mise en œuvre (depuis la mise à disposition des matières premières jusqu à la pièce finie) est adaptée aux moyens de transformation propres du client (ou de la sous-traitance). Le savoir-faire en matière de mise en œuvre ne se limite pas à une succession d opérations d atelier (découpe, usinage, formage et soudage) mais veille à préserver à chaque étape de la gamme de fabrication les propriétés d usages portées par les matériaux utilisés (résistance à l usure, à la corrosion, aux chocs, à la fissuration, etc.). Page 1
Ci-dessous, des exemples d applications clients qui montrent tout l intérêt du support technique dans la construction de solutions abrasion performantes : Exemple 1 : Ensemble lame d attaque et kit de contre-lames réversibles pour godet de chargeuse destiné à la reprise à chaud de laitier de fonderie. Cette application nécessite une haute résistance à l usure par abrasion et chocs combinée à une bonne tenue à chaud à 400 450 C. L opération de préchauffage et post-chauffage de la lame d attaque est primordiale (grande longueur) pour éviter toute déformation lors du refroidissement (effet bombé très difficilement récupérable sur nuance abrasion de haute dureté!). Exemple 2 : Pièce composée (design complexe, épaisseur 45mm) destinée à une ligne de train à bandes pour laminage à chaud de produit métallurgiques plats (tôles fines), soumise à usure par abrasion et chocs combinée à une température de service de l ordre de 350 à 450 C. L arrangement et l optimisation de la gamme de fabrication a été le facteur majeur de réussite (la partie cintrée est composée de 2 épaisseurs superposées car ne pouvant être réalisée en une seule épaisseur de 45mm!). Exemple 3 : Lames d attaques de fortes épaisseurs (100mm) pour godets mining de grandes tailles avec soudage en position de porte-dents et boucliers. Une attention particulière a été portée au préchauffage et post-chauffage lors de la découpe oxygaz. La procédure de soudage a été optimisée pour éviter tout risque de fissuration lors de la mise en service sur le site client. Page 2
Exemple 4 : Trommel pour traitement de minerai de nickel (séchage et criblage). Pièces soumises à l usure par abrasion tangentielle et chocs combinée à une température de service de 350 à 400 C. Chaque élément du crible en épaisseur 20mm, nécessite 1050 trous réalisés sur perceuse numérique à 2 têtes. Dans le cas présent l optimisation de la gamme de fabrication a été primordiale pour satisfaire la demande client. Exemple 5 : Elément de kit d usure (plats de renfort cintré, épaisseur 40mm) pour godet gravière. Le matériau abrasion de haute dureté (trempée huile + carbures de titane primaires) nécessite une adaptation de la gamme de fabrication. Dans le cas présent, la découpe oxygaz a été avantageusement remplacée par une découpe jet d eau pour éviter toute apparition de microfissures en arrière ZAT qui lors du pliage séquentiel à la presse conduit inévitablement à une rupture brutale des plats de protection. Exemple 6 : Kit de contre-lames pour godet de chargeuse (reprise de matériaux de construction, conditions d usure extrêmes!). L utilisation d une nuance abrasion high-tech (trempée huile + carbures de titane primaires) a nécessité une optimisation de la gamme de fabrication. De plus, l option compound (insertion de blocs de carbures titane aux 4 coins des contre-lames d extrémités) a permis d augmenter la durée de vie du kit d usure de manière significative. Il est cependant nécessaire de poursuivre le développement de cette solution originale de manière à adapter au plus juste le taux d usure des matériaux mise en jeu (matrice, inserts carbures, ). Page 3
Exemple 7 : Découpe plasma de plats (grande longueur, faible largeur : 30X50X2003mm) en nuance abrasion de dureté élevée. Une revue de la gamme de fabrication a permis d éviter une opération de redressage mécanique des plats après refroidissement. Chaque plat a été entièrement découpé en une seule opération (continuité des coupes longitudinales et latérales). Les photos prises montrent sur celle de gauche la déformation latérale avant libération du plat, alors que celle de droite montre le même plat non déformé suite à la découpe latérale basse sur la pièce encore à température. Page 4
Audit C est l outil par excellence qui permet de réduire et de mettre sous contrôle les coûts associés à l usure par abrasion combinée des installations industrielles. D un point de vue pratique, l audit abrasion se traduit par une démarche d amélioration continue qui s appuie sur la mise en place d un plan d actions de progrès qui vise à réduire au maximum les coûts d exploitations des équipements qui dans un environnement de marché très tendu pénalisent les entreprises face à la concurrence. L Audit abrasion est destiné aux unités d exploitation (ou de production) soumises à l usure par abrasion combinée. Citons pour exemples les secteurs industriels suivants : aciérie (HF, cokerie, agglomération), carrières, cimenterie, verrerie, recyclage des ferrailles, traitements des eaux usées, traitements des déchets ménagers, etc. L audit abrasion se décline en quatre étapes distinctes : 1. Un état des lieux (point de référence) 2. Un plan d actions de progrès 3. Mise en œuvre des actions de progrès 4. Contrôle et suivi des actions engagées État des lieux Actions de progrès Audit [1] Plan d actions [2] Actions engagées Contrôle & Suivi [4] Mise en œuvre [3] Plan d actions Page 5
A titre d exemple, un aperçu sur l audit réalisé sur le site d agglomération de ROMBAS (Arcelormittal) : Tout au long du processus de fabrication (depuis le mixte de matières premières jusqu au produit fini), une expertise approfondie de chacune des applications soumises à l usure par abrasion combinée a été menée conjointement avec le personnel technique (BE, maintenance). En fonction du besoin, après analyse des antécédents et évaluation de la performance du moment en termes de durée de vie, coût et maintenabilité, des solutions abrasion optimales sont retenues, mises en application et valider au fil du temps. Exemples d équipements industriels concernés par l audit abrasion : Convoyeurs à bandes, chutes de matières premières (minerai, charbon, etc.) Aire de stockage et d homogénéisation des matières premières Manutention du produit fini (godet de chargeuse, benne de camion) Brise mottes en sortie de ligne d agglomération (arbre, éléments d étoiles brise mottes) Page 6
Crible à chaud (pièce moulée en acier réfractaire) Crible à froid (tôle rechargée dur) Carrousel (unité de refroidissement du produit fini) Redlers (transport de fine de dépoussiérage) Page 7