Tools for continuous improvement of the plate quenching process^*

Outils pour l’amélioration continue du procédé de trempe des tôles fortes

¹ ArcelorMittal R&D Maiziéres, BP 30320, 57283 Maiziéres les Metz, France
e-mail: abdou.fall@arcelormittal.com
² ArcelorMittal R&D East Chicago, 3001 E. Columbus Drive, East Chicago, IN 46312, USA
e-mail: Charles.Romberger@arcelormittal.com

Received: 19 October 2011
Accepted: 20 October 2011

Abstract

Over the past few years several technical efforts have been focused on continuous improvement of quench and tempered product at ArcelorMittal Burns Harbor plate mill facility with particular attention being given to optimization of the flatness of quenched product. Incremental improvement in quench line equipment and practices is being aided by computer-based modelling tools and specialized instrumentation. The paper describes the development of different tools used to control flatness after quench and tempering units. The detailed description of a 3D model designed to predict distortion such as edge waves, center buckles, longbows and crossbows during quenching is presented. The model developed with Abaqus is able to predict the evolution of plate temperature, thermal stresses, strains, and distortions during cooling. The water cooling system is represented by top and bottom movable surfaces where a heat flux depending on width, length and temperature is applied. The effect of phase transformation is approximated by a variation of the plate thermal expansion coefficient.

Résumé

Au cours des quelques dernières années de nombreux efforts techniques ont été consacrés à l’amélioration continue des produits trempés et revenus à la tôlerie forte d’ArcelorMittal Burns Harbor, une attention particulière étant portée à l’optimisation de la planéité du produit trempé. L’amélioration incrémentale des équipements et des pratiques opératoires de la ligne de trempe a bénéficié de l’aide d’outils de modélisation numérique et d’instrumentation spécialisée. Le présent article décrit le développement des différents outils mis en œuvre pour maîtriser la planéité du produit après les unités de trempe et revenu. On présente une description détaillée du modèle 3D permettant de prédire les défauts susceptibles d’affecter la tôle lors de la trempe, tels que bord long, centre long, tuile, cintre. Le modèle, développé sous Abaqus, est capable de prédire l’évolution de la température de la tôle, des contraintes thermiques, des déformations et des distorsions au cours du refroidissement. Le système de refroidissement par eau est simulé par des surfaces supérieure et inférieure mobiles, sur lesquelles est appliqué un flux thermique dépendant de la longueur, de la largeur et de la température. L’effet des transformations de phases est approximé par une variation du coefficient d’expansion thermique de la tôle.