Dégradation des lubrifiants à la surface des tôles d'acier bas carbone au cours de laminage à froid et du recuit : aspect phénoménologique et mécanismes

The increasing use of coated steel sheets in car industry induces an important knowledge of the surface. Especially, the content of carbon residues due to oil degradation is an impacting parameter. The aim of this work is devoted to the study of the degradation stages of various lubricant compounds during the cold rolling and annealing processes. Our generalship is based on the successive study of the various oil components degradation. Part I displays the main parameters of the industrial rolling and annealing processes and the rolling oils composition. The potential analytical methods are also discussed. In the part II, laboratory simulations of the industrial processes are developped. The technics allowing to identify and compare fingerprints of the different compounds before and after rolling and annealing are also described. For that purpose analytical procedures based on thermally assisted hydrolysis and methylation coupled with gas chromatography and mass spectrometry have been developped. The part III is more focused on rolling oil characterization and their modification during cold rolling. After cold rolling, the oil fingerprints are mainly unchanged except of some weak transformations linked to the oxidation of oleic acid based esters, and the presence of iron soaps remaining on the steel surface. The part IV is devoted to the oil degradation (especially esters) during base annealing. Various degradation processes have been observed ; in particular, the esters are the main source of residual pollutants after annealing. A t medium temperature (400-500°C), residual prepolymeric compounds and iron soaps are detected. The final stage is amorphous carbon at 700°C. In the part V, the mechanisms of formation of these residual compounds and the thermal stability of iron soaps are discussed. The important contribution of high mass esters for the carbon formation is demonstrated. Future prospects of improvement of oil formulation are proposedL'utilisation croissante des tôles d'acier bas carbone implique une maîtrise de l'état de surface et plus particulièrement du contrôle de la pollution carbonée résiduelle induite par la dégradation des huiles de laminage. L'objectif de ce travail est d'étudier la dégradation séquencée des différents constituants des lubrifiants pendant les étapes du laminage à froid et du recuit des tôles d'acier. Le premier chapitre propose un rappel des paramètres essentiels des procédés industriels de laminage et de recuit et de la composition des lubrifiants ainsi d'une revue bibliographique des techniques analytiques susceptibles d'être utilisées. Dans le chapitre II sont décrites les méthodes de simulation des procédés industriels par des pilotes de laboratoire ainsi que les techniques permettant de comparer les empreintes des différents composés avant et après laminage. En particulier, des méthodes de pyrolyse méthylée couplée à la chromatographie gazeuse et à la spectrométrie de masse ont été mises au point. Le 3e chapitre est axé sur la caractérisation des constituants des huiles et leur évolution pendant le laminage. Après laminage, les empreintes des lubrifiants sont quasi identiques exceptés des changements minoritaires liés à l'oxydation des acides insaturés dans le lubrifiant et à la persistance de carboxylates résiduels (savons de fer). Le chapitre IV fait état de la dégradation des lubrifiants pendant le recuit base et dégage différents processus de dégradation en insistant plus particulièrement sur les esters qui sont la source majoritaire de la poluution à la surface des toôles recuites. Enfin, le chapitre V discute des mécanismes mis en jeu dans la formation de ces composés résiduels aux différentes températures et notamment de la stabilité thermique des savons de fer. Le rôle privilégié des esters de haute masse dans la formation de pollution carbonnée est démontré et des perspectives d'amélioration de la formulation des lubrifiants sont proposée