EP0108436A1 - Procédé perfectionné pour la fabrication de rails et rails obtenus par ce procédé - Google Patents

Procédé perfectionné pour la fabrication de rails et rails obtenus par ce procédé Download PDF

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EP0108436A1
EP0108436A1 EP83201443A EP83201443A EP0108436A1 EP 0108436 A1 EP0108436 A1 EP 0108436A1 EP 83201443 A EP83201443 A EP 83201443A EP 83201443 A EP83201443 A EP 83201443A EP 0108436 A1 EP0108436 A1 EP 0108436A1
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EP
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rail
temperature
rapid cooling
cooling
zone
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Withdrawn
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EP83201443A
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Inventor
Nicole Lambert
Pierre Simon
René Conti
Marios Economopoulos
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Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Metallurgique Et Miniere De Rodange-Athus SA
Original Assignee
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Metallurgique Et Miniere De Rodange-Athus SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching

Definitions

  • the present invention relates to an improved method for manufacturing rails, and in particular high resistance rails.
  • high strength steels is meant specially steels containing 0.4% to 0.85% of C, 0.4% to 1% of Mn and O, 1% to 0.4% of Si, and preferably 0.6% to 0.85% C and 0.6% to 0.8% Mn.
  • these steels can contain up to 1% of Cr, or up to 0.3% of Mo or up to 0.15% of V.
  • the present invention specifically relates to a method for eliminating the drawbacks mentioned above.
  • the process which is the subject of the present invention is essentially characterized in that, at the outlet from the hot rolling mill, the temperature of the rail is lowered to a value not less than that at which the pearlitic transformation begins in the bead, in that from this temperature, the rail in continuous travel is subjected to rapid cooling to a temperature below about 650 ° C., so that, at the end of this rapid cooling, the minus 80% of the aotenite-perlite allotropic transformation in the rail, and in that the rail is then cooled to room temperature.
  • the rapid cooling rate is between 2 ° C / s and 10 ° C / s. -
  • the method of the invention is advantageously implemented by adjusting the heat transfer coefficient between the rail and the cooling agent during rapid cooling.
  • rapid cooling is carried out by spraying water onto the rail and by adapting the flow rate of projected water to the temperature of the rail.
  • the projected water flow is adapted for rapid cooling to the massiveness of the various parts of the rail, so as to achieve substantially the same cooling rate in all parts of the rail ..
  • an acceleration is applied to the rail, preferably substantially uniform in the rapid cooling zone and the value of this acceleration is adjusted as a function of the temperature difference measured between the ends of the rail at entering the cooling zone, so that the temperature of the rail leaving this zone is less than approximately 650 ° C. and at least 80% of the allotropic transformation is carried out at the exit from this zone austenite - perlite in the rail.
  • this acceleration of the rail makes it possible to maintain a substantially constant rail temperature at the exit from the rapid cooling zone and to ensure that the recalescence, in any portion of the rail, always occurs at the appropriate place. from the rapid cooling zone.
  • the method of the invention makes it possible to limit the effects of the difference in massiveness of the various parts of the rail (bead, core, shoe) and of the recalescence of the steel on the transient deformations during cooling.
  • this process contributes to improving the straightness of the rails by greatly reducing the transient deformations during cooling and therefore reducing the importance of dressing after rolling.
  • Three rails (A, B, C) of 12 m in length were subjected respectively to cooling by a known method of immersion in boiling water and by the method of the invention, on the one hand without acceleration and d on the other hand with acceleration of the rail during rapid cooling.
  • the steel composition of the three rails was almost identical:
  • the mechanical properties of the bead have been determined according to UIC standard 860.0, that is to say 2/5 of the height of the bead.
  • Rail A was air-cooled to 695 ° C and then immersed in boiling water for 67 seconds. Its leaving water temperature was 560 ° C.
  • the bead had a breaking load of 1115 MPa and an elongation of 10%.
  • this rail A had a vertical deflection of 700 mm, which had disappeared after 300 sec. Although it straightened during the final cooling, this rail therefore presented a significant transient deformation.
  • Rail B was cooled while running at a uniform speed of 0.16 m / s, by spraying water at a flow rate of 28 m 3 / h.
  • the rapid cooling zone was 10.70 m long.
  • the cooling time was therefore 67 sec. Its temperature at the entrance to the cooling zone was around 800 ° C and its temperature at the exit was 630 ° C.
  • Rail C treated in the same way as rail B, but with an initial speed of 0.18 m / s and an acceleration of the order of 0.01 m / sec 2 , so that the duration of the treatment has was reduced to 46 sec.
  • the cooling water flow rate was 34.2 m 3 / h.
  • the rail temperature was 800 ° C. at the inlet and 620 ° C. at the outlet from the cooling zone.
  • the bead had a breaking load of 1100 MPa and an elongation of 12.5%.
  • the maximum vertical deflection during cooling was 20 mm, and the permanent vertical deflection after final cooling was also approximately 20 mm.

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Abstract

Procédé pour la fabrication de rails, dans lequel on abaisse la température du rail quittant le laminoir à chaud jusqu'à une valeur non inférieure à celle à laquelle débute la transformation perlitique dans le bourrelet, puis on soumet le rail en défilement continu à un refroidissement rapide à partir de cette température, jusqu'à une température inférieure à environ 650°C, de façon que soient effectués, à la fin du refroidissement rapide, au moins 80 % de la transformation allotropique austénite - perlite dans le rail. On refroidit ensuite le rail jusqu'à la température ambiante.

Description

  • La présente invention porte sur un procédé perfectionné pour la fabrication de rails, et notamment de rails à haute résistance.
  • Elle a pour objet l'obtention, dans la chaude de laminage, et de préférence sans addition d'éléments d'alliage, de rails présentant, après refroidissement, les caractéristiques mécaniques suivantes :
    • - résistance à la rupture élevée : au moins 1080 MPa au bourrelet pour les aciers à haute résistance;
    • - allongement : au moins égal à 10 %.
  • Par aciers à haute résistance, il faut entendre spécialement des aciers contenant 0,4 % à 0,85 % de C, 0,4 % à 1 % de Mn et O,1 % à 0,4 % de Si, et de préférence 0,6 %à 0,85 % de C et 0,6 % à 0,8 % de Mn.
  • Le cas échéant, ces aciers peuvent contenir jusqu'à 1 % de Cr, ou jusqu'à 0,3 % de Mo ou jusqu'à 0,15 % de V.
  • Il ne sort pas du domaine de l'invention d'appliquer le procédé à des aciers dont les teneurs en carbone et en manganèse sont comprises entre 0,4 % et 0,6 %, et ne contenant de préférence pas d'éléments d'alliage et qui présentent une résistance à la rupture d'au moins 750 MPa.
  • Il est bien connu de soumettre les produits laminés, à la sortie du laminoir à chaud, à une opération de refroidissement, plus ou moins accéléré, en les plongeant dans une cuve contenant un bain aqueux qui peut être à sa température d'ébullition.
  • A cet égard, un procédé de traitement d'un rail dans l'eau bouillante est déjà connu par le brevet belge N° 754.416. Ce procédé provoque cependant l'apparition de gradients thermiques très élevés entre le bourrelet et le patin au cours du traitement, qui entraînent une déformation permanente importante du rail.
  • Pour remédier à cet inconvénient, il a alors été proposé, en particulier dans le brevet belge N° 854.834, d'effectuer un refroidissement différentiel du rail, en refroidissant de façon différente le bourrelet et le patin. Selon ce brevet belge, le bourrelet du rail est soumis à un refroidissement accéléré par trempe à l'eau bouillante agitée mécaniquement, alors que le patin est refroidi à l'air ou dans l'eau calme à 100°C.
  • Ce procédé connu permet certes de minimiser les déformations permanentes des rails. Toutefois, sa mise en oeuvre à l'échelle industrielle présente de grandes difficultés technologiques.
  • En outre, il peut provoquer d'importantes déformations transitoires du rail au cours du traitement, ce qui risque de donner lieu à certaines déformations permanentes.
  • La présente invention a précisément pour objet un procédé permettant d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus.
  • Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'à la sortie du laminoir à chaud, on abaisse la température du rail jusqu'à une valeur non inférieure à celle à laquelle débute la transformation perlitique dans le bourrelet, en ce qu'à partir de cette température, on soumet le rail en défilement continu à un refroidissement rapide jusqu'à une température inférieure à environ 650°C, de façon que soient effectués, à la fin de ce refroidissement rapide, au moins 80 % de la transformation allotropique austénite - perlite dans le rail, et en ce que l'on refroidit ensuite le rail jusqu'à la température ambiante.
  • Selon une première variante intéressante du procédé de l'invention, la vitesse du refroidissement rapide est comprise entre 2°C/s et 10°C/s. -
  • Le procédé de l'invention est avantageusement mis en oeuvre en ajustant le coefficient de transfert calorifique entre le rail et l'agent de refroidissement au cours du refroidissement rapide.
  • Selon une mise en oeuvre intéressante, on opère le refroidissement rapide en projetant de l'eau sur le rail et en adaptant le débit d'eau projetée à la température du rail.
  • Egalement selon l'invention, on adapte le débit d'eau projetée pendant le refroidissement rapide à la massivité des différentes parties du rail, de façon à atteindre une vitesse de refroidissement sensiblement identique dans toutes les parties du rail..
  • Dans une mise en oeuvre particulièrement intéressante, on utilise pour le refroidissement rapide du rail, une installation pourvue de dispositifs de projection d'eau, par exemple des gicleurs, répartis autour du rail et sur sa trajectoire, de façon à permettre d'ajuster le débit d'eau projetée en fonction de la température du rail.
  • A cet égard, il est spécialement avantageux de recourir à une répartition non uniforme des gicleurs sur la trajectoire du rail, notamment en augmentant le nombre de gicleurs dans la zone où se produit la recalescence de l'acier.
  • Selon une autre variante du procédé de l'invention, on applique au rail une accélération, de préférence sensiblement uniforme dans la zone de refroidissement rapide et on ajuste la valeur de cette accélération en fonction de la différence de température mesurée entre les extrémités du rail à l'entrée de la zone de refroidissement, de façon telle que la température du rail à la sortie de cette zone soit inférieure à environ 650°C et que soient effectués, à la sortie de cette zone, au moins 80 % de la transformation allotropique austénite - perlite dans le rail.
  • Selon l'invention, cette accélération du rail permet de maintenir une température de rail sensiblement constante à la sortie de la zone de refroidissement rapide et de veiller à ce que la recalescence, dans toute portion du rail, se produise toujours à l'endroit approprié de la zone de refroidissement rapide.
  • Le procédé de l'invention permet de limiter les effets de la différence de massivité des diverses parties du rail (bourrelet, âme, patin) et de la recalescence de l'acier sur les déformations transitoires au cours du-refroidissement.
  • Outre qu'il assure l'obtention des bonnes propriétés mécaniques désirées, ce procédé contribue à améliorer la rectitude des rails en réduisant fortement les déformations transitoires au cours du refroidissement et par conséquent à réduire l'importance du dressage après le laminage.
  • L'exemple qui suit, illustre l'amélioration importante qu'apporte le procédé de l'invention.
  • Trois rails (A, B,C) de 12 m de longueur ont été soumis respectivement à un refroidissement par un procédé connu d'immersion dans l'eau bouillante et par le procédé de l'invention, d'une part sans accélération et d'autre part avec accélération du rail au cours du refroidissement rapide. La composition de l'acier des trois rails était sensiblement identique :
    Figure imgb0001
  • Dans les trois cas, les rails sortant du laminoir et mis à la longueur de 12 m ont quitté le poste de sciage à une température d'environ 950°C. Les propriétés mécaniques du bourrelet ont été déterminées selon la norme UIC 860.0, c'est-à-dire aux 2/5 de la hauteur du bourrelet.
  • Le rail A a été refroidi à l'air jusqu'à 695°C puis immergé dans l'eau bouillante pendant 67 secondes. Sa température de sortie de l'eau était de 560°C.
  • Le bourrelet présentait une charge de rupture de 1115 MPa et un allongement de 10 %. A la sortie du bain, ce rail A présentait une flèche verticale de 700 mm, qui avait disparu après 300 sec. Bien que s'étant redressé au cours du refroidissement final, ce rail présentait donc une déformation transitoire importante.
  • Le rail B a été refroidi en défilement à une vitesse uniforme de 0,16 m/s, par projection d'eau sous un débit de 28 m3/h. La zone de refroidissement rapide avait une longueur de 10,70 m. La durée du refroidissement a donc été de 67 sec. Sa température à l'entrée de la zone de refroidissement était d'environ 800°C et sa température à la sortie s'élevait à 630°C.
  • Ainsi traité, il présentait dans le bourrelet une charge de rupture de 1188 MPa et un allongement de 10 %. Il n'a pas été possible de mesurer la flèche du rail dans la zone de refroidissement rapide, car le rail est sorti de ses glissières de guidage. Par contre, la flèche verticale permanente après refroidissement complet était de 60 mm.
  • Le rail C, traité de la même façon que le rail B, mais avec une vitesse initiale de 0,18 m/s et une accélération de l'ordre de 0,01 m/sec2, de sorte que la durée du traitement a été ramenée à 46 sec. Le débit d'eau de refroidissement était de 34,2 m3/h.
  • La température du rail était de 8000C à l'entrée et de 620°C à la sortie de la zone de refroidissement.
  • Dans ces conditions, le bourrelet présentait une charge de rupture de 1100 MPa et un allongement de 12,5 %.
  • La flèche verticale maximum au cours du refroidissement était de 20 mm, et la flèche verticale permanente après le refroidissement final était également d'environ 20 mm.
  • Ces valeurs confirment l'amélioration apportée par l'invention en ce qui concerne les déformations transitoires des rails.

Claims (8)

1. Procédé pour la fabrication de rails, caractérisé en ce qu'à la sortie du laminoir à chaud, on abaisse la température du rail jusqu'à une valeur non inférieure à celle à laquelle débute la transformation perlitique dans le bourrelet, en ce qu' à partir de cette température, on soumet le rail en défilement continu à un refroidissement rapide jusqu'à une température inférieure à environ 650°C, de façon que soient effectués, à la fin du refroidissement rapide, au moins 80 % de la transformation allotropique austénite - perlite dans le rail, et en ce que l'on refroidit ensuite le rail jusqu'à la température ambiante.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse du refroidissement rapide est comprise entre 2°C/s et 10°C/s.
3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on ajuste le coefficient de transfert calorifique entre le rail et l'agent de refroidissement au cours du refroidissement rapide.
4. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on opère le refroidissement rapide du rail par projection d'un agent de refroidissement, par exemple de l'eau ou un brouillard d'eau.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on ajuste le débit de l'agent de refroidissement en fonction de la température du rail et/ou de la massivité des différentes par- ties du rail.
6. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour exécuter le refroidissement rapide du rail, on utilise une installation pourvue de dispositifs de projection d'un agent de refroidissement, par exemple des gicleurs, répartis autour du rail et/ou sur sa trajectoire, de façon à permettre d'ajuster le débit d'agent de refroidissement projeté, en fonction-de la température du rail.
7. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on applique au rail une accélération, de préférence sensiblement uniforme, dans la zone de refroidissement rapide et en ce que l'on ajuste la valeur de cette accélération en fonction de la différence de température mesurée entre les extrémités du rail à l'entrée de cette zone, de telle façon que la température du rail à la sortie de cette zone soit inférieure à environ 6500C et que soient effectués, à la sortie de cette zone, au moins 80% de la transformation allotropique austénite - perlite dans le rail.
8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on augmente le débit d'agent de refroidissement dans la portion de la zone de refroidissement rapide où le rail est le siège du phénomène de recalescence de l'acier.
EP83201443A 1982-10-11 1983-10-10 Procédé perfectionné pour la fabrication de rails et rails obtenus par ce procédé Withdrawn EP0108436A1 (fr)

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