EP0161236A2 - Apparatus for manufacturing rails - Google Patents

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EP0161236A2
EP0161236A2 EP85870064A EP85870064A EP0161236A2 EP 0161236 A2 EP0161236 A2 EP 0161236A2 EP 85870064 A EP85870064 A EP 85870064A EP 85870064 A EP85870064 A EP 85870064A EP 0161236 A2 EP0161236 A2 EP 0161236A2
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EP
European Patent Office
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bead
rail
temperature
cooling
rollers
Prior art date
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EP85870064A
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German (de)
French (fr)
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EP0161236B1 (en
EP0161236A3 (en
Inventor
Marios Economopoulos
Nicole Lambert
Pierre Simon
Conti René
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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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Filing date
Publication date
Application filed by Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL, Metallurgique Et Miniere De Rodange-Athus SA filed Critical Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority to AT85870064T priority Critical patent/ATE66252T1/en
Publication of EP0161236A2 publication Critical patent/EP0161236A2/en
Publication of EP0161236A3 publication Critical patent/EP0161236A3/en
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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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • 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
    • C21D1/02—Hardening articles or materials formed by forging or rolling, with no further heating beyond that required for the formation
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
    • B21B1/085—Rail sections

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing rails, and in particular high-resistance rails, comprising a heat treatment of the rails as soon as they leave the last stand of the rolling mill, that is to say in the hot rolling, as well as on an implementation device.
  • Its object is to obtain, preferably without adding alloying elements to the steel, rails having, after cooling, a high breaking strength, good wear resistance, good resistance impact, elongation at least equal to 10% and good weldability.
  • high strength steels it is especially meant steels containing 0.4% to 0.85% of C, 0.4% to 1% of Mn and 0.1% to 0.4% of Si and preferably 0 , 6% to 0.85% C and 0.6% to 0.8% Mn; where appropriate, these steels can contain up to 1% of Cr or up to 0.3% of Mo or up to 0.15% of V. It is not however outside the scope of the invention to apply the process with steels whose carbon and manganese contents are between 0.4% and 0.6% and which do not contain alloying elements.
  • the bead must be made of fine perlite free of proeutectoid ferrite and martensite and possibly containing a certain percentage of bainite and that the hardness gradient in the bead be as low as possible.
  • the applicants have proposed another method which consists in lowering the temperature of the rail at the outlet of the hot rolling mill to a value not less than that at which the pearlitic transformation in the bead begins; from this temperature, the continuously moving rail is subjected to rapid cooling until at least 80% of the aotenite-perlite allotropic transformation is carried out in the rail; the rail is then allowed to cool to room temperature.
  • the method of the invention is based on the unexpected observation that it is not necessary to carry out the complete allotropic transformation of the bead during the intense cooling treatment, to give the rail the desired properties; it is quite possible to obtain these properties even for relatively short treatment times, provided that the different parts of the rail are subjected to cooling, the intensities of which are chosen in an appropriate manner.
  • Figures 1, 2 and 3 attached hereto illustrate the reality of this basic principle of the method of the present invention; their purpose is to show that the properties (in this case the breaking load) are obtained while a large part of the bead is still in the austenitic state.
  • the curve A represents the evolution of the temperature of a point located 14 mm below the upper surface of the bead, during the rapid cooling phase (1) and during the cool-down phase on the normal cooler (II).
  • FIG. 2 represents, at two different times of a heat treatment in accordance with the principle of the invention, the state of the austenite / perlite transformation in the bead (ie V in%), from the upper surface to the surface lower (distance d between 0 and 35 mm); curve B gives the situation of this allotropic transformation at the outlet of the rapid cooling device and curve C this situation 25 seconds after the end of this cooling.
  • FIG. 1 It can be seen (FIG. 1) that at the depth of 14 mm (this depth corresponds to the taking of the tensile test pieces according to the standards), the cooling rate is 6.8 ° C / s and the temperature at the end of the treatment is 675 ° C.
  • Figure 2 shows that at the depth of 14 mm, the transformation hardly started at the end of the treatment; despite this, the properties corresponding to the target values were obtained at this depth.
  • FIG. 2 also shows that at the end of the rapid cooling phase, only 32% of the volume of the bead is transformed, this percentage rising to approximately 47%, 25 sec after the end of the treatment.
  • FIG. 3 represents both the distribution in the bead of temperatures (° C) and the state of the allotropic transformation (%) at the outlet of the rapid cooling device; on the abscissa are given the distances between the points considered and the upper surface of the bead (mm).
  • FIG. 3 shows that, for test No. 20 for example, the perlite formed in the bead at the outlet of the ramp only occupies around 42% of the volume thereof.
  • the thermal cycle imposed on the bead in the cooling installation and chosen on the basis of metallurgical considerations is applied in a particular and selective manner to the upper and lower parts of the bead, while the cooling of the core and the pad is adjusted according to the transient deformations of the rail during the treatment.
  • the deflection taken by the rail during treatment becomes so large that any mechanical guidance becomes illusory and the application of heat treatment of the rail impossible.
  • the upper part of the bead is intensively cooled to ensure in this part the allotropic transformation of austenite into perlite (possibly with bainite while mixing) while the lower part of the bead is much less cooled to preserve the austenitic state; during this same rapid cooling phase, the other parts are also cooled: parts of the rail to harmonize the expansions.
  • the process for the manufacture cation of rails, object of the present invention in which, as soon as it leaves the hot rolling mill, the temperature of the rail is lowered to a value not less than that at which the pearlitic transformation in the bead begins and, from this temperature , the rail in continuous travel is subjected to rapid cooling and then the rail is allowed to cool down to ambient temperature, is essentially characterized in that for a given temperature of the bead at the entrance to the rapid cooling ramp, adjusts the length of the ramp, the running speed of the rail and the average density of the heat fluxes applied to the bead, to the core and to the shoe so that on the one hand the final mechanical properties in the bead are obtained while , at the exit of the said ramp, less than 60% of the section of the bead has undergone the allotropic austenite-perlite transformation and, on the other hand, the differences in elongation between the bo urrelet and soul and between the bead and the pad are minimized.
  • the slow cooling phase which follows the rapid cooling phase, there is a temperature homogenization in the bead; the temperature decreases in the lower part of the bead due to the departure of calories to the cooler adjacent parts of the rail, that is to say both the upper part of the bead and the core.
  • the residual austenite also turns into perlite and the entire rail then acquires the desired microstructure.
  • the cooling is adjusted in such a way that the martensite is not formed at any point of the bead.
  • the choice of the length of the rapid cooling ramp and of the running speed of the rail in this ramp amounts to fixing the duration of the treatment in question; these values are linked to the choice of the average density of the heat flux applied to the surface of the bead during the heat treatment.
  • This particular characteristic of the process of the invention is based on the work of the applicants relating to the cooling effect of the various devices which can be used to implement the process, and in particular the case of a nozzle of a determined type, placed at a certain height above the cooled surface and supplied with water at a known rate and temperature.
  • FIG. 5 shows the evolution of the surface temperature of the bead in the middle part of the cooling system.
  • the surface temperature of the bead rises although, in the arrangement of sprinklers corresponding to this figure, the entire surface of the bead between two consecutive sprinklers is under water.
  • the temperature at the start of martensite formation 250 ° C for the steel considered
  • ⁇ 1 is the value of the average flow in the area under direct influence of the sprinklers
  • ⁇ 2 is the value of the average flow in the flooded area, but not watered between sprinklers
  • At the distance between sprinklers and B the width of the sprinkled area by a sprinkler; the values of these parameters are known when it is a specific installation.
  • TMT average transformation temperature
  • Figure 8 shows an example of the relationship between the breaking load and TMT for a steel at 0.75% C and 0.72% Mn. This fact is of the greatest importance not only for the definition of the thermal cycle, but also for the control of the process.
  • the core and the shoe of the rail are cooled by water nozzles similar to those used for the bead.
  • the desired average flow is obtained by adjusting the distance between nozzles and the water flow rate per nozzle; these two parameters can be adjusted separately for the core and for the skate.
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of the principles set out above. Some of the guide groups can also be used as means for driving the rail with adjustable speed.
  • rollers 1, l ', 1 ", ... arranged against the shoe of the rail and 2, 2', 2", ... arranged against the upper face of the bead are used for so-called “vertical” guidance ;
  • rollers 3, 3 ', 3 ", ... pressed against the short sides of the bead are used for so-called” horizontal "guidance.
  • all or part of the guide rollers are supported on the rail with forces whose values are chosen beforehand to tolerate a certain deformation of the rail during the heat treatment.
  • it is advantageous to leave the rollers which are supported with such a predetermined force for example the rollers 2, 2 ′, 2 "in FIG. 10), limited mobility in the guide plane, while that the other rollers are said to be "fixed in space” (for example the rollers 1, 1 ′, 1 "in FIG. 10).
  • Measuring the position of the rollers pressing on the rail with a preset force makes it possible to determine the deformations of the rail during processing.
  • the computer separately adjusts the cooling on the core and the shoe so as to minimize deformation of the rail during treatment.
  • This adaptation of the cooling on the core and on the shoe in order to minimize the deformations of the rail can be carried out both in the vertical plane and in the horizontal plane.
  • FIG. 10 a further distinction is made between the cooling boxes fitted with sprinklers, spraying respectively the upper face of the bead (box 4), the lower face of the shoe (box 5) and the two faces of the core (boxes 6 and 7 ).

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Abstract

On leaving the hot rolling mill the rail, travelling continuously, is subjected to rapid cooling and is subsequently cooled to room temperature; the length of the rack, the speed of travel of the rail and the average density of the heat flows applied to the head, to the web and to the flange are adjusted so that, on the one hand, the final mechanical properties in the head are obtained while, on leaving the said rack, less than 60% of the section of the head has undergone the allotropic austenite-perlite transformation and that, on the other hand, the differences in elongation between the head and the web and between the head and the flange are minimised. <IMAGE>

Description

La présente invention porte sur un procédé pour la fabrication de rails, et notamment de rails à haute résistance, comportant un traitement thermique des rails dès leur sortie de la dernière cage du laminoir, c'est-à-dire dans la chaude de laminage, ainsi que sur un dispositif de mise en oeuvre.The present invention relates to a method for manufacturing rails, and in particular high-resistance rails, comprising a heat treatment of the rails as soon as they leave the last stand of the rolling mill, that is to say in the hot rolling, as well as on an implementation device.

Elle a pour objet l'obtention, de préférence sans addition à l'acier d'éléments d'alliage, de rails présentant, après refroidissement, une résistance à la rupture élevée, une bonne résistance à l'usure, une bonne résistance aux chocs, un allongement au moins égal à 10 % et une bonne soudabilité.Its object is to obtain, preferably without adding alloying elements to the steel, rails having, after cooling, a high breaking strength, good wear resistance, good resistance impact, elongation at least equal to 10% and good weldability.

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 0,1 % 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 toutefois 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 pas d'éléments d'alliage.By high strength steels, it is especially meant steels containing 0.4% to 0.85% of C, 0.4% to 1% of Mn and 0.1% to 0.4% of Si and preferably 0 , 6% to 0.85% C and 0.6% to 0.8% Mn; where appropriate, these steels can contain up to 1% of Cr or up to 0.3% of Mo or up to 0.15% of V. It is not however outside the scope of the invention to apply the process with steels whose carbon and manganese contents are between 0.4% and 0.6% and which do not contain alloying elements.

Il est connu que pour obtenir un rail ayant les propriétés énumérées ci-dessus, il faut que le bourrelet soit constitué de perlite fine exempte de ferrite proeutectoide et de martensite et contenant éventuellement un certain pourcentage de bainite et que le gradient de dureté dans le bourrelet soit le plus faible possible.It is known that to obtain a rail having the properties listed above, the bead must be made of fine perlite free of proeutectoid ferrite and martensite and possibly containing a certain percentage of bainite and that the hardness gradient in the bead be as low as possible.

A cet égard, il a déjà été proposé, en particulier dans le brevet belge n° 854.834, d'effectuer un traitement thermique 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.In this regard, it has already been proposed, in particular in Belgian patent n ° 854.834, to carry out a heat treatment of the rail, by cooling the bead and the pad differently. According to this Belgian patent, the rail bead is subjected to accelerated cooling by quenching in mechanically stirred boiling water, while the shoe is cooled in air or in still water at 100 ° C.

Ce procédé connu permet certes de minimiser les déformations permanentes des rails. Toutefois, sa mise en oeuvre à l'échelle industrielle présente des difficultés technologiques.This known method certainly makes it possible to minimize the permanent deformations of the rails. However, its implementation on an industrial scale presents technological difficulties.

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.In addition, it can cause significant transient deformations of the rail during treatment, which may give rise to certain permanent deformations.

Pour éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus, les demandeurs ont proposé un autre procédé qui consiste à abaisser la température du rail à la sortie du laminoir à chaud jusqu'à une valeur non inférieure à celle à laquelle débute la transformation perlitique dans le bourrelet; à partir de cette température, le rail en défilement continu est soumis à un refroidissement rapide jusqu'à ce qu'au moins 80 % de la transformation allotropique austénite - perlite soient réalisés dans le rail; on laisse ensuite refroidir le rail jusqu'à la température ambiante.To eliminate the drawbacks mentioned above, the applicants have proposed another method which consists in lowering the temperature of the rail at the outlet of the hot rolling mill to a value not less than that at which the pearlitic transformation in the bead begins; from this temperature, the continuously moving rail is subjected to rapid cooling until at least 80% of the aotenite-perlite allotropic transformation is carried out in the rail; the rail is then allowed to cool to room temperature.

Ce procédé, qui a été décrit dans le brevet luxembourgeois n° 84.417 du 11.10.1982, donne des résultats intéressants, mais nécessite une durée de traitement assez importante.This process, which was described in the Luxembourg patent n ° 84.417 of October 11, 1982, gives interesting results, but requires a fairly long treatment time.

Au cours de leurs travaux ultérieurs, les demandeurs ont alors mis au point un procédé original, comportant une phase de traitement thermique beaucoup plus courte que celle nécessaire dans le procédé antérieur, combinant une méthode de refroidissement du bourrelet qui permet d'obtenir les qualités mécaniques requises, et une méthode de refroidissement du patin et de l'âme assurant la rectitude du rail, pendant et après le traitement thermique.During their subsequent work, the applicants then developed an original process, comprising a much shorter heat treatment phase than that required in the previous process, combining a method of cooling the bead which makes it possible to obtain the mechanical qualities required, and a method of cooling the pad and the core ensuring the straightness of the rail, during and after the heat treatment.

Le procédé de l'invention est basé sur la constatation inattendue qu'il n'est pas nécessaire de réaliser la transformation allotropique complète du bourrelet au cours du traitement de refroidissement intense, pour conférer au rail les propriétés voulues; il est tout à fait possible d'obtenir ces propriétés même pour des durées de traitement relativement faibles, pour autant que les différentes parties du rail soient soumises à des refroidissements dont les intensités sont choisies de manière adéquate.The method of the invention is based on the unexpected observation that it is not necessary to carry out the complete allotropic transformation of the bead during the intense cooling treatment, to give the rail the desired properties; it is quite possible to obtain these properties even for relatively short treatment times, provided that the different parts of the rail are subjected to cooling, the intensities of which are chosen in an appropriate manner.

Les figures 1, 2 et 3 ci-annexées illustrent la réalité de ce principe de base du procédé de la présente invention; elles ont pour objet de montrer que les propriétés (en l'occurrence la charge de rupture) sont obtenues alors qu'une grande partie du bourrelet est encore à l'état austénitique.Figures 1, 2 and 3 attached hereto illustrate the reality of this basic principle of the method of the present invention; their purpose is to show that the properties (in this case the breaking load) are obtained while a large part of the bead is still in the austenitic state.

Sur la figure 1, qui est un diagramme température/temps, la courbe A représente l'évolution de la température d'un point situé à 14 mm sous la surface supérieure du bourrelet, au cours de la phase de refroidissement rapide (1) et au cours de la phase de refroidissement calme sur le refroidissoir normal (II).In FIG. 1, which is a temperature / time diagram, the curve A represents the evolution of the temperature of a point located 14 mm below the upper surface of the bead, during the rapid cooling phase (1) and during the cool-down phase on the normal cooler (II).

La figure 2 représente, à deux moments différents d'un traitement thermique conforme au principe de l'invention, l'état de la transformation austénite/ perlite dans le bourrelet (soit V en %), depuis la surface supérieure jusqu'à la surface inférieure (distance d comprise entre 0 et 35 mm); la courbe B donne la situation de cette transformation allotropique à la sortie du dispositif de refroidissement rapide et la courbe C cette situation 25 secondes après la fin de ce refroidissement.FIG. 2 represents, at two different times of a heat treatment in accordance with the principle of the invention, the state of the austenite / perlite transformation in the bead (ie V in%), from the upper surface to the surface lower (distance d between 0 and 35 mm); curve B gives the situation of this allotropic transformation at the outlet of the rapid cooling device and curve C this situation 25 seconds after the end of this cooling.

Ces figures 1 et 2 illustrent les résultats obtenus en pratiquant selon le principe ci-avant, dans les conditions suivantes :

  • - type de rail : EB 50 T;
  • - température d'entrée du rail dans la rampe de refroidissement rapide : 875°C;
  • - longueur de la rampe : 18 m; vitesse de défilement du rail : 0,53 m/sec;
  • - densité moyenne de flux calorifique à la surface supérieure du bourrelet: 1,15 MW/m2;
  • - densité moyenne de flux calorifique à la surface inférieure du bourrelet: 0,10 MW/m2;
  • - composition de l'acier : C: 0,63 %, Mn: 0,65 %.
These Figures 1 and 2 illustrate the results obtained by practicing according to the above principle, under the following conditions:
  • - rail type: EB 50 T;
  • - rail inlet temperature in the rapid cooling ramp: 875 ° C;
  • - length of the ramp: 18 m; rail running speed: 0.53 m / sec;
  • - average density of heat flow at the upper surface of the bead: 1.15 MW / m 2 ;
  • - average density of heat flow at the lower surface of the bead: 0.10 MW / m 2 ;
  • - composition of the steel: C: 0.63%, Mn: 0.65%.

e bourrelet est assimilé à un plat refroidi de manière intense à sa face supérieure et de manière modérée à sa face inférieure (Φ sup./Φ inf. = 11,5).he bead is assimilated to a dish which is intensively cooled on its upper side and moderately on its lower side ( Φ sup ./ Φ inf . = 11.5).

On constate (fig. 1) qu'à la profondeur de 14 mm (cette profondeur correspond au prélèvement des éprouvettes de traction suivant les normes), la vitesse de refroidissement estde 6,8°C/s et la température à la fin du traitement est de 675°C. La figure 2 montre qu'à la profondeur de 14 mm, la transformation n'a pratiquement pas commencé à la fin du traitement; malgré cela, on a obtenu, à cette profondeur, les propriétés correspondant aux valeurs visées.It can be seen (FIG. 1) that at the depth of 14 mm (this depth corresponds to the taking of the tensile test pieces according to the standards), the cooling rate is 6.8 ° C / s and the temperature at the end of the treatment is 675 ° C. Figure 2 shows that at the depth of 14 mm, the transformation hardly started at the end of the treatment; despite this, the properties corresponding to the target values were obtained at this depth.

La figure 2 montre également qu'à la fin de la phase de refroidissement rapide, 32 % seulement du volume du bourrelet sont transformés, ce pourcentage passant à environ 47 %, 25 sec après la fin du traitement.FIG. 2 also shows that at the end of the rapid cooling phase, only 32% of the volume of the bead is transformed, this percentage rising to approximately 47%, 25 sec after the end of the treatment.

La figure 3 représente à la fois la répartition dans le bourrelet des températures (°C) et l'état de la transformation allotropique (%) à la sortie du dispositif de refroidissement rapide; en abscisse sont données les distances entre les points considérés et la surface supérieure du bourrelet (mm).FIG. 3 represents both the distribution in the bead of temperatures (° C) and the state of the allotropic transformation (%) at the outlet of the rapid cooling device; on the abscissa are given the distances between the points considered and the upper surface of the bead (mm).

Les courbes D et E représentent la répartition des températures et les courbes F et G la situation de la transformation allotropique austénite/per- lite, dans les conditions pratiques suivantes :

  • Essai n° 19 (courbes E et G) :
    • - acier 0,77 C - 0,68 Mn - 0,22 Si
    • - température d'entrée du bourrelet : 810°C
    • - durée du traitement pour la section considérée →51 sec
    • - débit d'eau total dans la rampe : 34,2 m3/h
    • - densité de flux calorifique moyenne sur la face supérieure du bourrelet 0,70 MW/m2
    • - type de rail : EB 50 T
Curves D and E represent the temperature distribution and curves F and G the situation of the austenite / perlite allotropic transformation, under the following practical conditions:
  • Test No. 19 (curves E and G):
    • - steel 0.77 C - 0.68 Mn - 0.22 Si
    • - bead inlet temperature: 810 ° C
    • - duration of treatment for the section considered → 51 sec
    • - total water flow in the boom: 34.2 m 3 / h
    • - average heat flux density on the upper face of the bead 0.70 MW / m 2
    • - rail type: EB 50 T

Résultat : charge de rupture à 14 mm sous la face supérieure du bourrelet : 1090 MPa.Result: breaking load at 14 mm under the upper face of the bead: 1090 MPa.

Essai n° 20 (courbes D et F) :

  • - acier 0,77 C - 0,68 Mn - 0,22 Si
  • - température d'entrée du bourrelet : 865°C
  • - durée du traitement pour la section considérée → 49 sec
  • - débit d'eau total dans la rampe : 40,2 m3/h
  • - densité de flux calorifique moyenne sur la face supérieure . du bourrelet 0,814 MW/m2
  • - type de rail : EB 50 T
Test No. 20 (curves D and F):
  • - steel 0.77 C - 0.68 Mn - 0.22 Si
  • - bead inlet temperature: 865 ° C
  • - duration of treatment for the section considered → 49 sec
  • - total water flow in the boom: 40.2 m 3 / h
  • - average heat flux density on the upper face. bead 0.814 MW / m 2
  • - rail type: EB 50 T

Résultat : charge de rupture à 14 mm sous la face supérieure du bourrelet : 10BO MPa.Result: breaking load 14 mm below the upper face of the bead: 10BO MPa.

Cette figure 3 montre que, pour l'essai n° 20 par exemple, la perlite formée dans le bourrelet à la sortie de la rampe n'occupe que 42 % environ du volume de celui-ci.This FIG. 3 shows that, for test No. 20 for example, the perlite formed in the bead at the outlet of the ramp only occupies around 42% of the volume thereof.

Le fait que les propriétés voulues sont obtenues sans que la transformation dans le bourrelet soit complète est d'une grande importance pratique, car il permet, pour une production horaire donnée, de raccourcir la rampe et, par conséquent, de diminuer les frais d'investissement.The fact that the desired properties are obtained without the transformation in the bead being complete is of great practical importance, since it allows, for a given hourly production, to shorten the ramp and, consequently, to reduce the costs of investment.

Pour mettre en pratique les principes de base du procédé de la présente invention, le cycle thermique imposé au bourrelet dans l'installation de refroidissement et choisi sur la base de considérations métallurgiques est appliqué de façons particulières et sélectives aux parties supérieures et inférieures du bourrelet, tandis que le refroidissement de l'âme et du patin est réglé en fonction des déformations transitoires du rail pendant le traitement. En effet, l'expérience a montré que, en l'absence d'un tel réglage, la flèche prise par le rail en cours de traitement devient tellement importante que tout guidage mécanique devient illusoire et l'application du traitement thermique du rail impossible.To put into practice the basic principles of the process of the present invention, the thermal cycle imposed on the bead in the cooling installation and chosen on the basis of metallurgical considerations is applied in a particular and selective manner to the upper and lower parts of the bead, while the cooling of the core and the pad is adjusted according to the transient deformations of the rail during the treatment. Indeed, experience has shown that, in the absence of such an adjustment, the deflection taken by the rail during treatment becomes so large that any mechanical guidance becomes illusory and the application of heat treatment of the rail impossible.

C'est la combinaison des deux caractéristiques qui permet d'obtenir, dans des conditions économiques optimales, un rail répondant aux conditions imposées quant aux propriétés mécaniques et à l'aspect géométrique du produit final.It is the combination of the two characteristics which makes it possible to obtain, under optimal economic conditions, a rail meeting the conditions imposed as regards the mechanical properties and the geometric appearance of the final product.

Suivant une particularité essentielle du procédé de l'invention, au cours de la phase de refroidissement rapide, on refroidit de façon intense la partie supérieure du bourrelet pour assurer dans cette partie la transformation allotropique de l'austénite en perlite (avec éventuellement de la bainite en mélange) tandis que l'on refroidit beaucoup moins la partie inférieure du bourrelet pour y conserver l'état austénitique; au cours de cette même phase de refroidissement rapide, on refroidit également les autre: parties du rail pour harmoniser les dilatations.According to an essential characteristic of the process of the invention, during the rapid cooling phase, the upper part of the bead is intensively cooled to ensure in this part the allotropic transformation of austenite into perlite (possibly with bainite while mixing) while the lower part of the bead is much less cooled to preserve the austenitic state; during this same rapid cooling phase, the other parts are also cooled: parts of the rail to harmonize the expansions.

Selon les principes qui viennent d'être énoncés, le procédé pour la fabrication de rails, objet de la présente invention, dans lequel dès 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 et, à partir de cette température, on soumet le rail en défilement continu à un refroidissement rapide et on laisse ensuite refroidir le rail jusqu'à la température ambiante, est essentiellement caractérisé en ce que pour une température donnée du bourrelet à l'entrée de la rampe de refroidissement rapide, on règle la longueur de la rampe, la vitesse de défilement du rail et la densité moyenne des flux calorifiques appliqués au bourrelet, à l'âme et au patin de manière telle que d'une part les propriétés mécaniques finales dans le bourrelet soient obtenues alors que, à la sortie de la dite rampe, moins de 60 % de la section du bourrelet ait subi la transformation allotropique austénite-perlite et que d'autre part les différences d'allongement entre le bourrelet et l'âme et entre le bourrelet et le patin soient minimisées.According to the principles which have just been stated, the process for the manufacture cation of rails, object of the present invention, in which, as soon as it leaves the hot rolling mill, the temperature of the rail is lowered to a value not less than that at which the pearlitic transformation in the bead begins and, from this temperature , the rail in continuous travel is subjected to rapid cooling and then the rail is allowed to cool down to ambient temperature, is essentially characterized in that for a given temperature of the bead at the entrance to the rapid cooling ramp, adjusts the length of the ramp, the running speed of the rail and the average density of the heat fluxes applied to the bead, to the core and to the shoe so that on the one hand the final mechanical properties in the bead are obtained while , at the exit of the said ramp, less than 60% of the section of the bead has undergone the allotropic austenite-perlite transformation and, on the other hand, the differences in elongation between the bo urrelet and soul and between the bead and the pad are minimized.

Au cours de la phase de refroidissement lent qui suit la phase de refroidissement rapide, il se produit une homogénéisation de température dans le bourrelet; la température diminue dans la partie inférieure du bourrelet en raison du départ des calories vers les parties adjacentes plus froides du rail, c'est-à-dire à la fois la partie supérieure du bourrelet et l'âme. L'austénite résiduelle se transforme également en perlite et l'ensemble du rail acquiert alors la microstructure recherchée.During the slow cooling phase which follows the rapid cooling phase, there is a temperature homogenization in the bead; the temperature decreases in the lower part of the bead due to the departure of calories to the cooler adjacent parts of the rail, that is to say both the upper part of the bead and the core. The residual austenite also turns into perlite and the entire rail then acquires the desired microstructure.

Suivant une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, le refroidissement est réglé de manière telle que la martensite ne soit formée en aucun point du bourrelet.According to a particular implementation of the method of the invention, the cooling is adjusted in such a way that the martensite is not formed at any point of the bead.

Suivant l'invention, le choix de la longueur de la rampe de refroidissement )rapide et de la vitesse de défilement du rail dans cette rampe revient à fixer la durée du traitement en question; ces valeurs sont liées au choix de la densité moyenne du flux calorifique appliqué à la surface du bourrelet au cours du traitement thermique.According to the invention, the choice of the length of the rapid cooling ramp and of the running speed of the rail in this ramp amounts to fixing the duration of the treatment in question; these values are linked to the choice of the average density of the heat flux applied to the surface of the bead during the heat treatment.

Dans un procédé de fabrication de rail, déjà connu notamment par la demande de brevet européen n° 0098492, il a été préconisé d'appliquer au rail en défilement une phase de refroidissement intense dans une installation comprenant une série de zones de pulvérisation d'eau séparées par des zones de refroidissement à l'air.In a rail manufacturing process, already known in particular from European patent application No. 0098492, it has been recommended to apply an intense cooling phase to the running rail in an installation comprising a series of water spraying zones. separated by air cooling zones.

Pour mettre en oeuvre ce procédé, il faut donc grouper les gicleurs à eau dans des zones séparées par des sections de refroidissement à l'air. Cette disposition a pour conséquence une ligne de refroidissement de grande longueur dont l'implantation dans un laminoir existant peut présenter certaines difficultés.To implement this method, it is therefore necessary to group the water jets in zones separated by air cooling sections. This arrangement results in a very long cooling line, the installation of which in an existing rolling mill can present certain difficulties.

Au contraire, dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, il s'est avéré, de façon surprenante, qu'il n'était pas opportun de disposer les gicleurs à eau par groupes séparés par des sections de refroidissement à l'air; une disposition uniforme et ininterrompue des gicleurs le long de la rampe de refroidissement permet d'obtenir les propriétés désirées tout en évitant la martensite. Cette disposition uniforme des gicleurs à eau est particulièrement avantageuse dans la mesure où elle permet d'utiliser des rampes très courtes.On the contrary, in the implementation of the process according to the invention, it has surprisingly turned out that it was not advisable to arrange the water jets in groups separated by cooling sections under air; a uniform and uninterrupted arrangement of the nozzles along the cooling ramp makes it possible to obtain the desired properties while avoiding martensite. This uniform arrangement of water sprinklers is particularly advantageous in that it allows the use of very short booms.

Cette caractéristique particulière du procédé de l'invention est basée sur les travaux des demandeurs relatifs à l'effet refroidissant des différents dispositifs utilisables pour mettre en oeuvre le procédé, et notamment le cas d'un gicleur d'un type déterminé, placé à une certaine hauteur par rapport à la surface refroidie et alimenté en eau avec un débit et une température connus.This particular characteristic of the process of the invention is based on the work of the applicants relating to the cooling effect of the various devices which can be used to implement the process, and in particular the case of a nozzle of a determined type, placed at a certain height above the cooled surface and supplied with water at a known rate and temperature.

La densité de flux calorifique enlevée à la surface refroidie en un point (x1, y1) de celle-ci dépend essentiellement de la température de cette surface : Φ = f (T ). Pour une valeur donnée de T , le flux dépend également des coordonnées (x, y). La figure 4 montre la variation de (0) suivant (x) avec y = 0 et pour un gicleur plat pour lequel le plan oyz choisi est le plan de symétrie du gicleur. On constate que le flux diminue très rapidement dès qu'on s'éloigne du plan de symétrie du gicleur et ce, bien que l'eau s'étale sur la surface refroidie sur une assez grande distance du plan de symétrie du gicleur.The density of heat flux removed from the cooled surface at a point (x 1 , y 1 ) thereof depends essentially on the temperature of this surface: Φ = f (T). For a given value of T, the flux also depends on the coordinates (x, y). Figure 4 shows the variation of (0) following (x) with y = 0 and for a flat nozzle for which the oyz plane chosen is the plane of symmetry of the nozzle. It can be seen that the flow decreases very rapidly as soon as one moves away from the plane of symmetry of the nozzle, even though the water spreads over the cooled surface over a fairly large distance from the plane of symmetry of the nozzle.

Dans le cas d'un rail dont le bourrelet est refroidi au défilé dans une installation comportant des gicleurs uniformément répartis et distants l'un de l'autre de 175,5 mm, la figure 5 montre l'évolution de la température superficielle du bourrelet dans la partie médiane de l'installation de refroidissement. Dès qu'on s'éloigne du plan de symétrie d'un gicleur, la température superficielle du bourrelet remonte bien que, dans la disposition des gicleurs correspondant à cette figure, toute la surface du bourrelet entre deux gicleurs consécutifs est sous eau. De plus, la température du début de formation de la martensite (250°C pour l'acier considéré) n'est pas atteinte.In the case of a rail, the bead of which is cooled in the runway in an installation comprising uniformly distributed nozzles and spaced 175.5 mm apart from each other, FIG. 5 shows the evolution of the surface temperature of the bead in the middle part of the cooling system. As soon as one moves away from the plane of symmetry of a sprinkler, the surface temperature of the bead rises although, in the arrangement of sprinklers corresponding to this figure, the entire surface of the bead between two consecutive sprinklers is under water. In addition, the temperature at the start of martensite formation (250 ° C for the steel considered) is not reached.

Dans une représentation simplifiée que l'on peut adopter, l'évolution du flux calorifique le long de la rampe à une température de surface donnée est schématisée comme indiqué par la figure 6, où l'on considère néanmoins deux types de refroidissement sur la surface supérieure du bourrelet :

  • a) les zones B sous l'influence directe des gicleurs pour lesquelles on utilise des valeurs Φ1(t) qui constituent la moyenne spatiale dans la zone d'impact et pour chaque température;
  • b) les zones A entre gicleurs; ces zones sont sous eau, mais les mesures ont montré que le flux calorifique y est nettement plus faible que sous les gicleurs du moins dans le domaine de la caléfaction. De plus, la transition caléfaction-ébullition nucléée y a lieu de manière relativement brutale.
In a simplified representation that can be adopted, the evolution of the heat flow along the ramp at a given surface temperature is shown schematically as shown in Figure 6, where we nevertheless consider two types of cooling on the surface upper bead:
  • a) the zones B under the direct influence of the nozzles for which values Φ 1 (t) are used which constitute the spatial average in the impact zone and for each temperature;
  • b) zones A between nozzles; these areas are under water, but the measurements have shown that the heat flow is much lower there than under the sprinklers at least in the area of calefaction. In addition, the nucleation-boiling transition nucleated there occurs relatively abruptly.

Dans la simplification ci-dessus, on a négligé la variation du flux suivant y, l'expérience ayant montré qu'elle est faible.In the above simplification, the variation of the flux following y has been neglected, experience having shown that it is weak.

Dans ce qui suit, on utilisera la notion de densité moyenne de flux calorifique (1) (ou, par souci de brièveté, le terme "flux moyen") pour délimiter le domaine de l'invention.In what follows, the concept of average density of heat flux (1) (or, for the sake of brevity, the term "average flux") will be used to delimit the field of the invention.

Le flux moyen (Φ) peut être défini de la façon suivante, connaissant (x, Ts) (x = distance à partir de l'entrée dans la rampe et Ts = température de surface du bourrelet) et en choisissant arbitrairement une valeur de Ts, Ts = T*s :

Figure imgb0001
où A est la distance entre deux gicleurs consécutifs.The average flow ( Φ ) can be defined as follows, knowing (x, T s ) (x = distance from the entry into the ramp and T s = surface temperature of the bead) and by arbitrarily choosing a value of T s , T s = T * s :
Figure imgb0001
 where A is the distance between two consecutive nozzles.

En principe, Φ (350) = 1,32 MW/m2 représentera l'intensité de refroidissement du bourrelet de manière raisonnablement correcte pour autant que la température moyenne de la face supérieure du bourrelet ne s'écarte pas trop de T*s = 350°C, ce qui est le cas de la figure 5.In principle, Φ (350) = 1.32 MW / m 2 will represent the cooling intensity of the bead in a reasonably correct manner provided that the average temperature of the upper face of the bead does not deviate too much from T * s = 350 ° C, which is the case in Figure 5.

Si l'on adopte la simplification de la figure 6, on a :

Figure imgb0002
où Φ1 est la valeur du flux moyen dans la zone sous influence directe des gicleurs, Φ2 est la valeur du flux moyen dans la zone noyée, mais non arrosée entre gicleurs, A la distance entre gicleurs et B la largeur de la zone arrosée par un gicleur; les valeurs de ces paramètres sont connues dès lors qu'il s'agit d'une installation déterminée.If we adopt the simplification of Figure 6, we have:
Figure imgb0002
 where Φ 1 is the value of the average flow in the area under direct influence of the sprinklers, Φ 2 is the value of the average flow in the flooded area, but not watered between sprinklers, At the distance between sprinklers and B the width of the sprinkled area by a sprinkler; the values of these parameters are known when it is a specific installation.

La valeur du flux moyen étant déterminée grâce à la relation (a), pour appliquer le procédé de l'invention, il n'y a dès lors plus qu'à rechercher la valeur de la durée (τ) de la phase du refroidissement rapide, en tenant compte bien entendu de la composition de l'acier, des propriétés visées pour le rail et des caractéristiques générales de l'installation dont on dispose.The value of the average flux being determined by the relation (a), to apply the method of the invention, there is therefore only to find the value of the duration (τ) of the rapid cooling phase , of course taking into account the composition of the steel, the properties targeted for the rail and the general characteristics of the installation available.

Dans une mise en oeuvre particulière du procédé de la présente invention, on utilise avantageusement la notion de "température moyenne de transformation" (en abrégé TMT).In a particular implementation of the method of the present invention, the notion of "average transformation temperature" is advantageously used (abbreviated as TMT).

Au cours de leurs travaux, les demandeurs ont en effet mis en évidence le fait que, si les paramètres tels que la vitesse moyenne de refroidissement ou la température moyenne en fin de refroidissement contrôlé ont une influence sur les propriétés mécaniques du bourrelet, le paramètre contrôlant directement et de manière univoque les propriétés est cette "température moyenne de transformation".During their work, the applicants have in fact highlighted the fact that, if parameters such as the average cooling speed or the average temperature at the end of controlled cooling have an influence on the mechanical properties of the bead, the parameter controlling directly and unequivocally the properties is this "average transformation temperature".

Dans le cadre de l'invention, on a défini de la façon suivante la dite température TMT :

  • On a considéré un point de la section du bourrelet (soit dans les exemples qui suivent un point situé sur le plan de symétrie du rail et à 14 mm de la surface du bourrelet- point de prélèvement des éprouvettes de traction), point dont la température varie pendant et après le traitement suivant la loi :
    Figure imgb0003
In the context of the invention, the so-called TMT temperature has been defined as follows:
  • We considered a point in the section of the bead (either in the examples which follow a point located on the plane of symmetry of the rail and 14 mm from the surface of the bead - point of sampling of the tensile test pieces), point whose temperature varies during and after treatment according to law:
    Figure imgb0003

Par ailleurs, la cinétique de la transformation allotropique en ce point est décrite par :

Figure imgb0004
où z représente le pourcentage en volume de l'austénite transformée.Furthermore, the kinetics of the allotropic transformation at this point is described by:
Figure imgb0004
 where z represents the percentage by volume of the transformed austenite.

En combinant ces deux cinétiques (1) et (2), on obtient: T = f,(z), d'où

Figure imgb0005
Sur la figure 7, les relations (1) et (2) sont représentées à la partie supérieure (température et z en fonction du temps) au cours des deux phases de refroidissement rapide (I) et de. refroidissement à l'air (II), tandis que la relation (3) est représentée à la partie inférieure (diagramme z/T°).By combining these two kinetics (1) and (2), we obtain: T = f, (z), hence
Figure imgb0005
 In FIG. 7, the relations (1) and (2) are represented at the upper part (temperature and z as a function of time) during the two rapid cooling phases (I) and. air cooling (II), while the relation (3) is represented in the lower part (z / T ° diagram).

Se basant sur le fait remarquable qu'il existe une relation étroite et univoque entre les propriétés mécaniques et la température dite TMT, les demandeurs préconisent de déterminer les valeurs de 0 et de T en utilisant comme seul paramètre cette température en question qui, pour un acier de composition donnée, serait alors la seule variable dont dépendent les propriétés mécaniques.Based on the remarkable fact that there is a close and unequivocal relationship between the mechanical properties and the so-called TMT temperature, the applicants recommend determining the values of 0 and T using this temperature in question as the only parameter, which for a steel of given composition, would then be the only variable on which the mechanical properties depend.

La figure 8 montre un exemple de la relation entre la charge de rupture et TMT pour un acier à 0,75 % C et 0,72 % Mn. Ce fait est de la plus haute importance non seulement pour la définition du cycle thermique, mais également pour le contrôle du procédé.Figure 8 shows an example of the relationship between the breaking load and TMT for a steel at 0.75% C and 0.72% Mn. This fact is of the greatest importance not only for the definition of the thermal cycle, but also for the control of the process.

Pour un acier donné, la relation "charge de rupture - TMT" permet de déterminer (TMT) min et (TMT) max à partir des valeurs respectivement maximales et minimales des charges de rupture visées dans le bourrelet, par exemple dans le cas de la figure 8, des valeurs (TMT) min = 615°C et (TMT) max = 645°C si l'on vise une charge de rupture comprise entre 1080 et 1200 MPa (acier à 0,75 5 C et 0,72 % Mn).For a given steel, the relation "breaking load - TMT" makes it possible to determine (TMT) min and (TMT) max from the maximum and minimum values respectively of the breaking loads targeted in the bead, for example in the case of the Figure 8, values (TMT) min = 615 ° C and (TMT) max = 645 ° C if we aim at a breaking load between 1080 and 1200 MPa (steel at 0.75 5 C and 0.72% Mn).

Dans un problème particulier, il est possible de déterminer un domaine de variation des deux paramètres Φ et T définissant les conditions de refroidissement.In a particular problem, it is possible to determine a domain of variation of the two parameters Φ and T defining the cooling conditions.

Les données du problème sont les suivantes :

  • - la composition de l'acier,
  • - la fourchette des propriétés mécaniques visées et dès lors les valeurs maximale et minimale de la température moyenne de transformation,
  • - la température d'entrée maximale du bourrelet dans la rampe fonction de la température de fin de laminage et donc de l'installation,
  • - la température d'entrée minimale du bourrelet dans la rampe; cette température doit être supérieure à la température de début de transformation afin d'éviter la formation de structures douces en surface du bourrelet.
The details of the problem are as follows:
  • - the composition of the steel,
  • - the range of targeted mechanical properties and therefore the maximum and minimum values of the average processing temperature,
  • - the maximum entry temperature of the bead in the ramp as a function of the temperature of the end of rolling and therefore of the installation,
  • - the minimum entry temperature of the bead into the ramp; this temperature must be higher than the temperature at the start of transformation in order to avoid the formation of soft structures on the surface of the bead.

Il existe en outre deux contraintes :

  • - l'absence de formation de martensite dans ce bourrelet,
  • - la transformation de 60 % max d'austénite dans la section du bourrelet à la sortie de la rampe.
There are also two constraints:
  • - the absence of martensite formation in this bead,
  • - the transformation of 60% max of austenite in the section of the bead at the exit of the ramp.

On a donné à la figure 9 une représentation schématique du domaine de variation de Φ et T. Dans cette figure :

  • - La courbe A correspond à une température d'entrée maximum et une température moyenne de transformation minimum.
  • - La courbe B correspond à une température d'entrée minimum et une température moyenne de transformation maximum.
  • - La courbe C correspond au flux maximum pour lequel il ne se forme pas de martensite dans la section du bourrelet.
  • - La courbe D correspond au temps de trempe pour lequel le pourcentage d'austénite transformée à la sortie de la rampe est de 60 %.
A diagrammatic representation of the variation domain of Φ and T. In this figure:
  • - Curve A corresponds to a maximum inlet temperature and a minimum average transformation temperature.
  • - Curve B corresponds to a minimum inlet temperature and a maximum average transformation temperature.
  • - Curve C corresponds to the maximum flux for which no martensite is formed in the section of the bead.
  • - Curve D corresponds to the quenching time for which the percentage of austenite transformed at the outlet of the ramp is 60%.

Un tel diagramme doit être créé dans chaque cas particulier. Il peut être calculé au moyen de modèle mathématique, par exemple le modèle simple suivant :

Figure imgb0006

  • où T = durée de traitement (s)
  • Φ = flux moyen (MW/m 2)
  • T0 = température initiale du bourrelet
  • a, b, c, d = coefficients dépendant de la composition et du type du rail, ainsi que de la valeur visée pour TMT.
Such a diagram must be created in each particular case. It can be calculated using a mathematical model, for example the following simple model:
Figure imgb0006
  • where T = duration of treatment (s)
  • Φ = average flow (MW / m 2 )
  • T 0 = initial temperature of the bead
  • a, b, c, d = coefficients depending on the composition and type of the rail, as well as the target value for TMT.

Par exemple, pour TMT = 645°C, un rail EB 50 T et un acier à 0,63 % C - 0,65 % Mn, on a les valeurs suivantes :

Figure imgb0007
Figure imgb0008
Figure imgb0009
Figure imgb0010
et donc finalement on obtient la durée T du traitement.For example, for TMT = 645 ° C, an EB 50 T rail and a steel at 0.63% C - 0.65% Mn, we have the following values:
Figure imgb0007
Figure imgb0008
Figure imgb0009
Figure imgb0010
 and therefore finally we obtain the duration T of the treatment.

Dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé de l'invention, l'âme et le patin du rail sont refroidis par des gicleurs à eau analogues à ceux utilisés pour le bourrelet. Le flux moyen désiré est obtenu par un réglage de la distance entre gicleurs et du débit d'eau par gicleur; ces deux paramètres sont ajustables séparément pour l'âme et pour le patin.In an advantageous implementation of the method of the invention, the core and the shoe of the rail are cooled by water nozzles similar to those used for the bead. The desired average flow is obtained by adjusting the distance between nozzles and the water flow rate per nozzle; these two parameters can be adjusted separately for the core and for the skate.

Les essais industriels ont toutefois montré que malgré tous les soins apportés au réglage du refroidissement des trois parties du rail (bourrelet, patin, âme), il était impossible d'éviter complètement les déformations transitoires de celui-ci dues surtout à l'apparition et au développement différentiel de la transformation allotropique dans les trois parties du rail.Industrial tests have, however, shown that despite all the care taken in regulating the cooling of the three parts of the rail (bead, pad, core), it was impossible to completely avoid the transient deformations of the latter due mainly to the appearance and to the differential development of the allotropic transformation in the three parts of the rail.

L'existence de cette tendance aux déformations transitoires rend le guidage du rail, pendant le traitement, indispensable, mais aussi difficile.The existence of this tendency to transient deformations makes guiding the rail, during treatment, essential, but also difficult.

Au cours de leurs travaux, les demandeurs ont développé un mécanisme de guidage efficace, dont les caractéristiques essentielles sont les suivantes:

  • - le guidage du rail dans le plan vertical n'est pas assuré par des paires de galets dont les axes de rotation sont situés dans un plan perpendiculaire au déplacement du rail, mais les galets doivent être décalés et de préférence être groupés par trois;
  • - le diamètre des galets de guidage dans le plan horizontal doit être compris entre 0,5 et 1,5 fois la distance entre deux galets successifs;
  • - le guidage dans le plan horizontal doit se faire par appui sur les faces latérales du bourrelet par des galets à axe vertical situés entre les groupes de galets de guidage vertical.
During their work, the applicants developed an effective guidance mechanism, the essential characteristics of which are as follows:
  • - The guide of the rail in the vertical plane is not ensured by pairs of rollers whose axes of rotation are located in a plane perpendicular to the movement of the rail, but the rollers must be offset and preferably be grouped by three;
  • - the diameter of the guide rollers in the horizontal plane must be between 0.5 and 1.5 times the distance between two successive rollers;
  • - The guidance in the horizontal plane must be done by pressing on the lateral faces of the bead by rollers with vertical axis located between the groups of vertical guide rollers.

La figure 10 montre un exemple de réalisation des principes énoncés ci-dessus. Certains des groupes de guidage peuvent être également utilisés comme moyens d'entraînement du rail à vitesse réglable.FIG. 10 shows an exemplary embodiment of the principles set out above. Some of the guide groups can also be used as means for driving the rail with adjustable speed.

Sur cette figure 10, les galets 1, l', 1", ... disposés contre le patin du rail et 2, 2', 2", ... disposés contre la face supérieure du bourrelet servent au guidage dit "vertical"; les galets 3, 3', 3", ... appuyés contre les petits côtés du bourrelet servent au guidage dit "horizontal".In this figure 10, the rollers 1, l ', 1 ", ... arranged against the shoe of the rail and 2, 2', 2", ... arranged against the upper face of the bead are used for so-called "vertical" guidance ; the rollers 3, 3 ', 3 ", ... pressed against the short sides of the bead are used for so-called" horizontal "guidance.

Dans une réalisation particulière du dispositif de l'invention, tout ou partie des galets de guidage sont appuyés sur le rail avec des forces dont les valeurs sont choisies au préalable pour tolérer une certaine déformation du rail au cours du traitement thermique. Dans une telle réalisation du dispositif, il est avantageux de laisser aux galets qui sont appuyés avec une telle force préétablie (par exemple les galets 2, 2', 2" sur la figure 10), une mobilité limitée dans le plan de guidage, tandis que les autres galets sont dits "fixes dans l'espace" (par exemple les galets 1, 1', 1" sur la figure 10).In a particular embodiment of the device of the invention, all or part of the guide rollers are supported on the rail with forces whose values are chosen beforehand to tolerate a certain deformation of the rail during the heat treatment. In such an embodiment of the device, it is advantageous to leave the rollers which are supported with such a predetermined force (for example the rollers 2, 2 ′, 2 "in FIG. 10), limited mobility in the guide plane, while that the other rollers are said to be "fixed in space" (for example the rollers 1, 1 ′, 1 "in FIG. 10).

La mesure de la position des galets qui appuient sur le rail avec une force préétablie permet de déterminer les déformations du rail au cours du traitement. A l'aide du modèle du procédé, le calculateur ajuste séparément le refroidissement sur l'âme et le patin de manière à minimiser les déformations du rail au cours du traitement.Measuring the position of the rollers pressing on the rail with a preset force makes it possible to determine the deformations of the rail during processing. Using the process model, the computer separately adjusts the cooling on the core and the shoe so as to minimize deformation of the rail during treatment.

Cette adaptation du refroidissement sur l'âme et sur le patin en vue de minimiser les déformations du rail peut s'effectuer aussi bien dans le plan vertical que dans le plan horizontal.This adaptation of the cooling on the core and on the shoe in order to minimize the deformations of the rail can be carried out both in the vertical plane and in the horizontal plane.

Sur la figure 10, on distingue encore les boîtes de refroidissement munies de gicleurs, arrosant respectivement la face supérieure du bourrelet (boîte 4), la face inférieure du patin (boîte 5) et les deux faces de l'âme (boîtes 6 et 7).In FIG. 10, a further distinction is made between the cooling boxes fitted with sprinklers, spraying respectively the upper face of the bead (box 4), the lower face of the shoe (box 5) and the two faces of the core (boxes 6 and 7 ).

Claims (7)

1. Procédé pour la fabrication de rails, dans lequel dès 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 et, à partir de cette température, on soumet le rail en défilement continu à un refroidissement rapide et on refroidit ensuite le rail jusqu'à la température ambiante, est essentiellement caractérisé en ce que pour une température donnée du bourrelet à l'entrée de la rampe de refroidissement rapide, on règle la longueur de la rampe, la vitesse de défilement du rail et la densité moyenne des flux calorifiques appliqués au bourrelet, à l'âme et au patin de manière telle que d'une part les propriétés mécaniques finales dans le bourrelet soient obtenues alors que, à la sortie de la dite rampe, moins de 60 Â de la section du bourrelet ait subi la transformation allotropique austénite-perlite et que d'autre part les différences d'allongement entre le bourrelet et l'âme et entre le bourrelet et le patin soient minimisées.1. Method for manufacturing rails, in which, as soon as it leaves the hot rolling mill, the temperature of the rail is lowered to a value not less than that at which the pearlitic transformation in the bead begins and, from this temperature, the rail in continuous travel is subjected to rapid cooling and then the rail is cooled to ambient temperature, is essentially characterized in that for a given temperature of the bead at the inlet of the rapid cooling ramp, the length of the ramp, the running speed of the rail and the average density of the heat fluxes applied to the bead, to the core and to the shoe so that on the one hand the final mechanical properties in the bead are obtained while, at the exit of the said ramp, less than 60 Å of the section of the bead has undergone the aotenite-perlite allotropic transformation and, on the other hand, the differences in elongation between the bead and the core e and between the bead and the pad are minimized. 2. Procédé pour la fabrication de rails suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement est réglé de manière telle que la martensite ne soit en aucun point du bourrelet.2. Method for the manufacture of rails according to claim 1, characterized in that the cooling is adjusted in such a way that the martensite is not at any point of the bead. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dispose les gicleurs à eau de façon uniforme et ininterrompue le long de la rampe de refroidissement sans interposition de zones à refroidissement à l'air.3. Method according to either of claims 1 and 2, characterized in that the water sprinklers are arranged in a uniform and uninterrupted manner along the cooling ramp without interposition of cooling zones in the air. 4. Procédé pour la fabrication de rails suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la densité moyenne du flux calorifique appliqué au bourrelet est déterminée à partir de la relation
Figure imgb0011
où T est une température moyenne arbitrairement choisie de la surface supérieure du bourrelet, 01 est la valeur du flux moyen dans la zone sous influence directe des gicleurs, Φ2 est la valeur du flux moyen dans la zone noyée, mais non arrosée entre gicleurs, A la distance entre gicleurs et B la largeur de la zone arrosée par un gicleur, les valeurs de ces paramètres étant connues dès lors qu'il s'agit d'une installation déterminée. Procédé pour la fabrication de rails suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on calcule la durée de la phase de refroidissement rapide à partir de la valeur de la température moyenne de transformation au moyen d'un modèle mathématique et par exemple le modèle simple suivant :
Figure imgb0012
 où T = durée de traitement (s) $ = flux moyen (MW/m 2) T0 = température du bourrelet à l'entrée dans le dispositif de refroidissement rapide, a, b, c, d = coefficients dépendant de la composition et du type du rail, ainsi que de la valeur visée pour la dite température moyenne de transformation. 4. Method for manufacturing rails according to either of claims 1 to 3, characterized in that the average density of the heat flux applied to the bead is determined from the relationship
Figure imgb0011
 where T is an arbitrarily chosen mean temperature of the upper surface of the bead, 0 1 is the value of the mean flux in the zone under direct influence of sprinklers, Φ 2 is the value of the average flow in the submerged area, but not sprinkled between sprinklers, At the distance between sprinklers and B the width of the area sprinkled by a sprinkler, the values of these parameters being known from in the case of a specific installation. Method for manufacturing rails according to claim 4, characterized in that the duration of the rapid cooling phase is calculated from the value of the average transformation temperature by means of a mathematical model and for example the model following simple:
Figure imgb0012
 where T = duration of treatment (s) $ = average flow (MW / m 2 ) T 0 = temperature of the bead on entering the rapid cooling device, a, b, c, d = coefficients depending on the composition and type of the rail, as well as the target value for said average transformation temperature. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour la fabrication de rails tel que décrit aux revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le guidage du rail dans le plan vertical n'est pas assuré par des paires de galets dont les axes de rotation sont situés dans un plan perpendiculaire au déplacement du rail, mais par des galets décalés et de préférence groupés par trois, en ce que le guidage dans le plan horizontal se fait par appui sur les faces latérales du bourrelet par des galets à axe vertical situés entre les groupes de galets de guidage vertical.Device for implementing the method for manufacturing rails as described in claims 1 to 5, characterized in that the guide of the rail in the vertical plane is not ensured by pairs of rollers whose axes of rotation are located in a plane perpendicular to the movement of the rail, but by offset rollers and preferably grouped by three, in that the guidance in the horizontal plane is done by pressing on the lateral faces of the bead by rollers with vertical axis located between the groups of vertical guide rollers. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre des galets de guidage dans le plan horizontal est compris entre 0,5 et 1,5 fois la distance entre deux galets successifs.Device according to claim 6, characterized in that the diameter of the guide rollers in the horizontal plane is between 0.5 and 1.5 times the distance between two successive rollers. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que tout ou partie des galets de guidage sont appuyés sur le rail avec des forces dont les valeurs sont choisies au préalable pour tolérer une certaine déformation du rail au cours du traitement thermique.Device according to either of Claims 6 and 7, characterized in that all or part of the guide rollers are supported on the rail with forces whose values are chosen beforehand to tolerate a certain deformation of the rail during heat treatment.
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