Brevet FR2000306A1 — publié le 19690905

/ La présente invention concerne un procédé et un dispositif extrêmement efficaces pour le laminage de l'acier en vue de l'obtention de rails et de profilés similaires tels que les profilés de section en H et de section en I, à l'aide du laminoir universel. 5 II est bien connu que le laminage de l'acier en vue de l'ob tention de produits en acier présentant des ailes comme les rails, les profilés en H, les profilés en I et les cornières par les procédés traditionnels de laminage à travers des cannelures devient d'autant plus difficile que la section transversale de ces produits devient 10 plus importante. En vue de surmonter les difficultés qui se produisent du fait de la dimension des produits laminés, particulièrement quand ils présentent une dimension importante comme cela vient d'être indiqué, les procédés traditionnels ont été remplacés par le procédé de laminage 15 utilisant le laminoir universel qui comprend des cylindres verticaux aussi bien que des cylindres horizontaux. Le laminage, avec un laminoir universel de ce genre, offre 1* avantage de permettre de former la tête, particulièrement dans un rail opération qui demande un forgeage important, de façon concentrique, à 20 l'aide des cylindres verticaux. Autrement dit, la surface de la tête du rail qui est au contact des roues doit satisfaire à des conditions cxtrêaesent sévères par comparaison avec les autres parties; de ce fait le forgeage concentré de la surface de la tête du rail représente un facteur important pour la prolongation de sa durée de même que pour 25 éviter les ruptures qui peuvent être la cause d'accidents. De même, en ce qui concerne les poutrelles en H et en I du type usuel, un forgeage accru des ailes est recherché surtout en vue de l'obtention d'une résistance plus élevée pour l'emploi comme matériau de construction. Quoique, ainsi que cela a été dit ci-dessus, le 30 l*»inoir universel puisse forger la tête du rail de façon concentrique ce forgeage concentré laisse tout de même une certaine partie presque sans qu'elle ait été travaillée (cette partie étant désignée ci-après par les termes de "zone non forgée"). Cela conduit à un produit de qua lité médiocre et à des complications et pose un problème inévitable 35 dans la fabrication des rails et des produits de forme similaire, à 1* aide du laminoir universel. L'un des buts de la présente invention est de parvenir à un procédé et à un appareil de laminage de l'acier en vue de l'obtention de produits en acier présentant des ailes comme des rails, les pou-40 trelles en "H et les poutrelles en I à l'aide du laminoir universel, 69 00679 2 2000306 sans qu'il existe une zone non forgée à l'intérieur des ailes des produits, comme la tête d'un rail. La présente invention a en conséquence poui" objet un perfectionnement au procédé de laminage de l'acier en vue de l'obtention 5 d'un produit prorxxé présentant des ailes tel que rail ou poutrelle en H, à l'aide du laminoir universel perfectionnement caractérisé en ce que, au moins au cours d'un des stades précoces du laminage, on procède à un laminage assurant une déformation concave de la surface de la partie du matériau destinée à former l'aile, 10 Selon une autre caractéristique du procédé on réduit ^opposi tion à l'étirage transversal, au cours des stades précoces du procédé, de la partie du matériau destinée à former l'aile. Selon une autre caractéristique de l'invention on supprime, au cours des stades suivants du procédé, la déformation concave de la sur-15 face et on accroit progressivement l'opposition à l'étirage transversal de la partie du matériau destinée à former l'aile. Selon une autre caractéristique de l'invention on réduit progressivement, au cours des différents stades, le rayon de courbure des arêtes. 20 La présente invention a également pour objet un laminoir uni versel comportant deux cylindres horizontaux et deux cylindres verticaux pour le laminage de profiles comportant des ailes tels que rails ou poutrelles en H, caractérisé en ce que le cylindre laminant la partie du matériau destinée à former l'aile, présente en coupe longitudi— 25 nale axiale une forme convexe dans sa partie de cannelure laminant la partie de l'ébauche destinée à former l'aile. Selon une autre caractéristique du laminoir objet de l'invention la cannelure de laminage du cylindre vertical a une forme analogue à un W. 50 Selon une autre caractéristique du laminoir, le profil obtenu par le prolongement de la partie convexe du cylindre vertical laminant l'aile a une inclinaison plus faible que la forme finale que doit prendre l'acier. L'invention sera décrite plus en détail ci-après avec référen-35 ce aux dessins ci-annexés dans lesquels: Fig. 1 représente le laminoir universel utilisé pour le laminage de rails suivant le procédé traditionnel; Fig. 2 illustre l'action des cylindres de laminage des arêtes placées avant et après le laminoir universel de la figure 1; 40 Figs 3A et 3B sont des graphiques montrant le fluage du métal, , 6-9 00679 w V- V- V - 3 2000306 ... . lors du_ laminage d'un rail suivant les procédés de laminage traditionnels des figures 1 et 2, la figure 3A étant un graphique illustrant le fluage du métal au cours du laminage de dégrossissage d'une pièce en acier ^yant reçu un commencement de conformation et figure 3B un gra-5 phique correspondant à la fin du laminage: 4A et sont des graphiques montrant le fluage du métal l.01^ du_2-^"ninage d'un rail suivant le procédé de la présente invention, ?r-a 4A. étant un graphique illustrant le fluage du métal au cours du laminage de dégrossissage d'une pièce en acier ayant reçu une con-q-iQ'-fpçmÀt.iop préalable, et ayant la même origine que la pièce de la figure seit?A^i.e'feifk>.#i..gure 4B étant un graphique semblable, correspondant à 1 ' achèvement du laminage; &;-• >2 n-j Pijgj; 5 représente à une échelle plus grande l'action du cylin- ; dre^-vertical- du laminoir universel sur la tête du rail, conformément à ■1.5.1? présente invention; Fig. 6 représente une tête de rail laminée sui vaut le procédé ..5 ; de.ilam_inage.;de la figure 1; si Fi^g. 7 représente une variante du principe de laminage selon la présente invention, et la distribution de la même pression lorsque i-20^1e~.0.ylinstre5 vertical ne présente qu'une seule partie convexe; ij-, Êâiv.n ii Ç'igs 8 à ÎO représentent le laminoir universel utilisé pour s s le., l&mifiagej. selon la présente invention, la figure 8 correspondant à ivilanp.ïë.tnière-phase du laminage, la figure 9 à l'état intermédiaire et î r^laïfi.gure 1P à la dernière phase de ce laminage; &tzaizisl srFigv 11 est un graphique d'ensemble simplifié de la mise en oeuvre de la présente invention. vn.c'I sb rt Là.; description qui va suivre concerne un mode de réalisation cr:tpréférentiel de la présente invention dans le cas, donné à titre d4 exemple, du laminage d'un rail conformément à la présente invention, ^ûc.céilaminagej étant examiné en comparaison avec le laminage par le pro-I.';.- cédé ;±radi tionnel. ' ivb g---p -r-Lesj:figures 1 et 2 représentent le laminage d'un rail en utilisant un laminoir universel, laminage tel qu'on l'effectue d'une manière -iii tr^di tiQÔnqlle. 35 En passant à travers un intervalle préfixé entre une paire de çyli-ndres^hôrizontaux 1 et 2 et un intervalle conpris entre le cylindre vertical 3 dont la cannelure de laminage a une forme semblable à celle 5 de il a--; tête- du rail, cependant que le cylindre vertical 4 lamine le matériaux du côté de la partie qui doit former la semelle du rail, le ma-4.Q:; térieur à laminer subit une réduction d'épaisseur dans la tête 5, dans 6° 00679 i 2000306 l'âme 6 et dans la semelle 7, et dans la phase suivante, qui est représentée dans la figure 2, le matériau passe à travers un intervalle préfixé compris entre les cylindres horizontaux 8 et 9 (qui constituent ce qu'on appelle les cylindres de formation des arêtes), cette 5 passe étant destinée à la formation de la largeur de la tête et de la semelle; la combinaison des laminages ci-dessus est effectuée plusieurs fois jusqu'à ce qu'on obtienne les dimensions du produit final. Toutefois, le laminage effectué par le procédé traditionnel, tel que mentionné ci-dessus, conduit à des complications qui seront 10 indiquées ci-après, et qui aboutissent à une qualité médiocre du pro« duit, ces complications provenant de la formation d'une zone non forgée dans la partie de surface de la tête, et cela à cause de la propriété de l'objet laminé de former un coin sous l'action du laminoir à chaud, cette zone ne contribuant pas à étirer ou à déformer la matière, bien 15 qu'on puisse obtenir une grande réduction d'ensemble quand on lamine par ce procédé, étant donné que la tête du rail peut subir une réduction directement par les cylindres verticaux. Les figures 3 et 4 représentent la formation de la zone non forgée, et illustrent le fluage du métal du produit observé lors du 20 laminage par le procédé de laminage selon les figures 1 et 2, en utilisant un réseau imaginaire dans la section transversale de la pièce en acier grossièrement ébauchée, observation qui permet de constater que, par comparaison avec la partie centrale, la partie de surface présente quelques rectangles dont la hauteur reste aussi importante qu'avant le 25 laminage, ce qui prouve que la partie de surface est peu étirée. Cette zone est représentée avec des hachures obliques, quoi qu'elle ne présente pas en' fait une délimitation aussi nette, mais cela sert à montrer que la partie centrale de la tête est celle dans laquelle la zone non forgée est la plus profonde, cette profondeur allant en diminuant 30 vers les deux extrémités» La région qui présente des hachures obliquas varie suivant l'épaisseur et la largeur du matériau, les taux de réduction, etc. La présence d'une telle zone non forgée provoque des complications au cours des opérations de laminage, ce qui aboutit à une qualité 35 médiocre ou à une rupture du produit, comme indiqué ci-après: 1°- La présence de cette zone non forgée demande une grande charge de réduction. De façon plus détaillée, quand on compare les réductions de l'épaisseur H de la matière de la quantité ZI H avec et sans la présence de la zone non forgée d'une épaisseur désignée par 1, 40 le taux de réduction, dans le premier cas, est représenté par ^ H/H et. 69 00679 s 2000306 dans le dernier cas, par A H/H - I, cette comparaison fait ressortir clairement qu'en vue d'obtenir une réduction égale à /J^H, le dernier cas demande un taux de réduction plus grand et en conséquence une charge de réduction plus grande que le premier cas. 5 2°- Une distorsion du matériau soumis au laminage peut se pro duire par suite de la différence du taux d'étirage entre la partie de la surface contenant la zone non forgée et les autres parties. 3°» Il peut se former des défauts. 4°~ Il est impossible de déterminer quantitativement 1'influen-10 ce de la présence de la zone non forgée sur les taux d'étirage de la tête, de l'âme et de la semelle et il est difficile d'équilibrer les réductions des unes par rapport aux.autres. 5°~ Comme le taux d'étirage de la partie de la surface est faible, il tend à se produire une déformation irrégulière d'un point à l1 15 autre de la même section transversale, ce qui donne naissance à des contraintes résiduelles. 6°- En raison également de la déformation irrégulière précitée il se produit un effort de cisaillement le long de la ligne formant la limite, en donnant naissance à des difficultés telles que des fissu-20 res et une rupture du produit par les chocs au cours de 1♦utilisation. La présente invention est basée sur le fait qu'on a trouvé que la modification de la forme de la cannelure de laminage du cylindre vertical peut essentiellement supprimer la zone non forgée, cette découverte ayant été obtenue à la suite d'un examen approfondi du lami-25 nage de formation d'un rail ou de produits de forme similaire en utilisant un laminoir universel comme celui qui a été désigné ci-dessus. La figure 5 représente la tête du rail qui est attaquée par les cylindres verticaux du laminoir universel suivant la présente invention. Elle montre que la partie A du cylindre vertical ÎO qui cor-30 respond à la partie centrale de la tête du rail 5 présente une forme convexe. De cette façon, la zone non forgée produite dans la tête du rail est soumise à une réduction concentrée par cette partie convexe du cylindre vertical, ce qui aboutit à un laminage plus intense de 35 cette zone. Cette condition opératoire est clairement expliquée par les figures 4A et 4B. Dans ce cas, on a utilisé une ébauche en acier grossièrement laminée ayant la même origine que celle qui a été utilisée au cours du laminage selon la figure 3A. La figure 4A montre le fluage 40 du métal pendant le laminage de cette ébauche en acier en vue de 1 * obtention d'une tête du rail soumise à une réduction concentrée par les 69 00679 « 2000306 cylindres verticaux, ces cylindres verticaux ayant une forme convexe conformément à la présente invention» La figure 4B illustre le produit laminé ainsi obtenu,, Quand on compare l'écoulement du métal représenté dans la figure 4A et celui du produit laminé suivant le procédé tradi~ 5 tionnel représenté dans la figure 3B, le produit de la présente invention présente une zone non forgée beaucoup plus petite, ce qui permet de constater que le procédé de laminage conforme à la présente invention est très efficace. S'il s'agit d'obtenir une tête de rail très large, on peut munir le cylindre vertical de plus de deux parties con» 10 vexes de manière à éliminer plus efficacement la zone non forgée. Toutefois, pour une suppression complète de la zone non forgée, comme le montre la figure 4B, il faut tenir compte de la réduction dans le sens de la largeur et prévoir de même une ou plusieurs parties convexes . 15 Lors du laminage en vue de l'obtention d'un rail, à l'aide du laminoir universel, particulièrement pour le forgeage intense de la partie d'arête de la tête du rail B (figure 5)^ il est important, ainsi que cela a été indiqué, que le cylindre vertical du laminoir universel et les cylindres travaillant les arêtes qui sont montés avant et après 201e laminoir universel soient maintenus en contact avec cette partie B des angles pendant tout le temps de l'opération de laminage; ceci obligs finalement à réduire l'étirage de la matière dans le sens de la largeur. Toutefois, on a observé que la limitation de l'étirage dans le sens de la largeur au cours du laminage à l'aide du laminoir universel 25s'oppose à la suppression, ci-dessus indiquée, de la zone non forgée, étant donné que l'étirage dans le sens de la largeur au cours de cette opération de laminage est tellement limité que, même si on communique à la tête du rail une réduction concentrée avec la partie convexe du cylindre vertical, la zone non forgée n'est pas complètement supprimée, 30ia partie restante de cette zone se déplaçant au contraire vers la par« tie B de l'angle, comme représenté en C dans la figure 6. Autrement dit, étant donné que la courbe de la partie FG de la cannelure de laminage du cylindre vertical du type traditionnel qui est au contact de la partie B de l'arête, est habituellement très aiguë pour assurer le 35forgeage de la partie de l'arête B, l'étirage dans le sens de la largeur est limité particulièrement par la partie H. Par contre, la figure 7 illustre le principe de l'utilisation d'un cylindre vertical prenant une forme convexe au centre mais sans aucun dispositif restreignant l'étirage dans le sens de la largeur. Ce 40 procédé est efficace pour la suppression de la zone non forgée, mais il peut de temps en temps se produire un défaut de concordance entre 69 00679 7 n£ 60E0C 2000306 la Dartie convexe du cylindre vertical et la partie centrale de la tête SXSVfiOO sou ^ di^. rai^ juches que l'étirage dans le sens de la largeur n'est pas limité, du f,ait que le cylindre horizontal inférieur du laminoir universel, qui . „ ^ >es,t généralement placé au-dessus de la surface de la table de laminage, i>6Tt so'.»y 5 pousse latéralement vers le haut la pointe du matériau à laminer lors-avnx sînsasiq si s qu'il^circule sur la table de laminage et est introduit dans le lami- . noir. . asviïx -?} nsës iq êx . sé i- ' Le-* «b *9* ^.°nséquence, en vue d'éviter ce défaut de concordance, se -o 4i°rs 10 saire de limiter à un certain degré l'étirage dans le sens de la lar- « ljî9».: îOi non sfio. . gerur. De façon plus détaillée, la cannelure de laminage du cylindre 'Q lO 4 ^ JiiCvk tj> JL 3 ^ ^ver^tic^Lj. ^ présente des parties concaves D de part et d'autre de la partie convexe A et la courbe ou ligne inclinée DE de la cannelure de •33 «y/jïsq xeti 13 laminage au delà de la partie concave est rendue plus aiguë que la ■b 9^F^burftA°HFnne de la partie B de l'angle du produit fini, ce par quoi , , l'étirage de, la partie B de l'arête du rail est en partie limité, mais £l bd Qansîrrï sg>« r ' ïs 'ïoqiuî ^3a^1(^re so^-n qu*il ne se produise pas une restriction excessive . de l'étira,ge de la matière dans le sens de la largeur. axavirzu ixonxjBfiT' v. ■ * - _ Conformément à la présente invention, il est souhaitable de aqB J9 înws sstao ^ ' : yj20: ^gçéypir^un^gl laminoir universel à un moment aussi précoce que possi-■do xD§-®5e;â^sRïSS?^®» étant donné que la cannelure de laminage utilisée au 3Q-x&ï §îaâ§ èJ?$ir®?diaire doit prendre un profil aussi ressemblant que pos-- t>Prme du produit final» En effet la formation à nouveau, à fsvx^ê d'une partie concave dans la partie centrale constitue une opération additionnelle, opération addition-Ji33 sBeï'iSoçluijsnï®st Pas efficace parce que le laminage a progressé d'une Sun imputante ce qui rend impossible de prévoir une partie convexe tb ^v%ss,c|z gr^.nd^ pour supprimer la zone non forgée. ïrxsmâF»?qautre ra;"-son Q11® celle indiquée ci-dessus consiste en ce 30 qu^v,d^s ,r^de(s peuvent se former de temps en temps au cours du stade jrsofo^ui^ntôla^éa^lisation de la partie concave prévue pour supprimer la :.EI 3b i3£î;iû-> 8 à 10 représentent le laminage d'un rail à chaque >î isi§îf»eîiJb^ -Çîp116 8 représente ce laminage à un stade précoce» La figure ^^5^9 çgp^gsgnj^ ce laminage à un stade moyen et la figure ÎO le représente au cours du stade final. •.o 'f 62 ' r ,• »o» £ Çgn^prmément à la présente invention, il est prévu des cylin-des„d'arête de type usuel avant et après le laminoir universel qui est Zfi£ 5 ii&Ci . *'r r 3 .ic^BîéifnS8 Sans la figure 11. axi clm î^Vviaï îf^»rGylindre vertical ÎO du laminoir universel utilisé au cours û,1 00679 2000306 du stade précoce du laminage présente une cannelure de laminage en forme de W, laquelle réduit la totalité de la partie du matérieu 6-1 à laminer à laquelle il s'agit de donner la forme de la tête et surtout concentriquement à la partie centrale. En même temps, l'épaisseur de ^la partie qui doit former l'âme et celle de la partie qui doit former la semelle sont réduites respectivement par une paire de cylindres horizontaux 1 ét 2 et par le cylindre vertical 11, Au cours du stade intermédiaire, le matériau qui a traversé le stade précédent est soumis à une réduction dans sa partie qui est 10 destinée à former la tête, et cela au moyen du cylindre vertical 12 présentant une cannelure de laminage destinée à uniformiser cette partie . Un point important concernant le laminage à ce stade consiste en ce qut, du /ait que la partie du matériau qui doit former la tête 15a été soumise à une réduction avec concentration en forme de V et a été suffisamment forgée, et que la pointe D de la partie concave correspondant à la partie d'arête de la tête du produit fini forme un angle aigu avec les côtés, on assure un travail de forgeage considérable en même temps qu'on assure l'opération d'égalisation de la face. 20 II en résulte qu'il devient inutile de conserver le cylindre vertical et les cylindres d'arêtes du laminoir universel en contact avec la partie de l'arête de la tête,comme cela a été mentionné ci-dessus. Mais l'inclinaison (DE) du cylindre vertical est alors relativement plus grande et ressemble davantage à la forme du produit fini vers la 25 fin du passage au cours de la phase moyenne (Figure 9) et de la phase finale (figure 10) du laminage, par suite de l'augmentation progressive de la- limitation précitée de l'étirage dans le sens de la largeur. Si par exemple la pente de esl" celle de ^2^2 eSt c^°isie façon à être égale à 1/2 - 1/1,5, et celle de D3E3 à l/l» 30 La figure 11 montre un exemple d'un train de laminoirs conforme à la présente invention. (B.D„) représente la partie du train servant à réduire la section en vue de l'obtention d'une ébauche grossière à partir d'un lingot d'acier qu'on fait passer plusieurs fois à travers un laminoir (V^)<> 35 On assure ensuite le laminage du matériau au moyen d'un laminoir universel (^2) et d'un laminoir d'arêtes (E^), cette phase constituant la phase précoce précitée du laminage. Après avoir quitté le laminoir de formation des arêtes, le matériau est introduit dans le laminoir universel (V3) qui constitue 40 le stade intermédiaire. Après une passe dans (V,) le matériau est attaqué par le laminoir d'arêtes (E2) et le laminoir universel (V^), ce BAD ORJGfNAL 69 00679 2000306 laminage constituant le stade final et, ensuite, pour laminer la partie qui doit former la tête, on introduit le matériau dans le laminoir d'arêtes (Eg) comprenant un cylindre vertical et on finit avec un laminoir de finissage (F). 5 Les opérations de lamir.age par les laminoirs respectifs sont représentées par des croquis séparés» Ainsi que cela a été dit ci-dessus, la présente invention rend possible des opérations stables de laminage pour la réalisation de pro-» duits en acier profilés, tels que des rails, par réglage des profils . 10de la cannelure de laminage du cylindre vertical, en surmontant par ce moyen les difficultés comme celles qui ont été indiquées ci-dessus à propos des opérations de laminage, et en assurant un forgeage énergique de la partie du matériau qui doit former la tête, particulièrement dans le cas des rails, et qui doit répondre à des conditions sévères de 15fonctionnement. 6' 00679 10 2000306 REVENDICATIONS 1»- Un procédé de laminage de l'acier en vue de l'obtention ds un produit profilé présentant des ailes tel que rail ou poutrelle en H à l'aide d'un laminoir universel caractérisé en ce que, au moins au 5 cours d'un des stades précoces du laminage, on procède à un laminage assurant une déformation concave de la surface de la partie du matériau destinée à former l'aile. 20- Un procédé de laminage de l'acier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on réduit l'opposition à l'étirage transversal, au igcours des stades précoces du procédé, de la partie du matériau destinée à former l'aile» 3«~ Un procédé de laminage de l'acier selon les revendications I ou 2 caractérisé en ce qubn supprimaau cours des stades suivants du procédé, la déformation concave dé la surface et on accroit progressivement 1*oppo~ 15 sition à l'étirage transversal de la partie du matériau destinée à former l'aile» 4«- Un procédé de laminage de l'acier selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on réduit progressivement, au cours des différents stades, le rayon de courbure des arêtes» 20 5»»- Un laminoir universel pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 4 comportant deux cylindres horizontaux et deux cylindres verticaux, caractérisé en ce que le cylindre laminant la partie du matériau destinée â former l'aile, présente en coupe longitudinale axiale une forme convexe dans sa partie de cannelure lami-25nant la partie de l'ébauche destinée a former 1*3116» 6.- Un laminoir universel selon la revendication 5 ci-dessus caractérisé en ce que la cannelure de laminage du cylindre vertical a une forme analogue à un W» 70- Un laminoir universel selon les revendications 5 et 6 , 30caractérisé en ce que le profil obtenu par le prolongement de la partie convexe du cylindre vertical laminant l'aile a une inclinaison plus faible que la forme finale que doit prendre l*acier. BAD ORIGINAL