Brevet FR2585368A1 — publié le 19870130

L'invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication d'un rond d'acier à béton présentant des quali- tés de résistance élevées ainsi qu'une bonne aptitude au soudage, sur des trains à fils modernes, l'acier choisi étant soumis à un traitement thermique après avoir quitté le der- nier étage de transformation, un bloc de laminage de fils. Pour satisfaire aux exigences des utilisateurs de ronds d'acier à béton, c'est-à-dire pour que ces produits présen- tent en même temps qu'une résistance élevée une bonne aptitu- de au soudage, le rond d'acier à béton est soumis lors de sa fabrication sur des trains à fils à grand débit à un traite- ment thermique de façon que se forme une couche superficiel- le de martensite améliorée et que le noyau du rond d'acier présente une structure mixte de ferrite et de perlite. C'est ainsi que le DE-PS 23 45 738 présente un fil d'a- cier et un procédé de fabrication de ce fil dans lequel le noyau du fil d'acier comporte de la perlite en bandes fines qui est entourée par une couche de martensite ayant subi un revenu complet à la surface extérieure du fil qui, en section transversale, représente au maximum 33 % de la surface trans- versale du fil. A partir de la chaleur de laminage, le fil d'acier, après avoir quitté le groupe finisseur du train à fils, est soumis à un refroidissement par eau polyétagé et, après avoir été ensuite enroulé, est mis à refroidir en cou- ronnes à l'air libre à la température ambiante, le fil d'a- cier ayant été porté avant le refroidissement polyétagé par eau à une température de 850 à 910 C puis refroidi jusqu'en dessous de la température de démarrage de martensite sur sa surface par refroidissement par l'eau en plusieurs stades d'environ 0,2 secondes. D'un autre brevet antérieur, le DE-PS 29 00 271, il res- sort que les ronds d'acier à béton sont nervurés et confec- tionnés sur un train à fils. Dans ce cas également, après avoir quitté le groupe finisseur, le produit laminé est sou- mis à un refroidissement intensif au cours duquel la surface du produit laminé est refroidie à une température inférieure à la température de démarrage de la martensite. Le refroidis- sement doit être effectué avec une intensité telle que la température d'équilibre entre le noyau et la surface est atteinte avant que puisse se déclencher la transformation en bainite, ferrite ou perlite, la température d'équilibre étant située dans la plage de températures o peut s'effec- tuer une transformation aussi précoce que possible de l'aus- ténite en ferrite et en perlite. Après que la température d'équilibre a été atteinte, la température est maintenue sensiblement constante jusqu'à la fin de la transformation en perlite puis le produit laminé est soumis à un lent re- froidissement. Selon ce procédé également, le rond à béton après avoir été refroidi sur des dispositifs appropriés est enroulé sur des bobineuses et refroidi à l'air en couronnes. Les inconvénients des solutions connues résident dans le fait qu'elles ne peuvent être appliquées que pour des di- mensions déterminées et que le produit laminé est bobiné ce qui rend nécessaires des installations et dispositifs sup- plémentaires. L'invention a pour but de proposer un procédé de lami- nage de ronds d'acier à béton se déroulant dans des condi- tions de fonctionnement normales dans un train à fils qui puisse être mis en oeuvre dans de bonnes conditions de qua- lité et de coûts en utilisant les équipements connus. Le problème à résoudre consiste à créer un procédé de fabrication d'un rond à béton de haute qualité en couronnes présentant une couche extérieure de martensite revenue pour une gamme de diamètres supérieurs ou égaux à 10 mm, sur des trains à fils à grand débit, avec lequel le rond à béton présente une limite élastique apparente supérieure ou égale à 500 MPa, une résistance à la traction supérieure ou égale à 570 MPa et une extension minimale de 10 %. Il faut de plus créer un dispositif approprié qui, gr&ce à une disposition adaptée permette la mise en oeuvre du procédé dans un train à fils à grand débit. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce à un procé- dé qui se déroule sur un train à fils à grand débit de telle façon qu'après avoir quitté le bloc de laminage de fil, le rond à béton suit un parcours de refroidissement alimenté en eau et que le refroidissement nécessaire du rond à béton est terminé lorsqu'il a atteint et parcouru une première installation d'entraînement de fil. L'eau de refroidisse- ment est amenée dans le parcours de refroidissement par des dispositifs appropriés et dans des conditions qui varient en fonction du produit laminé et de la vitesse de laminage. L'alimentation du parcours de refroidissement en eau de re- froidissement s'effectue seulement lorsque le bout de tête du fil laminé a dépassé le parcours de refroidissement.Après que le rond à béton a fini de parcourir un premier dispositif d'entraînement du fil, il traverse une installation de guida- ge dans laquelle s'effectue l'équilibrage nécessaire des températures entre le noyau et la couche superficielle, en même temps qu'il se forme sur la surface du produit laminé une couche extérieure de martensite revenue complète et que se présente dans la zone de section transversale du noyau une structure de ferrite et perlite. Puis le rond à béton arrive dans une deuxième installation d'entraînement du fil et reçoit l'énergie cinétique nécessaire pour être ensuite déposé au moyen d'un poseur de spires en spires de qualité élevée sur une ligne de rouleaux à percussion. Ensuite le rond à béton déployé est remis à un convoyeur de spires, su- bit un deuxième refroidissement et arrive par l'intermédiai- re d'une table à rouleaux collecteurs dans une gaine collec- trice o le rond à béton est déposé en couronnes de qualité marchande. Ce second refroidissement est effectué avec de l'air et en fonction de la composition d'alliage du fil la- miné de sorte que la transformation gamma-alpha s'effectue pratiquement dans l'étage perlite. Le point remarquable essentiel de l'invention est que le refroidissement du rond & béton est terminé avant un pre- mier dispositif d'entraînement de fil, que l'équilibrage des températures s'effectue entre le premier et un deuxième dis- positif d'entraînement de fil et qu'ensuite le rond à béton présente une température qui permet de former sans difficul- té les spires dans le poseur de spires au moyen du tube de pose rotatif. A cet instant le traitement thermique et la formation structurelle du rond à béton sont déjà terminés. Un autre point remarquable de l'invention est que le refroidissement du rond d'acier à béton s'effectue sans qu'il y ait eu entre temps d'équilibrage des températures et le refroidissement nécessairement rapide est obtenu grâce au fait que la pression statique dans le dispositif de re- froidissement constitué par des tuyaux de refroidissement élémentaires disposés les uns derrière les autres est augmen- tée grâce au fait que les buses de stripage prévues entre les tuyaux de refroidissement sont alimentées avec de l'eau sous pression dont la pression correspond à la pression d'ar- rivée de l'eau de refroidissement pour le dispositif de re- froidissement. Les buses de stripage élémentaires sont dispo- sées à une distance déterminée du tuyau de refroidissement correspondant qui, depuis l'extrémité du tuyau de refroidis- sement jusqu'au début des buses de stripage, est sensible- ment deux fois plus grande que le diamètre intérieur du tuyau de refroidissement. On obtient facilement l'équilibra- ge des températures en chassant du rond à béton, avant qu'il n'entre dans la zone d'équilibrage, l'eau de refroidissement au moyen d'eau sous pression et d'air comprimé. Pour ce fai- re il est prévu après le dernier tuyau de refroidissement et avant le dispositif de guidage une buse d'eau et une bu- se d'air. Dans le dispositif selon l'invention il est prévu deux dispositifs d'entraînement de fil disposés dans le train à fils à grand débit. Un premier dispositif d'entraînement de fil est disposé derrière le parcours de refroidissement et un deuxième dispositif d'entraînement de fil est disposé avant le poseur de spires. Entre les deux dispositifs d'en- traînement de fil il est prévu un dispositif de guidage, dit goulotte de guidage, fait de pièces moulées en fonte.Il est égalemrnt prévu selon l'invention que le parcours de re- froidissement est constitué par des tuyaux de refroidisse- ment élémentaires avec chicanes correspondantes et il est prévu entre les tuyaux de refroidissement des buses de stri- page alimentées en eau sous pression tandis que sont mon- tées avant la goulotte de guidage une buse d'eau et une bu- se d'air. Un autre point remarquable de l'invention consiste en ce que le poseur de spires est incliné d'environ 10 . Appartient également à l'invention la forme particuliè- re de l'ouverture de sortie du tube de pose rotatif dans le poseur de spires. En l'occurrence il est particulièrement tenu compte du fait que, pour des températures différentes, on constate dans le rond à béton refroidi des rigidités dif- férentes qui sont à l'origine de différences de dépôt lors du déploiement et de la pose des spires. Pour y remédier, le tuyau de pose est biseauté sous un certain angle du côté sortie et est pourvu d'une tôle de chicane plane. L'angle est d'environ 3 à 5 tandis que la distance c est égale à 3 à 5 mm. Cette distance c est la distance entre le milieu du tuyau de pose et la tôle de chicane mesurée à l'ouverture de sortie, on peut naturellement prévoir aussi un chanfreina- ge bilatéral et dans ce cas également le montage de tôles de chicane des deux côtés. Le rond à béton fabriqué suivant ce procédé sur un train à fils à grand débit a été traité thermiquement de façon ap- propriée et présente dans le domaine des qualités de maté- riau une limite élastique apparente supérieure ou égale à 500}Pa, une valeur de résistance à la traction égale ou su- périeure à 570 MPa et une extension minimum de 10 %. Ce rond à béton présente de plus une bonne aptitude au soudage. L' avantage obtenu grâce à la disposition de deux dispositifs d'entraînement de fil est que ceux- ci sont réglés l'un par rapport à l'autre de telle façon que la traction exercée sur le rond à béton entre les dispositifs d'entraînement de fil est juste suffisante pour tirer le rond à béton à travers le dispositif de guidage sans risquer le flambage et pour per- mettre une pose de spires de bonne qualité. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente schématiquement la partie d'ins- tallation destinée au traitement thermique du rond à béton; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie du parcours de refroidissement; la figure 3 représente en coupe le détail A de la figu- re 2; la figure 4 représente en coupe le détail B de la figu- re 2; la figure 5 est une vue en élévation de la fixation du tuyau de pose du poseur de spires; la figure 6 est une coupe suivant la ligne C-C de la figure 5 représentée tournée; la figure 7 est une coupe suivant la ligne D-D de la figure 5 représentée tournée. La vue d'ensemble de la partie de traitement thermique d'un train de laminage à fils à grand débit est montrée à la figure 1. A la suite du bloc de laminage 1 représenté est placé le parcours de refroidissement 2 auquel font suite le premier dispositif d'entraînement de fil, c'est-à-dire l'en- traîneur de fil 3, le dispositif de guidage 4 qui est cons- titué par un assemblage de pièces moulées en fonte formant goulotte de guidage, et un entraîneur de fil 5 formant le deuxième dispositif d'entraînement de fil. Le poseur de spi- res 6 incliné sous un angle de 10 fait suite à l'entraîneur de fil 5. Plus en aval sont prévus successivement une ligne de rouleaux à percussion 7, un convoyeur de spires 8, une ligne de rouleaux de recueil 9 et à la suite de celle-ci une gaine collectrice 11 avec mandrin collecteur 10. Dans la gaine collectrice 11 se trouve une cisaille à ébouter 12.Le dispositif de refroidissement par air 19 se trouve en des- sous du convoyeur de spires 8. Le rond d'acier à béton que l'on désignera à partir de maintenant par le nom de fil la- miné dont le laminage final a été effectué dans le bloc de laminage de fil 1 pénètre dans le parcours de refroidisse- ment 2 o il est refroidi de façon que se forme une couche de martensite superficielle d'une épaisseur déterminée. Le premier entraîneur de fil 3 situé derrière le parcours de refroidissement a pour rôle de surmonter la force de freina- ge due à l'eau de refroidissement agissant sur le fil laminé et d'assurer que la poursuite du déplacement du fil laminé s'effectue sans incident. Ceci s'effectue dans un dispositif de guidage 4 et dans le deuxième entraîneur de fil 5 jus- qu'au poseur de spires 6. La distance entre l'extrémité du parcours de refroidissement 2 et le poseur de spires 6 est telle que la durée du parcours effectué par le fil laminé est suffisante pour mener jusqu'à son terme l'équilibrage des températures entre le noyau et la zone superficielle et terminer ainsi le revenu nécessaire de la couche de marten- site superficielle. Cela est nécessaire pour que la forma- tion des spires dans le poseur de spires 6 s'effectue sans obstacle, le fil laminé devant pour cela présenter une ré- sistance à la déformation aussi réduite que possible. C'est essentiellement le deuxième entraîneur de fil 5 qui assure le mouvement du fil laminé à travers le tube poseur 22 rota- tif du poseur de spires 6. Sous l'action du poseur de spires 6 le fil laminé est déposé en continu en spires élémentaires sur un train de rouleaux à percussion 7 en mouvement et est remis sur le convoyeur de spires 8 d'o il est transféré par le train de rouleaux collecteur 9 à la gaine collectrice 11 o la couronne de fil est formée sur le mandrin collecteur 10. Les extrémités de fil laminé de qualité non satisfaisan- te, par exemple non refroidies, peuvent être coupées avec la cisaille à ébouter 12 et être ensuite évacuées à part. La figure 2 fait ressortir la structure du parcours de refroidissement 2. Le parcours de refroidissement 2 est cons- titué ici par plusieurs tuyaux de refroidissement 13 élémen- taires qui sont montés sur des prismes 21 et logés dans des cuves 20. Derrière chacun des tuyaux de refroidissement 13 auquel font suite d'autres tuyaux de refroidissement 13 est disposée une buse de stripage 14. Derrière le dernier des tuyaux de refroidissement 13 il est prévu une buse de stri- page combinée composée d'une buse à eau 17 et d'une-buse à air 18, la buse à air 18 étant disposée derrière la buse à eau 17. La buse à eau 17 joue ici le même rôle et à la même forme que la buse de stripage 14. Le refroidissement du fil laminé s'effectue de façon connue en soi dans les différents tuyaux de refroidissement 13 disposés les uns derrière les autres en alimentant les tuyaux de refroidissement 13 en eau froide dans le sens de marche du fil laminé. Le renforcement de l'effet de refroi- dissement par augmentation de la turbulence de l'eau passant dans les tuyaux est obtenu en montant dans les tuyaux des éléments renforçateurs de turbulence. Le refroidissement du fil laminé s'effectue ainsi à une vitesse de refroidissement maximum en ramenant à un minimum la force de freinage agis- sant sur le fil laminé. A cet effet le rapport entre le dia- mètre intérieur de tuyau de refroidissement D et le diamètre de fil laminé d ne doit pas être supérieur ni inférieur à une valeur de 2 à 3. Pour maintenir constamment le fil lami- né au centre du tuyau de refroidissement 13 afin d'obtenir un refroidissement uniforme de ce fil sur sa section trans- versale, le fil passe dans des douilles de guidage 15 (figu- re 3) à l'intérieur de la tête du tuyau de refroidissement 13 et dans des guidages 16 à l'intérieur de la buse de stri- page 14, de la buse à eau 17 et de la buse à air 18 (figure 4). Le diamètre intérieur D' des douilles de guidage 15 et des guidages 16 doit être avec le diamètre de fil laminé d dans un rapport qui ne doit être ni supérieur ni inférieur à une valeur de 1,5 à 2,5. Les tuyaux-de refroidissement 13 montés les uns derrière les autres assurent un refroidisse- ment ininterrompu du fil laminé sans qu'il soit effectué entre temps d'équilibrage des températures. Pour obtenir la rapidité de refroidissement nécessaire, la pression statique dans le tuyau de refroidissement 13 est augmentée en alimen- tant les buses de stripage 14 disposées entre les tuyaux de refroidissement 13 avec de l'eau sous pression dont la pres- sion correspond à la pression d'arrivée de l'eau de refroi- dissement pour le tuyau de refroidissement 13 et en donnant à la distance a entre l'extrémité du tuyau de refroidisse- ment 13 et le début de la buse de stripage 14 ou de la buse à eau 17 une valeur double de celle du diamètre intérieur du tuyau de refroidissement 13. Pour obtenir un stripage assuré de l'eau de refroidissement après le dernier tuyau de re- froidissement 13 c'est-à-dire à l'extrémité du parcours de refroidissement 2, et assurer ainsi en tout état de cause l'équilibrage des températures nécessaire, le stripage de l'eau de refroidissement est effectué avec de l'eau par la buse à eau 17 et avec de l'air par la buse à air. La pres- sion de l'eau dans la buse à eau 17 a une valeur qui est une fois et demi plus grande que la pression d'arrivée de l'eau de refroidissement au dernier tuyau de refroidissement 13. La figure 5 montre le poseur de spires 6 avec le tube de pose 22 et la chicane 23 disposée à la sortie du tube de pose. Lorsqu'on lamine du rond à béton solidifié thermique- ment avec couche superficielle de martensite revenue, il est nécessaire que le déclenchement du refroidissement par eau ne s'effectue qu'après que le début du fil laminé a été sai- si par l'entraineur de fil 3. Etant donné que la mise en cir- cuit de l'eau de refroidissement s'effectue dans un laps de temps très court, il y a une transition très brusque entre le début de fil non refroidi et le fil refroidi qui fait suite. Pour réduire à un minimum la partie de rebut, cette transition représente un avantage, mais la différence de rigidité de fil qui en résulte provoque également une modi- fication soudaine de la vitesse A à laquelle les spires de fil sortent du poseur de spires 6. Ce phénomène qu'on a cons- taté dans la pratique de fonctionnement du laminage peut s'expliquer par le fait que, par suite de la plus grande rigidité du fil refroidi, ses conditions de guidage dans le tube de pose 22 sont modifiées. Si le fil laminé n'est pas refroidi en dessous de 800-750'C, son guidage s'effectue de façon stable dans la zone b de l'ouverture de sortie du tube de pose (figure 6). Si le refroidissement est poussé jusqu'à une températu- re égale ou inférieure à 6000C l'augmentation de la rigidi- té du fil entraîne une modification du parcours dans le tu- be de pose 22 qui, dans le cas extrême, peut même être dé- placé jusque sur l'autre côté intérieur du tube et ceci ex- plique la modification de la vitesse de sortie du fil hors du poseur de spires 6. Il se produit une augmentation de l'angle de sortie, c'est-à-dire du pas des spires du fil. Si on part d'un diamètre intérieur courant du tube de pose 22 égal à 35 à 40 mm, cette modification du pas est considé- rable. En raison du très court laps de temps nécessaire à la mise en circuit de l'eau de refroidissement ainsi qu'il a été dit plus haut, ce phénomène entraîne des recouvre- ments, nuisibles à la qualité, des spires de fil sur le train de rouleaux à percussion 7 et sur le convoyeur de spi- res 8 faisant suite au poseur de spires 6 et ensuite est la cause d'incidents de fonctionnement dans la gaine collectri- ce 11. Les spires de fil refroidies à environ 6000C rattra- pent et dépassent d'une certaine façon celles qui ne sont pas refroidies. Pour empêcher ces recouvrements des spires de fil il est pr6vu selon l'invention qu'à la sortie du tube de pose est montée une chicane 23. A cette fin, le tube de pose 22 est de pr6f6rence chanfrein& sous un angle ( de 3 à 5o. L'ouverture lat6rale du tube de pose ainsi form6e est obturée par une tôle de chicane 23 plane qui s'étend jusqu'à une distance c de 3 à 5 mm du milieu du tube (figure 7). De cette façon le fil ne peut être refoulé ni coincé dans le tube de pose 22. Lorsque le refroidissement par eau débute, le fil est guidé par la tôle de chicane 23, ce qui revient à dire que la modification du pas est divisée par deux et que les recouvrements nuisibles au recueil des spires sont ain- si évités. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fabrication sur des trains à fils à grand débit d'un rond d'acier à béton qui possède de bonnes propriétés de soudage, et subit un traitement thermique à la suite duquel il se forme dans la section transversale du noyau une structure mixte de ferrite et de perlite tandis que la surface présente une couche de martensite revenue fermée, caractérisé par le fait que le refroidissement du fil laminé est terminé avant un premier dispositif d'entraî- nement de fil, que l'équilibrage des températures s'effectue entre le premier et un deuxième dispositif d'entraînement de fil et que le rond d'acier à béton ainsi réalisé présente ensuite une température qui assure une formation sans diffi- culté des spires, le traitement thermique et la formation de la structure du rond à béton étant déjà terminés à ce moment- là. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après mise en spires du rond à béton, celui-ci subit un nouveau refroidissement par air, ce refroidissement eéant mené en fonction de la teneur d'alliage du fil laminé, de sorte que la conversion gamma-alpha s'effectue en totalité à l'étage perlite. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement du rond d'acier s'effectue de façon ininterrompue et sans qu'il soit procédé entre temps à un équilibrage des températures et que l'on obtient un refroi- dissement rapide par augmentation de la pression statique de l'eau de refroidissement à l'aide de dispositifs de stri- page alimentés en eau sous pression. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans la partie de l'installation destinée au traitement thermique située derrière le parcours de refroidissement (2) lequel est formé par des tuyaux de refroidissement (13), il est prévu un premier entraîneur de fil (3) et un dispositif de guidage (4) et qu'un deuxième entraîneur de fil (5) est disposé à la suite du dispositif de guidage (4) mais avant le poseur de spires (6) incliné de l0 . 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les tuyaux de refroidissement (13) sont mon- tés sur des prismes (21) et disposés dans des cuves (20) et qu'entre les différents tuyaux de refroidissement (13) sont disposées des buses de stripage (14) alimentées à la même pression que celle de l'eau de refroidissement tandis qu'est disposée entre le dernier tuyau de refroidissement (13) et le dispositif de guidage (4) une buse de stripage combinée constituée par une buse à eau (17) alimentée sous une pres- sion égale à une fois et demi la pression de l'eau de refroi- dissement et par une buse à air (18). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les buses de stripage (14) et les buses à eau (17) jouent le même rôle et ont la même forme et sont dispo- sées à une distance déterminée de l'extrémité du tuyau de refroidissement (13) correspondant, cette distance (a) étant égale au double du diamètre intérieur des tuyaux de refroi- dissement (13). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il est prévu dans les têtes des tuyaux de refroi- dissement (13) des douilles de guidage (15) et que les buses de stripage (14) ainsi que les buses à eau (17) et A air(18) comportent des guidages dont le diamètre intérieur (D') est avec le diamètre de fil laminé (d) dans un rapport de 1,5 jusqu'à 2,5 qui ne doit être dépassé ni en dessus ni en des- souse. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les tuyaux-de refroidissement (13) possèdent un diamètre intérieur (D) qui est dans un rapport de 2 à 3 avec le diamètre (d) du fil laminé, ce rapport ne devant être dépassé ni en dessus ni en dessous. 9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le poseur de spires (6) est équipé d'un tube de pose (22) dont l'orifice de sortie va en se rétrécissant et est pourvu d'une tôle de chicane (23) qui se rapproche de l'ori- fice de sortie jusqu'à une distance c = 3 à 5 mm et qui est disposée sous un angle dC= 3 à 5e.