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Procédé et dispositif pour la fabrication de rails à champignon durci et autres pièces laminées analogues .
Dans la fabrication de rails à champignon durci et autres pièces de laminage analogues dont certaines zones doivent être spécialement améliorées, il faut tenir compte de ce qui suit .
On sait que l'acier au carbone présente, après avoir été refroidi subitement à partir d'une température supérieure à son point critique, une texture de trempe. Il se produit, parallèle - ment à ce changement de texture, une modification des qualités de résistance, de sorte que le refroidissement le plus brusque produit la dureté et la résistance à la traction les plus grandes avec une diminution de l'allongement.
Entre les valeurs extrêmes de cette texture martensitique et la texture perlitique, accom - pagnée d'une dureté et d'une résistance à la traction moindres pour un allongement plus grand, qui résulte d'un refroidissement lent, il existe des degrés intermédiaires caractérisés : la
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troostite, l'osmondite et la sorbite, dont l'allongement croît dans l'ordre de cette énumération, tandis que leur dureté et leur résistance à la traction diminuent.
On peut obtenir ces textures :
1 ) soit en soumettant l'acier refroidi brusquement, par un nouveau réchauffage, à un traitement de recuit subséquent jusqu'à l'obtention du degré d'amélioration voulu ;
2 ) soit en réglant convenablement la rapidité du refroi - dissement de manière à obtenir d'emblée le degré d'amélioration voulu.
A la réalisation pratique de ces modes d'amélioration s'op- posent tout d'abord, dans le cas de pièces laminées allongées - ainsi qu'il résulte de ce qui suit -de grandes difficultés d' ordre technique. Le plus économique est naturellement de pouvoir utiliser pour la trempe la chaleur encore inhérente à la pièce laminée immédiatement âpres sa sortie du laminoir. Or, lorsque l'amélioration a lieu suivant le premier des deux modes cités, il faudrait, après le refroidissement, soumettre la pièce lami - née à un réchauffage subséquent à des températures bien déter - minées. Il est très difficile, toutefois, d'obtenir et de con - server ici précisément, d'une manière simple et sûre, ces tem - pératures les plus favorables.
Au réglage de la rapidité de refroidissement s'opposent, dans le second cas, des difficultés analogues, étant donné qu' un contrôle continu exact des températures est nécessaire ici, contrôle qu'il est à peine possible de réaliser dans la prati - que. Mais les conditions apparaissent particulièrement diffici- les du fait qu'il n'est pas toujours souhaitable, pour des rai- sons appartenant au domaine de la technique de l'exploitation, d'étendre l'amélioration à la section entière de la pièce la - minée.
La fragilité d'un acier refroidi d'une manière semblable est très grande, de sorte que pour des rails, par exemple, il faut renoncer, ou égard à la sécurité de l'exploitation, à l'
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amélioration d.e la section entière du champignon
L'invention a pour objet, en premier lieu, un nouveau pro- cédé pour traiter de préférence les rails - dont la surface de roulement est seule soumise à l'usure - de telle manière que ces parties présentent une dureté et, par conséquent, une résistance 9.l'usure plus grandes. On obtient ainsi ce résultat que la piè- ce traitée -le rail - joint la dureté de l'acier amélioré, la ténacité de l'acier non traité.
Un tel procédé présente cet a -
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vte que les rails peuvent être fabriqués avec un acier rela" tiVE;r"3.1t pauvre en carbane, lequel est, après ce traitement, su- périeur, qus.nt a, la résistance à la rupture et à l'usul'e, 9, 1' acier % teneur ordinaire de carbone. La sécurité de l'exploita - tion cst, de ce fait, singuliererent accrue.
Dans le nouveau procédé, d'une manière cumiosue à ce qui a déjà été proposé - le rail fini quittant le laminoir - et dont on a làtiloe-e;it ccié d'abord la tête - passe lentement par des couches et est refroidi brusquement aux endroits à améliorer, par exemple sur la surface de roulement, par le liquide sortant des douches. Les quantités de liquide à employer dépendent de la section de la pièce laminée, de la, profondeur de la zone de trempe désirée et de la température à laquelle le rail quitte le
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laminoir. Il suffit d'une courte série d'es"ais pour déterminer cette qU2.atité pour les cas normaux. La profondeur de trsEpe est réglable par la vitesse avec laquelle on fait passer le rail de- vant le dispositif d'arrosage et par la mise au point de l'ame-
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née ,'' eau.
Pwr ce refroidissement brusque aux endroits a. amélio- rer, on y produit de préférence une texture r>1artensitique, en- suito de quoi la chaleur inhérente à la partie non traitée de la section d.u rail s'écoule vers la partie refroidie et peut y produire un effet de recuit. Les rails ainsi améliorés présen- tent, en règle générale, un passage progressif de la texture de
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trempe sur la surface de xozlenrent à la. texture normale de fer- rite-perlite dans le milieu du champignon.
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L'invention consiste en ce que, dans un tel procédé, on sou- met au traitement de refroidissement la pièce de laminage posée à plat, la surface à exposer spécialement à l'action du liquide de refroidissement étant tournée vers une nappe horizontale constituée par le dit liquide.
Il résulte de cette manière de procéder que le champignon à soumettre à l'amélioration ne se trouve pas hors de portée des jets de liquide de refroidissement même lorsqu'il se produit une déformation du rail, dont la section est asymétrique aux points de vue les plus divers. Car, du fait que le rail est posé à plat, il restera toujours dans le plan d'appui horizontal par suite de son propre poids, de sorte que le rail est atteint partout par la nappe horizontale de liquide de refroidissement et est par consé- quent, soumis partout à la même action amélioratrice.
D'après l'invention, on réduit encore la possibilité de la déformation du rail en soumettant au traitement de refroidisse - ment, outre le champignon, le patin du rail, afin d'obtenir un "dressage préliminaire ". Ce refroidissement a lieu en même temps que celui du champignon du rail effectué en vue de la trempe. On dispose en face des douches de trempe du champignon, dans le but qui vient d'être cité, environ deux ou trois douches pour le pa- tin. Cette forme de réalisation du procédé se recommande chaque fois que le champignon du rail renferme considérablement plus de matière que le patin.
Les douches de refroidissement dirigées sur le patin enlèvent à celui-ci une certaine quantité de cha - leur, ce qui a pour effet que le rail, en se rcfroidissantne se déforme guère - non pas, en tout cas, dans des proportions inad - missibles - et peut donc aussi, par la suite, être manipulé avec plus de fa.cilité.
L'invention a encore pour objet une forme d'application du procédé décrit pour la fabrication de rails à gorge à champignon durci ; la nouveauté réside ici dans le fait que le traitement de la surface de roulement du rail par le liquide de refroidisse-
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ment est séparé du traitement du contre-champignon par le liqui - d.e de refroidissement. Il est ainsi possible de remplir séparément les conditions différentes des traitements d'amélioration pour la surface de roulement, d'une part, et pour le contre-champignon, d'autre part, cet avantage étant important, notamment, dans le cas de railpour courbes.
On assure la position horizontale de la nappe de liquide de refroidissement en maintenant une pression constante de ce liqui- de, tandis que le traitement par le liquide de refroidissement dans l'espace et dans le temps, ainsi que la profondeur de la modification de la texture, se règlent par la modification de la quantité de liquide de refroidissement, ainsi que par le déplace- ment dans l'espace de l'action du liquide de refroidissement par rapport au chemin à parcourir par la pièce laminée. On dispose alors du moyen d'obtenir chaque action amélioratrice précisément la plus favorable pour le cas donné.
On peut obtenir une uniformité particulièrement grande de l'amélioration en enlevant de la pièce.la.minée au moyen d'un courant d'un corps gazeux sous pression - avantageusement au moyen d'un courant d'air ou de vapeur - le liquide de refroidis- sement superflu qui .s'accumulerait sur la pièce de laminage.
L'invention s'étend encore à des dispositifs qui conviennent particulièrement à la réalisation du nouveau procédé et peuvent aussi s'adapter, notamment, aux exigences variables des formes et dimensions de section les plus diverses de la pièoe laminée, ainsi qu'aux procédée d'amélioration les plus divers.
On orée ces possibilités, en particulier, en disposant à côté du chemin à parcourir par la pièce sortant du laminoir, de manière à pouvoir les élever et les abaisser ou les faire oscil- ler, des groupes de douches servant à produire une nappe horizon- tale de liquide de refroidissement, ainsi qu'en disposant un au- tre groupe de douches de refroidissement - ou de tuyères - de telle sorte que le rail, en passant devant les groupes de tuyères
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ou de douches mentionnés ci-dessus, soit exposé à un refroidisse- ment supplémentaire de son patin.
En réunissant les divers groupes de douches ou de tuyères de manière à constituer des corps pouvant être élevés, abaissés ou tournée par une commande unique, on peut simplifier la cons - truction et la manoeuvre des dispositifs, tandis que si les dou- ches ou tuyères peuvent être réglées isolément (peuvent être,par exemple, embrayées ou débrayées), le nouveau procédé reçoit la possibilité de réglage nécessaire. La poeeibilité de réglage est encore plus grande si l'on peut déplacer séparément - par exemple faire osciller - les diverses douches des groupes de douches par rapport au support tubulaire formant le groupe.
On assure un service très simple de l'installation entière en accouplant ensemble, en vue d'une manoeuvre commune, les dis- tributions pour l'amenée des nappes horizontales de liquide de refroidissement, d'une part, des courants d'air ou de vapeur ef- fleurant la face supérieure de la pièce laminée, d'autre part ; on peut encore, enfin, raccorder d'une manière appropriée L'ame- née du liquide de refroidissement pour le refroidissement du pa- tin du rail, en vue d'obtenir une manoeuvre commune.
Le dessin ci-joint illustre le nouveau procédé et montre, en même temps, une forme d'exécution d'un dispositif pour la réalisation de ce procédé.
La fig. 1 représente l'installation d'amélioration faisant suite ± une installation de laminage.
La fig. 2 montre la même installation à une plus grande échelle.
La fig. 3 est une vue transversale correspondante.
La fig. 4 montre la même disposition que celle de la fig.3 , maie la douche est dans une position oblique pour pouvoir ainsi, en ordre principal, améliorer le contre-champignon du rail pour courbe.
La fig. 5 est une vue extérieure d'une douche d'un mètre de
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longueur environ.
D'après la fig.l, des douches 1,2 et 3 sont disposées de - vant et derrière le laminoir ; elles servent à refroidir la sur- face de roulement du rail ou à en réduire déjà la, température dans l'opération de laminage ; sans ce refroidissement, le rail quitterait le laminoir a une température d'environ 1100 C. et posséderait donc une température inadmissible pour l'amélioration subséquente. Apres sa sortie du laminoir, le rail passe, sur des rouleaux, devant les douches 4,5,6,7,8 et 9, et ce à une vitesse qui doit dépendre des dimensions de la section et de la tempéra - ture du champignon de roulement du rail.
La fig. 2 fait voir l'amenée du liquide de refroidissement, par exempl e d'eau.
Par les tuyaux 10 et 10a, de l'eau sous pression pénètre dans les embranchements et, de ceux-ci , dans les douches de 4 à 9 incluse. Pour pouvoir supprimer l'amenée à l'une ou l'autre douche, les embranchements sont pourvus de soupapes 1. On peut, de la plate-forme de distribution, fermer la conduite principale au moyen des robinete G et G1, par exemple à l'aide d'un cylin - dre à pression hydraulique F. Aux tiges de piston prolongées de ce cylindre sont reliée les leviers des robinets d'arrêt G et G1.
On manoeuvre en même temps, du morne cylindre 7, le robinet H. qui ouvre ou ferme la conduite J. De cette conduite J, qui est tra - versée par de l'air ou de la vapeur, partent derrière le robinet H les tuyaux souffleurs K,K1 à K5 destinée à enlever la croûte de laminage de l'âme du rail et, en même tempe, à souffler l'eau qui se porterait sur l'âme du rail par suite de l'arrosage et s'y accumulerait. Afin de pouvoir enlever plus facilement le rail après son arrosage, on amené l'installation, au moyen du cylindre de distribution L se manoeuvrant également de la plate-forme de distribution et à l'aide de leviers de transmission, à la position indiquée en pointillé à la fig. 3.
La conduite principale pour l' amenée d'eau, ainsi que la conduite secondaire pour l'amenée de vapeur ou d'air peuvent être tournées dans les presse-étoupe M, M1
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ou N, respectivement. La. douche proprement dite peut être un peu déplacée grâce à la disposition des brides O, de morte qu'on peut, selon les besoins, améliorer la surface de roulement du rail de ligne ou le contre-champignon du rail de courbe. Il est évident qu'on peut aussi améliorer simultanément le contre-cham- pignon et la surface de roulement, en mettant convenablement au point l'arrosage pour les diverses douches dans un seul et même passage du rail.
Les dispositifs décrite ci-dessus peuvent être employés des manières les plue diverses. 0'est ainsi qu'on peut, par exemple, mettre en action seulement les douches 4,5,7 et 9 et fermer les douches 8 et 8, Le rail peut alors, en traversant lentement l'in- tervalle résultant de cette fermeture, subir une recuisson. L' effet est le même que dans un procédé d'immersion connu, dans lequel le rail est plongé plusieurs fois, à intervalles, dans un récipient contenant de l'eau.
Sur la fig.3 est indiquée en pointillé une douche ou un groupe de douches P pouvant servir au refroidissement du patin de rail.
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Method and apparatus for the manufacture of hardened mushroom rails and other similar rolled parts.
In the manufacture of hardened mushroom rails and other like rolling parts of which certain areas are to be specially improved, the following should be taken into account.
It is known that carbon steel exhibits, after having been suddenly cooled from a temperature above its critical point, a quenching texture. Along with this change in texture, there is a change in strength qualities, so that the more abrupt cooling produces the greatest hardness and tensile strength with decreased elongation.
Between the extreme values of this martensitic texture and the pearlitic texture, accompanied by lower hardness and tensile strength for greater elongation, which results from slow cooling, there are characterized intermediate degrees: the
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troostite, osmondite and sorbite, the elongation of which increases in the order of this enumeration, while their hardness and tensile strength decrease.
We can get these textures:
1) either by subjecting the suddenly cooled steel, by reheating, to a subsequent annealing treatment until the desired degree of improvement is obtained;
2) or by suitably adjusting the speed of cooling so as to obtain the desired degree of improvement straight away.
First of all, in the case of elongated rolled parts, the practical realization of these modes of improvement is opposed to great difficulties of a technical nature. The most economical is naturally to be able to use for the quenching the heat still inherent in the rolled part immediately after it leaves the rolling mill. However, when the improvement takes place according to the first of the two modes mentioned, it would be necessary, after cooling, to subject the laminated part to a subsequent reheating at well determined temperatures. It is very difficult, however, to obtain and maintain here precisely, in a simple and safe way, these most favorable temperatures.
In the second case, there are similar difficulties with the regulation of the cooling rate, since an exact continuous control of the temperatures is necessary here, a control which is hardly possible to achieve in practice. But the conditions appear to be particularly difficult because it is not always desirable, for reasons belonging to the field of operating technology, to extend the improvement to the entire section of the part. - mined.
The brittleness of a steel cooled in a similar way is very great, so that for rails, for example, it is necessary to renounce, or with regard to the safety of operation, the
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improvement of the entire section of the fungus
The object of the invention is, in the first place, a new process for preferably treating the rails - the running surface of which alone is subjected to wear - in such a way that these parts exhibit hardness and, consequently, greater wear resistance. This results in the fact that the treated part - the rail - combines the hardness of improved steel with the toughness of untreated steel.
Such a process has this a -
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vte that the rails can be manufactured with a rela "tiVE; r" 3.1t steel low in carbon, which is, after this treatment, superior, qus.nt a, the resistance to breakage and wear. , 9, 1% ordinary carbon steel. The safety of the operation is therefore singularly increased.
In the new process, in a manner cumiosue to what has already been proposed - the finished rail leaving the rolling mill - and of which we have used it; it first ccied the head - passes slowly through layers and is suddenly cooled. in places to be improved, for example on the running surface, by the liquid coming out of the showers. The quantities of liquid to be used depend on the section of the rolled part, the depth of the desired quenching zone and the temperature at which the rail leaves the
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rolling mill. It only takes a short series of tests to determine this quantity for normal cases. The trest depth is adjustable by the speed with which the rail is made to pass in front of the sprinkler and by the focus of the soul
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born, '' water.
Pwr this sudden cooling in places a. To improve this, there is preferably produced a r> 1artensitic texture, whereby the heat inherent in the untreated part of the section of the rail flows to the cooled part and can produce an annealing effect there. The rails thus improved show, as a rule, a progressive passage of the texture of the
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quenching on the surface of xozlenrent at the. normal texture of fer- rite-perlite in the middle of the mushroom.
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The invention consists in that, in such a process, the rolling part laid flat is subjected to the cooling treatment, the surface to be specially exposed to the action of the cooling liquid being turned towards a horizontal sheet formed by the said liquid.
It follows from this way of proceeding that the head to be subjected to the improvement is not out of reach of the jets of cooling liquid even when a deformation of the rail occurs, the section of which is asymmetrical from the most point of view. more diverse. Because, because the rail is laid flat, it will always remain in the horizontal bearing plane owing to its own weight, so that the rail is reached everywhere by the horizontal layer of coolant and is therefore quent, subject everywhere to the same improving action.
According to the invention, the possibility of deformation of the rail is further reduced by subjecting to the cooling treatment, in addition to the head, the shoe of the rail, in order to obtain a "preliminary dressing". This cooling takes place at the same time as that of the head of the rail carried out for the purpose of hardening. In front of the showers for quenching the mushroom, for the purpose just mentioned, about two or three showers for the patient are placed. This embodiment of the method is recommended whenever the head of the rail contains considerably more material than the pad.
The cooling showers directed on the runner remove a certain quantity of heat from the latter, which has the effect that the rail, by cooling down, hardly deforms - not, in any case, in inadmissible proportions. - and can therefore also, subsequently, be handled with more ease.
A further subject of the invention is a form of application of the method described for the manufacture of hardened mushroom groove rails; the novelty here lies in the fact that the treatment of the running surface of the rail by the coolant
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ment is separated from the treatment of the counter fungus by the cooling liquid. It is thus possible to fulfill separately the different conditions of the improvement treatments for the running surface, on the one hand, and for the counter-head, on the other hand, this advantage being important, in particular, in the case of rail for curves.
The horizontal position of the coolant layer is ensured by maintaining a constant pressure of this liquid, while the treatment by the coolant in space and time, as well as the depth of the modification of the coolant. texture, are regulated by the modification of the quantity of coolant, as well as by the displacement in space of the action of the coolant in relation to the path to be traveled by the rolled part. We then have the means to obtain each improving action precisely the most favorable for the given case.
Particularly high uniformity of improvement can be achieved by removing the mine from the workpiece by means of a stream of a pressurized gaseous body - preferably by means of a stream of air or vapor - the liquid. of superfluous cooling which would accumulate on the rolling part.
The invention also extends to devices which are particularly suitable for carrying out the new process and which can also be adapted, in particular, to the varying requirements of the most diverse shapes and dimensions of the section of the rolled part, as well as to the processes. various improvements.
These possibilities are enhanced, in particular, by arranging beside the path to be covered by the part coming out of the rolling mill, so as to be able to raise and lower them or make them oscillate, groups of showers serving to produce a horizontal sheet. coolant level, as well as by arranging another group of cooling showers - or nozzles - so that the rail, passing in front of the groups of nozzles
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or showers mentioned above, is exposed to further cooling of its pad.
By uniting the various groups of showers or nozzles so as to form bodies which can be raised, lowered or rotated by a single control, the construction and operation of the devices can be simplified, while if the showers or nozzles can be adjusted individually (can be, for example, engaged or disengaged), the new process receives the necessary adjustment possibility. The adjustability is even greater if it is possible to move separately - for example to oscillate - the various showers of the groups of showers in relation to the tubular support forming the group.
A very simple service of the entire installation is ensured by coupling together, for a common operation, the distributors for the supply of horizontal layers of coolant, on the one hand, air currents or of steam scouring the upper face of the laminate, on the other hand; Finally, it is also possible to connect in an appropriate manner the supply of the cooling liquid for the cooling of the bottom of the rail, with a view to obtaining a common operation.
The accompanying drawing illustrates the new method and shows, at the same time, an embodiment of a device for carrying out this method.
Fig. 1 shows the improvement installation following ± a rolling installation.
Fig. 2 shows the same installation on a larger scale.
Fig. 3 is a corresponding transverse view.
Fig. 4 shows the same arrangement as that of fig.3, but the shower is in an oblique position in order to be able, in the main order, to improve the counter-mushroom of the rail for curve.
Fig. 5 is an exterior view of a one meter long shower
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length approx.
According to fig.l, showers 1, 2 and 3 are arranged in front of and behind the rolling mill; they serve to cool the running surface of the rail or to reduce its temperature already in the rolling operation; without this cooling, the rail would leave the rolling mill at a temperature of around 1100 ° C. and therefore have an unacceptable temperature for subsequent improvement. After leaving the rolling mill, the rail passes, on rollers, in front of showers 4,5,6,7,8 and 9, at a speed which must depend on the dimensions of the section and the temperature of the head. bearing of the rail.
Fig. 2 shows the supply of coolant, for example water.
Through pipes 10 and 10a, pressurized water enters the branches and, from these, into showers 4 to 9 inclusive. In order to be able to eliminate the supply to one or the other shower, the branches are provided with valves 1. From the distribution platform, the main pipe can be closed by means of the taps G and G1, for example at by means of a hydraulic pressure cylinder F. To the extended piston rods of this cylinder are connected the levers of the stop valves G and G1.
At the same time, from the dismal cylinder 7, the valve H. is operated, which opens or closes the pipe J. From this pipe J, which is crossed by air or steam, the pipes leave behind the valve H. blowers K, K1 to K5 intended to remove the rolling crust from the web of the rail and, at the same time, to blow the water which would be carried on the web of the rail as a result of the spraying and would accumulate there . In order to be able to remove the rail more easily after it has been sprayed, the installation is brought, by means of the distribution cylinder L which can also be operated from the distribution platform and by means of transmission levers, to the position indicated in dotted in fig. 3.
The main pipe for the water supply, as well as the secondary pipe for the steam or air supply can be turned in the M, M1 cable glands
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or N, respectively. The shower proper can be moved a little by means of the arrangement of the dead end flanges which can be improved, as required, on the running surface of the line rail or the counter-head of the curve rail. It is obvious that one can also simultaneously improve the counter funnel and the running surface, by suitably adjusting the sprinkler for the various showers in one and the same passage of the rail.
The devices described above can be employed in the most various ways. This is how it is possible, for example, to activate only showers 4,5,7 and 9 and close showers 8 and 8. The rail can then, slowly crossing the interval resulting from this closure. , undergo annealing. The effect is the same as in a known immersion process, in which the rail is immersed several times, at intervals, into a vessel containing water.
In fig. 3 is indicated in dotted lines a shower or a group of showers P which can be used for cooling the rail runner.