EP0132249B1 - Procédé et dispositifs pour la fabrication d'armatures à béton en acier sur train à fil à grande vitesse - Google Patents

Procédé et dispositifs pour la fabrication d'armatures à béton en acier sur train à fil à grande vitesse Download PDF

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EP0132249B1
EP0132249B1 EP84870100A EP84870100A EP0132249B1 EP 0132249 B1 EP0132249 B1 EP 0132249B1 EP 84870100 A EP84870100 A EP 84870100A EP 84870100 A EP84870100 A EP 84870100A EP 0132249 B1 EP0132249 B1 EP 0132249B1
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EP
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bar
cooling
mill
finishing mill
quenching
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Marios Economopoulos
Pierre Simon
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/14—Twisting
    • B21D11/15—Reinforcing rods for concrete
    • 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
    • B21B45/0224—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for wire, rods, rounds, bars
    • 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
    • B21B1/16—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 wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/163—Rolling or cold-forming of concrete reinforcement bars or wire ; Rolls therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B39/00—Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/006—Pinch roll sets

Definitions

  • the subject of the present invention is a method and devices for the manufacture, on a high-speed wire train, of steel concrete reinforcements, having both a high yield strength and a high ductility, as well as, if one desired, good weldability; this manufacturing is carried out by means of an abrupt cooling treatment applied during or immediately after rolling.
  • the first consists in incorporating microalloy elements, such as niobium or vanadium, into the steel. This technique is however expensive, because of the price of the alloying elements.
  • the second means is to increase the elastic limit of the steel, by a cold deformation operation, in particular by torsion, of the bar.
  • the gain in elasticity limit is achieved at the expense of the elongation.
  • the process of the present invention takes place among the recent technique consisting in applying to hot-rolled concrete reinforcements, during or immediately after rolling, a sudden cooling, limited in time, so as to produce in the bar a surface layer of martensite; this, "quenching" is followed by cooling during from which the core of the bar, that is to say the part not affected by the sudden cooling, is transformed into ferrite and carbides.
  • a sudden cooling limited in time, so as to produce in the bar a surface layer of martensite; this, "quenching” is followed by cooling during from which the core of the bar, that is to say the part not affected by the sudden cooling, is transformed into ferrite and carbides.
  • Such judicious limitation of the duration of the abrupt cooling can be ensured by targeting a determined temperature at the core, at the end of the abrupt cooling phase; practically, the conduct of such an operation can be ensured by observing the temperature of the surface at the location of the bar where there is a heating due to the contribution of calories from the heart.
  • the trainer is normally capable of exerting a traction of value T, but for the rolling operation to take place correctly, the traction X exerted in the wire downstream of the finishing block must be greater than a minimum value , suitable for driving the wire out of the block.
  • the traction X at the outlet of the block, is in reality the difference between the traction force T of the driver and the braking force F applied to the wire mainly during the passage of the latter in the cooling device.
  • the experiments carried out have made it possible to establish that the braking force F was a function K of the length L of the cooling device, the coefficient K being itself a function of the nature of the cooling device, of the fluid flow and the relative speed of the wire relative to the coolant.
  • the subject of the present invention is an improved method and device for applying to the moving wire at high speed the quenching / self-coming treatment capable of providing it with a combination, considered to be optimal, of elastic limit and elongation.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for the manufacture of a steel concrete reinforcing bar on a high-speed wire train, which make it possible to apply a quenching treatment to the bar.
  • self-income capable of ensuring a combination, considered optimal, of elastic limit and elongation, while avoiding the aforementioned drawbacks resulting from the braking to which the bar is subjected during its intense cooling.
  • a method for manufacturing a steel concrete reinforcing bar on a high speed wire train comprising a finishing block through which the bar is passed, in which the front bar is cooled and / or during its passage through said finishing block and then subjecting said bar, after its passage through said finishing block, to a quenching and self-tempering treatment from its end of rolling temperature, the bar being subjected to a tensile force in the direction of travel, is characterized in that during the cooling effected before and / or during its passage through said finishing block, the bar is cooled to a rolling end temperature of between 1050 ° C and 950 ° C.
  • This cooling applied upstream of the finishing block and / or at the level of this block is intended to bring the temperature of the bar at the outlet of the block below what it is normally, that is to say when the 'Cooling is applied to the block only to obtain, for example, a substantially constant temperature in the block.
  • This additional cooling treatment, upstream or at the level of the block, has the result of increasing the stiffness of the bar at the exit of the block, therefore reducing the minimum traction necessary for the smooth running of the operation; in addition, the minimum length of the cooling ramp necessary for quenching will be shortened, which will decrease the value of the braking force F.
  • the indicated decrease in the end of rolling temperature from 1050 ° C to 'at 950 ° C makes it possible to reduce the quenching length L of the bar by 30%.
  • a cooling fluid consisting of a water / air mixture, more compressible and therefore less braking than the water usually used, is used for said quenching and self-coming treatment; under these conditions, if the coefficient K actually decreases, the length L necessary for the quenching operation must however be increased, since the specific power of the cooling is lowered; it was however observed that the product KxL, that is to say the braking force, was ultimately lower.
  • the power available in the trainer can be increased. It is also possible, separately or simultaneously, to apply to the bar a tensile force equal to or greater than the braking force to which the bar is subjected during said quenching and self-tempering treatment.
  • a device for the manufacture of a steel concrete reinforcing bar on a high-speed wire train comprising an intermediate block and a finishing block, with a bar cooling device situated between said intermediate block and said finishing block and in which said finishing block is successively followed by means of intense cooling of the bar and by means of driving the bar in movement, characterized in that said drive means comprise several pairs of drive rollers offset relative to each other, alternately up and down, to impose on the bar a wavy path.
  • Said means for intense cooling of the bar may comprise air blowing channels opening into an annular slot ensuring the injection of water inside the barrel of intense cooling of the bar.
  • FIG. 1 the elements which constitute the usual installation for the end of rolling are shown in solid lines: in the direction of flow of the wire, the intermediate train is encountered in 1, in 2, the finishing block, in 3, the intense cooling device or "quenching gun", and in 4, the roller drive; between the finisher 2 and the barrel 3, the traction X on the wire is equal to the difference between the force T exerted by the driver 4 and the braking F undergone by the wire mainly in the barrel 3.
  • Figure II is a longitudinal section of an intense water-air cooling device which offers the characteristic of low internal braking, due to the compressibility of the fluid which circulates in this device.
  • air blowing channels can be distinguished in the annular slot 9 for injection into the interior 10 of the barrel; the water-air mixture is injected in the direction of flow of the wire.
  • this device is equipped with means for adjusting its cooling power, for example to modify the ratio between the water and air flow rates, or even the temperature of the water.
  • the method according to the invention can be used to manufacture both smooth and crimped reinforcements, participating actively or passively in the strength of the concrete structure, possibly used in truss assemblies.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs pour la fabrication, sur train à fil à grande vitesse, d'armatures à béton en acier, ayant à la fois une limite d'élasticité et une ductilité élevées, ainsi que, si on le désire, une bonne soudabilité; cette fabrication est assurée au moyen d'un traitement de refroidissement brusque appliqué pendant ou immédiatement après le laminage.
  • On sait que le lamineur désirant résoudre le problème qui vient d'être posé doit tenir compte de plusieurs contraintes qui lui sont imposées. En premier lieu, son installation de laminage fixe pratiquement la vitesse et la température de sortie des barres; en outre, le lamineur dispose d"un emplacement limité pour l'installation éventuelle d'un dispositif de refroidissement.
  • Particulièrement dans le cas des trains à fil, la vitesse de sortie dans les installations modernes est très élevée, de l'ordre d'une centaine de mètres par seconde.
  • On sait que métallurgiquement parlant, il existe déjà plusieurs solutions pour arriver à un compromis entre les propriétés mécaniques d'une part et le prix de revient d'autre part.
  • Une première solution consiste à produire des armatures en acier "naturellement dur" dont la limite d'élasticité est obtenue par addition de carbone (par exemple 0,35 %) et de manganèse (par exemple 1,3 %); ces aciers présentent une limite d'élasticité acceptable (= 420 MPa), mais leur allongement et leur aptitude au pliage sont relativement faibles et leur soudabilité nettement insuffisante.
  • Pour améliorer la soudabilité, il faut diminuer la teneur en carbone, ce qui entraîne une diminution de la limite d'élasticité.
  • Pour compenser cette diminution de la limite d'élasticité, il existe deux moyens connus.
  • Le premier consiste à incorporer à l'acier des éléments de microalliages, tels que du niobium ou du vanadium. Cette technique est cependant coûteuse, en raison du prix des éléments d'alliage.
  • Le second moyen est d'accroître la limite d'elasticité de l'acier, par une opération de déformation à froid, notamment par torsion, de la barre. Outre les frais qu'entraîne également une telle opération, le gain de limite d'élasticité est réalisé au détriment de l'allongement.
  • Le procédé de la présente invention prend place parmi la technique récente consistant à appliquer aux armatures à béton laminées à chaud, pendant ou immédiatement après le laminage, un refroidissement brusque, limité dans le temps, de façon à produire dans la barre une couche superficielle de martensite ; cette, "trempe" est suivie d'un refroidissement au cours duquel le coeur de la barre, c'est-à-dire la partie non atteinte par le refroidissement brusque, se transforme en ferrite et carbures. En limitant judicieusement la durée de refroidissement brusque, il est en outre possible de conserver de la chaleur dans le coeur de la barre et de créer dans la section de celle-ci un gradient de température tel qu'il se produise, au cours du dit refroidissement ultérieur, un revenu de la couche superficielle martensitique. Une telle limitation judicieuse de la durée du refroidissement brusque peut être assurée en visant une température déterminée à coeur, à la fin de la phase de refroidissement brusque; pratiquement, la conduite d'une telle opération peut être assurée en observant la température de la surface à l'endroit de la barre où l'on constate un réchauffement dû à l'apport de calories venant du coeur.
  • Un tel procédé, communément appelé "de trempe et auto-revenu", peut théoriquement être mis en oeuvre - dans une installation déterminée aux spécifications connues pour fabriquer des armatures définies - à partir de la caractéristique constituée par la température de "coeur" à la fin de la phase de refroidissement brusque.
  • On conçoit toutefois que la réalisation de l'opération présente des difficultés différentes suivant d'une part la vitesse de défilement des produits et d'autre part leur diamètre.
  • Au stade actuel, si la fabrication de telles armatures ne pose plus aucune difficulté lorsqu'on traite des barres de 6 mm au moins de diamètre, il en est autrement sur les trains à fil fonctionnant à grande vitesse; dans une telle installation, l'utilisation de dispositifs de refroidissement intense à eau génère en effet des effets perturbateurs du déplacement du produit.
  • Avant de décrire l'objet de la présente invention, qui permet de résoudre le problème qui vient d'être évoqué, il est utile de rappeler brièvement que dans une installation de laminage à chaud et de traitement thermique d'un fil, il existe normalement un bloc dit "finisseur" disposé à la sortie du train de laminage intermédiaire, un dispositif de refroidissement situé à la sortie du bloc finisseur et un entraîneur, généralement à galets, pour extraire le fil de l'installation. Une telle installation est représentée schématiquement à la figure I ci-annexée.
  • L'entraîneur est normalement capable d'exercer une traction de valeur T, mais pour que l'opération de laminage se déroule correctement, il convient que la traction X exercée dans le fil à l'aval du bloc finisseur soit supérieure à une valeur minimum, appropriée à l'entraînement du fil hors du bloc.
  • Or, la traction X, à la sortie du bloc, est en réalité la différence entre la force de traction T de l'entraîneur et la force de freinage F appliquée au fil principalement lors du passage de celui-ci dans le dispositif de refroidissement.
  • En fait, les expériences réalisées ont permis d'établir que la force de freinage F était une fonction K de la longueur L du dispositif de refroidissement, le coefficient K étant lui-même fonction de la nature du dispositif de refroidissement, du débit de fluide de refroidissement et de la vitesse relative du fil par rapport au fluide de refroidissement.
  • Le problème lié au train à fil est clairement apparu lorsque, en utilisant les dispositifs de refroidissement classiquement utilisés sur les trains à barres, dans des conditions capables d'assurer la trempe et l'autorevenu du produit, la traction X s'est avérée trop faible pour que l'on puisse opérer à grande vitesse et le' fil s'est systématiquement "raboulotté" entre la sortie du bloc finisseur et l'entrée dans le dispositif de refroidissement.
  • La présente invention a pour objet un procédé et un dispostif perfectionnés permettant d'appliquer au fil défilant à grande vitesse le traitement de trempe/autorevenu capable de lui assurer une combinaison, considérée comme optimale, de limite d'élasticité et d"allongement.
  • Le document "Steel in the USSR, vol. 9,, no 3, mars 1979, pages 126-129" décrit des modifications apportées à un train de laminage de barres de 8 mm de diamètre, comprenant l'introduction de détecteurs de boucle qui, par des mesures de la vitesse des barres, remédient à des variations de la traction dans les barres et évitent ainsi la formation de boucles incontrôlables entre les cages finisseuses.
  • La présente invention a pour objet de proposer un procédé et un dispositif pour la fabrication d'une barre d'armature à béton en acier sur un train à fil à grande vitesse, qui permettent d'appliquer à la barre un traitement de trempe et d'auto-revenu capable de lui assurer une combinaison, considérée comme optimale, de limite d'élasticité et d'allongement, tout en évitant les inconvénients précités résultant du freinage auquel la barre est soumise au cours de son refroidissement intense.
  • Conformément à la présente invention, un procédé pour la fabrication d'une barre d'armature à béton en acier sur un train à fil à grande vitesse comportant un bloc finisseur à travers lequel on fait passer la barre, dans lequel on refroidit la barre avant et/ou pendant son passage dans ledit bloc finisseur puis on soumet ladite barre, après son passage dans ledit bloc finisseur, à un traitement de trempe et d'auto-revenu à partir de sa température de fin de laminage, la barre étant soumise à un effort de traction dans le sens de son défilement, est caractérisé en ce qu'au cours du refroidissement opéré avant et/ou pendant son passage dans ledit bloc finisseur, on refroidit la barre jusqu'à une température de fin de laminage comprise entre 1050°C et 950°C.
  • Ce refroidissement appliqué en amont du bloc finisseur et/ou au niveau de ce bloc, est destiné à amener la température de la barre à la sortie du bloc en dessous de ce qu'elle est normalement, c'est-à-dire lorsque l'on applique un refroidissement au niveau du bloc seulement pour obtenir par exemple une température sensiblement constante dans le bloc.
  • Ce traitement de refroidissement supplémentaire, en amont ou au niveau du bloc, a comme résultat d'augmenter la raideur de la barre à la sortie du bloc, donc de réduire la traction minimum nécessaire au bon déroulement de l'opération; en outre, la longueur minimum de la rampe de refroidissement nécessaire à la trempe va être raccourcie, ce qui va diminuer la valeur de la force de freinage F. En particulier, la diminution indiquée de la température de fin de laminage de 1050°C jusqu'à 950°C permet de diminuer de 30 % la longueur L de trempe de la barre.
  • Il est avantageux également d'opérer avec un fluide de refroidissement exerçant un faible coefficient de freinage K sur la barre pendant le refroidissement.
  • A cet effet, on utilise pour ledit traitement de trempe et d'autorevenu un fluide de refroidissement constitué d'un mélange eau/air, plus compressible et donc moins freinant que l'eau habituellement utilisée; dans ces conditions, si le coefficient K diminue effectivement, on doit cependant augmenter la longueur L nécessaire pour l'opération de trempe, étant donné que la puissance spécifique du refroidissement est abaissée; on a toutefois observé que le produit KxL, c'est-à-dire la force de freinage, était finalement moins élevé.
  • Il peut également être intéressant d'augmenter la force de traction T développée par l'entraîneur. A cet effet, on peut augmenter la puissance disponible dans l'entraîneur. On peut également, séparément ou simultanément, appliquer à la barre un effort de traction égal ou supérieur à l'effort de freinage auquel la barre est soumise pendant ledit traitement de trempe et d'auto-revenu.
  • Pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit, il est proposé un dispositif pour la fabrication d'une barre d'armature à béton en acier sur un train à fil à grande vitesse comportant un bloc intermédiaire et un bloc finisseur, avec un dispositif de refroidissement de la barre situé entre ledit bloc intermédiaire et ledit bloc finisseur et dans lequel ledit bloc finisseur est suivi successivement par des moyens de refroidissement intense de la barre et par des moyens d'entraînement de la barre en défilement, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement comportent plusieurs paires de galets d'entraînement décalées l'une par rapport à l'autre, alternativement vers le haut et vers le bas, pour imposer à la barre une trajectoire ondulée.
  • Lesdits moyens de refroidissement intense de la barre peuvent comporter des canaux d'insufflation d'air débouchant dans une fente annulaire assurant l'injection d'eau à l'intérieur du canon de refroidissement intense de la barre.
  • Les figures ci-annexées permettent de se rendre compte de la réalisation de l'invention.
  • Sur la figure I, sont représentés en traits pleins les éléments qui constituent l'installation habituelle de fin de laminage : dans le sens de circulation du fil, on rencontre en 1 le train intermédiaire, en 2, le bloc finisseur, en 3, le dispositif de refroidissement intense ou "canon de trempe", et en 4, l'entraîneur à galets; entre le bloc finisseur 2 et le canon 3, la traction X sur le fil est égale à la différence entre la force T exercée par l'entraîneur 4 et le freinage F subi par le fil principalement dans le canon 3.
  • Sur cette figure I sont représentés en tirets deux des perfectionnements objets de l'invention : en 6 figure un dispositif de refroidissement du fil à l'entrée du bloc finisseur tandis que des galets d'entraînement supplémentaires sont disposés en 7.
  • La figure II est une coupe longitudinale d'un dispositif de refroidissement intense eau-air qui offre la particularité d'un freinage interne peu élevé, en raison de la compressibilité du fluide qui circule dans ce dispositif.
  • Sur cette figure II on distingue en 8 des canaux d'insufflation d'air dans la fente annulaire 9 d'injection à l'intérieur 10 du canon; l'injection du mélange eau-air se fait dans le sens de circulation du fil.
  • Selon une variante intéressante de réalisation, ce dispositif est équipé de moyens pour régler sa puissance de refroidissement, par exemple pour modifier le rapport entre les débits d'eau et d'air, ou encore la température de l'eau.
  • Le procédé suivant l'invention est utilisable pour fabriquer des armatures tant lisses que crépelées, participant de façon active ou passive à la résistance de l'ouvrage en béton, utilisées éventuellement en assemblages en treillis.

Claims (5)

  1. Procédé pour la fabrication d'une barre d'armature à béton en acier sur un train à fil à grande vitesse comportant un bloc finisseur (2) à travers lequel on fait passer la barre, dans lequel on refroidit la barre avant et/ou pendant son passage dans ledit bloc finisseur (2) puis on soumet ladite barre, après son passage dans ledit bloc finisseur (2), à un traitement de trempe et d'auto-revenu à partir de sa température de fin de laminage, la barre étant soumise à un effort de traction dans le sens de son défilement, caractérisé en ce qu'au cours du refroidissement opéré avant et/ou pendant son passage dans ledit bloc finisseur, on refroidit la barre jusqu'à une température de fin de laminage comprise entre 1050°C et 950°C.
  2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'on utilise pour ledit traitement de trempe et d'auto-revenu, un fluide de refroidissement constitué d'un mélange eau/air.
  3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on applique à la barre un effort de traction égal ou supérieur à l'effort de freinage auquel la barre est soumise pendant ledit traitement de trempe et d'auto-revenu.
  4. Dispositif pour la fabrication d'une barre d'armature à béton en acier sur un train à fil à grande vitesse comportant un bloc intermédiaire (1) et un bloc finisseur (2), avec un dispositif (6) de refroidissement de la barre situé entre ledit bloc intermédiaire (1) et ledit bloc finisseur (2) et dans lequel ledit bloc finisseur (2) est suivi successivement par des moyens (3) de refroidissement intense de la barre et par des moyens (4, 7) d'entraînement de la barre en défilement, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement (4, 7) comportent plusieurs paires de galets d'entraînement décalées l'une par rapport à l'autre, alternativement vers le haut et vers le bas, pour imposer à la barre une trajectoire ondulée.
  5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (3) de refroidissement intense de la barre comportent des canaux (8) d'insufflation d'air débouchant dans une fente annulaire (9) assurant l'injection d'eau à l'intérieur du canon (3) de refroidissement intense de la barre.
EP84870100A 1983-07-18 1984-07-10 Procédé et dispositifs pour la fabrication d'armatures à béton en acier sur train à fil à grande vitesse Expired - Lifetime EP0132249B1 (fr)

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EP0132249A2 EP0132249A2 (fr) 1985-01-23
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AT (1) ATE62837T1 (fr)
AU (1) AU580960B2 (fr)
CA (1) CA1245080A (fr)
DE (1) DE3484488D1 (fr)
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