LU84263A1 - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF STEEL CONCRETE REINFORCEMENTS WITH IMPROVED PROPERTIES - Google Patents
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Procédé pour la fabrication d'armatures à béton en acier, à propriétés améliorées.Process for the production of steel concrete reinforcements with improved properties.
La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication économique d'armatures à béton en acier, ayant à la fois une limite d'élasticité et une ductilité élevées, ainsi que, si on le dé-* sire, une bonne soudabilité; cette fabrication est assurée au moyen d'un traitement de refroidissement brusque appliqué pendant ou immédiatement après le laminage.The present invention relates to a process for the economical manufacture of steel concrete reinforcements, having both a high yield strength and high ductility, as well as, if desired, good weldability; this manufacturing is carried out by means of an abrupt cooling treatment applied during or immediately after rolling.
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. / Γ Ί - 2 -It is known that the laminator wishing to solve the problem which has just been raised must take account of several constraints which are imposed on it. Firstly, its rolling installation practically fixes the speed and the temperature of the bars leaving; in addition, the laminator has a limited location for the possible installation of a cooling device. / Γ Ί - 2 -
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.There are already several solutions for arriving at a compromise between the mechanical properties on the one hand and the cost price on the other hand.
Une première solution consiste à produire des barres 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 (.2 420 MPa) , mais leur allongement et leur aptitude au pliage sont relativement faibles et leur soudabilité nettement insuffisante.A first solution consists in producing "naturally hard" steel bars, the yield strength of which is obtained by adding carbon (for example 0.35%) and manganese (for example 1.3%): these steels have a acceptable elastic limit (.2 420 MPa), but their elongation and their ability to fold are relatively low and their weldability clearly insufficient.
Pour améliorer la soudabilité, il faut diminuer la teneur en carbone, ce qui entraîne une diminution de la limite d'élasticité.To improve the weldability, it is necessary to decrease the carbon content, which leads to a reduction in the elastic limit.
//
Pour compenser cette diminution de la limite d'élasticité, il existe deux moyens connus.To compensate for this reduction in the elastic limit, there are two known means.
Le premier consiste à incorporer à l'acier des éléments de microalliage, tels que du niobium ou du vanadium. Cette technique est cependant coûteuse, en raison du prix des éléments d'alliage.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.
Le second moyen est d'aeorôître la limite d'élasticité 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.The second means is to reduce the elastic limit of the steel by a cold deformation operation, in particular by torsion, of the bar. In addition to the costs which such an operation also entails, the gain in elastic limit is achieved at the expense of the elongation.
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 ou de bainite; 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, iXg/ (f ί » - 3 - 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 martensi-tique ou bainitique. Une telle limitation judicieuse de la - durée du refroidissement brusque peut être assurée en visant une température déterminée de 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 oü l'on constate un réchauffement dû à 5 l'apport de calories venant du coeur.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 or bainite; this "quenching" is followed by cooling during which the core of the bar, that is to say the part not affected by the sudden cooling, is transformed into ferrite and carbides. By 'judiciously limiting the sudden cooling time, iXg / (f ί "- 3 - is also possible to conserve heat in the core of the bar and to create in the section thereof a temperature gradient such that 'there occurs, during said subsequent cooling, an income of the martensitic or bainitic surface layer. Such a judicious limitation of the duration of the sudden cooling can be ensured by targeting a determined core temperature at the end the sudden cooling phase; practically, the conduct of such an operation can be ensured by observing the temperature of the surface at the place of the bar where there is a heating due to the contribution of calories coming from the heart .
Un tel procédé, communément appelé de "trempe et auto-revenu", peut donc 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; il a été revendiqué ailleurs que cette température devait être d'environ 850°C, pour réaliser une combinaison, considérée comme optimale, de limite d'élasticité et d'allongement de l'armature.Such a process, commonly known as "quenching and self-tempering", can therefore be implemented - in an installation determined to known specifications for manufacturing defined reinforcements - from the characteristic constituted by the temperature of "core" at the end of the sudden cooling phase; it has been claimed elsewhere that this temperature must be approximately 850 ° C., in order to achieve a combination, considered to be optimal, of elastic limit and elongation of the reinforcement.
La mise/en pratique de cette combinaison conduit évidemment à la fabrication d'armatures de qualité améliorée; en possession de cette condition de mise en oeuvre, le praticien sélectionne lui-même les moyens à utiliser pour obtenir la dite température visée.Putting this combination into practice obviously leads to the manufacture of reinforcements of improved quality; in possession of this implementation condition, the practitioner himself selects the means to be used to obtain said target temperature.
; *V; * V
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention vise à préciser pour chaque type de produit les paramètres, caractéristiques d'une installation de refroidissement brusque, grâce auxquels les armatures présentent les propriétés visées. On sait que ces paramètres sont d'une part, l'intensité du refroidissement brusque, c'est-à-dire la densité moyenne de flux calorifique, pris ici entre 800°C et 600°C# communément désignée par φ et exprimée en MW/m2, et d'autre part la durée du refroidissement brusque, désignée par t et exprimée en secondes.The process which is the subject of the present invention aims to specify for each type of product the parameters, characteristics of an abrupt cooling installation, thanks to which the reinforcements have the targeted properties. We know that these parameters are on the one hand, the intensity of the sudden cooling, that is to say the average density of heat flow, taken here between 800 ° C and 600 ° C # commonly designated by φ and expressed in MW / m2, and on the other hand the duration of the sudden cooling, designated by t and expressed in seconds.
«"
Ce procédé est particulièrement applicable pour fabriquer des / armatures en acier ayant des propriétés mécaniques répondant à/y - 4 - f » des normes de qualité, par exemple une limite d'élasticité comprise entre 400 et 600 MPa et un allongement au moins égal à 14 %.This process is particularly applicable for manufacturing steel / armatures having mechanical properties meeting quality standards, for example an elastic limit between 400 and 600 MPa and an elongation at least equal to 14%.
Le procédé de fabrication d'armatures en acier, qui fait l'objet ! de la présente invention, dans lequel on refroidit brusquement les barres pendant ou immédiatement après le laminage, est essentiellement caractérisé en ce que les paramètres φ et t de réglage du refroidissement brusque, satisfont simultanément les * conditions suivantes : 0,45 d - 0,4 < φ . t < 0,82 d + 0,6 logç>>- 0,964 . log d + 2,098 dans lesquelles d représente le diamètre de la barre traitée, exprimé en mm.The process of manufacturing steel frames, which is the subject! of the present invention, in which the bars are suddenly cooled during or immediately after rolling, is essentially characterized in that the parameters φ and t for adjusting the sudden cooling simultaneously satisfy the following * conditions: 0.45 d - 0, 4 <φ. t <0.82 d + 0.6 logç >> - 0.964. log d + 2.098 in which d represents the diameter of the treated bar, expressed in mm.
Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir les produits les plus intéressants en ce qui concerne la combinaison des propriétés mécaniques : d'une part, le volume de la zone de martensite/bainite ainsi que son degré d'adoucissement par l'auto-revenu, sont tels qu'il conduisent à une limite d'élasticité élevée; d'autre part, l'allongement est toujours dans les limites recherchées.The process according to the invention makes it possible to obtain the most advantageous products with regard to the combination of mechanical properties: on the one hand, the volume of the martensite / bainite zone as well as its degree of softening by the auto - income, are such that they lead to a high elastic limit; on the other hand, the elongation is always within the desired limits.
* Un premier exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, concerne la fabrication de barres de 20 mm de diamètre qui quittent le laminoir à une vitesse de 12 m/s et à une température de 1050°C. Pour des raisons de soudabilité et d'économie, " la composition chimique de l'acier est comprise dans une four chette déterminée, par exemple 0,10 - 0,20 % C, 0,8 - 1,3 % Mn. Dans le cas considéré, l'acier contenait 0,13 %C et 1,2 % Mn; à l'état brut de laminage, il présentait une limite d'élasticité d'environ 365 MPa et un allongement de 22 à 24 %.* A first example of implementation of the method of the invention relates to the manufacture of bars 20 mm in diameter which leave the rolling mill at a speed of 12 m / s and at a temperature of 1050 ° C. For reasons of weldability and economy, "the chemical composition of the steel is included in a specific low temperature furnace, for example 0.10 - 0.20% C, 0.8 - 1.3% Mn. In the case considered, the steel contained 0.13% C and 1.2% Mn; in the rolling state, it had an elastic limit of about 365 MPa and an elongation of 22 to 24%.
Pour réaliser des armatures à béton présentant une limite d'élasticité et une ductilité améliorées, le lamineur choisit, S selon ses possibilités de matériel et d'espace disponible, une// I * - 5 - installation dont l'intensité de refroidissement brusque et la longueur (donc la durée de traitement) répondent aux conditions énoncées, soit : φ g 1 MW/m2 8,6 < φ t < 17To produce concrete reinforcements with an improved yield strength and ductility, the laminator chooses, S according to its possibilities of material and available space, a // I * - 5 - installation whose abrupt cooling intensity and the length (therefore the duration of treatment) meet the stated conditions, namely: φ g 1 MW / m2 8.6 <φ t <17
Le choix d'une installation dont la densité moyenne de flux calorifique entre 800 et 600°C est de 10 MW/ra2 et la longueur de 12 m, conduira à une limite d'élasticité de 500 MPa et un allon-B gement de 20,6 %; le choix d'une installation dont les caractéristiques sont ψ = 8,4 MW/m2 et L = 20,5 m fournira une armature à béton présentant une limite d'élasticité de 550 MPa et un allongement de 18,5 %. Dans ce cas, la durée de traitement était de 1,7 secondes et le produit φ . t valait 14,35.The choice of an installation whose average heat flux density between 800 and 600 ° C is 10 MW / ra2 and the length of 12 m, will lead to an elastic limit of 500 MPa and an allon-B gement of 20 , 6%; the choice of an installation whose characteristics are ψ = 8.4 MW / m2 and L = 20.5 m will provide a concrete reinforcement with an elastic limit of 550 MPa and an elongation of 18.5%. In this case, the treatment time was 1.7 seconds and the product φ. t was worth 14.35.
Un second exemple est relatif à la fabrication de barres de 8 mm de diamètre, quittant le laminoir à une vitesse de 18 m/s et à une température d'environ 1000°C. L'acier contient 0,18 % C et 0,8 % Mn; à l'état brut de laminage, il présente une limite d’élasticité de 325 MPa et un allongement de l'ordre de 30 %.A second example relates to the manufacture of bars 8 mm in diameter, leaving the rolling mill at a speed of 18 m / s and at a temperature of around 1000 ° C. The steel contains 0.18% C and 0.8% Mn; in the raw rolling state, it has an elastic limit of 325 MPa and an elongation of the order of 30%.
Dans cé cas, les limites imposées par le procédé de l'invention sont î Ç g 17 MW/m2 3,2< φ. t < 7,16 2In this case, the limits imposed by the process of the invention are î Ç g 17 MW / m2 3.2 <φ. t <7.16 2
Si on choisit une installation assurant un φ - 17 MW/m avec une longueur de traitement L = 4,5 m, on obtient des barres ayant une limite d'élasticité de 500 MPa et un allongement de 18 %. Dans ce cas, la durée du traitement était de 0,25 s et le produit ψ .t valait 4,25. On a obtenu les mêmes propriétés avec un φ = 25 MW/m2 et une durée de traitement de 0,17 secondes, soit une longueur de refroidissement brusque de 3 m. /If we choose an installation ensuring a φ - 17 MW / m with a treatment length L = 4.5 m, we obtain bars having an elastic limit of 500 MPa and an elongation of 18%. In this case, the duration of the treatment was 0.25 s and the product ψ .t was 4.25. The same properties were obtained with a φ = 25 MW / m2 and a treatment time of 0.17 seconds, ie an abrupt cooling length of 3 m. /
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