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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.