LU84440A1 - Profils d'ebauche,leurs procedes d'obtention et perfectionnements apportes au laminage universel des rails - Google Patents

Description

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Profils d'ébauche, leurs procédés d'obtention et perfectionnements apportés au laminage universel des rails .

L'invention est relative à la fabrication, par laminage universel, des rails de chemin de fer,-de ponts roulants et autres types de rails similaires.

Le laminage universel des rails selon le brevet 5 français 1.447.939 peut se décomposer en deux phases.

La première phase a pour but la préparation par laminage conventionnel d’une ébauche unique qui sera transformée en rail fini par le laminage universel de la seconde phase. La préparation de l'ébauche unique en 10 première phase se fait généralement sur deux cages duo dégrossisseuses puissantes, en 6 à 8 passes.En partant d'une prise de fer initiale de section rectangulaire (a) (figure 1) l'ébauche unique (b) est formée progressivement dans des cannelures qualifiées d'ouvertes ou roulantes (c) â (e) (figure 3), des 15 cannelures fermées (f) à (h) et une cannelure roulante (i). Selon la définition de W. TAFEL (Theory and Pratice of Rolling Steel -Penton Publishing Go, Cleveland, Ohio, 1927),une cannelure est ouverte ou roulante lorsque l'angle formé par les joints de la cannelure avec l'axe des cylindres est inférieur â 60°. Le 20 profil de l'ébauche (b) est, en plus massif, similaire (figure 1) au profil du rail fini qui est représenté en traits hachurés. La partie de l'ébauche unique (b), qui formera le champignon (ch) du rail fini, a un profil curviligne allongé se terminant par un arrondi qui 25 formera la table de roulement (tr) du champignon du rail J la partie qui formera l'âme (ara) du rail fini a un profil à entailles très profondes et celle qui formera le patin (pa) du rail fini présente un profil qui épouse d'assez près les pentes d'éclissage du patin 30 (pa).

Dans le laminage universel, par la Demanderesse, selon l'état de la technique, d'un rail d'un poids * - 2 - > au mètre linéaire de 60 kg, à partir d'une prise de fer initiale (a) d'un poids au mètre linéaire d'environ 550 kg, le taux de corroyage, de la prise de fer initiale (a) au rail fini, est de l'ordre de 9,2.

5 Le taux de corroyage de la première phase, c'est-à- dire du dégrossissage par laminage conventionnel de la prise de fer initiale (a) pour former l'ébauche unique (b), est de l'ordre de 3,7. Le taux de corroyage de la seconde phase, c'est-à-dire du laminage universel de 10 l'ébauche unique (b) pour obtenir le rail fini, est de l'ordre de 2,5. Dans la seconde phase de l'état de l'art, l'ébauche unique (b) est laminée par refoule-. ments alternés avec élargissement contrôlé consistant à maintenir constamment la courbure du champignon au 15 cours des déformations successives de l'ébauche, en combinant le corroyage dans une cage universelle, entre quatre cylindres, avec celui d'une cage refouleuse duo, de manière que les élargissements provoqués par une passe universelle soient supprimés par une passe 20 refouleuse suivante, sans qu'il y ait formation de bourrelets.

Les inconvénients de l'état de la technique résultent du profil donné à l'ébauche unique (b), dont les masses constitutives sont pratiquement dans le rap-25 port de celles du rail fini. Parce qu'elle présente des parties très marquées, qui deviendront ultérieurement le champignon, l'âme et le patin du rail, l'ébauche unique (b) ne peut être formée que progressivement, pratiquement partie après partie. Cette progres-30 sivité indispensable présente l'inconvénient de multiplier le nombre de cannelures. Comme il n'est généralement pas possible de loger toutes les cannelures requises sur les cylindres d'une seule cage dégrossisseuse qui est habituellement une cage duo, il est indispen-. 35 sable de prévoir ou d'utiliser deux cages. Les cages

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- 3 - a nécessaires sont massives et coûteuses, ainsi que leurs cylindres.

Comme il n'est pas .possible, sur un seul jeu de deux paires de cylindres (soit 4 cylindres en tout 5 pour les deux cages duo dégrossisseuses), de préparer et de former les ébauches uniques (b) de tous les profils de rails de la gamme de fabrication du laminoir, il est indispensable de multiplier les jeux de paires de cylindres dégros sisseurs sans oublier les cylindres 10 de rechange nécessaires, ce qui conduit à maintenir un stock de cylindres considérable. Par ailleurs, les passes dégrossisseuses f ä h (figure 3) faites dans des cannelures fermées, non roulantes, limitant l'élargissement du produit par l'intermédiaire des faces laté-15 raies de la cannelure, sont génératrices d'usure importante des cannelures. Par exemple, pour un laminage universel de rails dans lequel l'ébauche unique (b) est dégrossie en première phase â l’aide de 8 passes faites en laminage non universel pour être transformée en rail 20 fini en seconde phase, par laminage universel, à l'aide de 6 ou 7 passes (passes universelles et refouleuses) la consommation de cylindres, exprimée en kg de cylindres par tonne de rail fini produit, est de l'ordre de 0,840 kg/tonne pour le dégrossissage de l'ébauche uni-25 que (b) en première phase non universelle, soit 0,105 kg/tonne en moyenne par passe, et de 0,210 kg/tonne pour la seconde phase universelle, soit en moyenne ' 0,035 kg/tonne par passe, c'est-à-dire 3 fois moins,

Si les chiffres de consommation moyenne par passe peu-30 vent ne pas être le reflet exact de la réalité pour chacune d'entre elles, l'ordre de grandeur de consommation 3 fois moindre par passe de la seconde phase universelle exprime nettement les inconvénients de la première phase non universelle. L'usure moindre des 35 passes de la seconde phase universelle provient du fait % i - 4 - que ces passes se font toutes en cannelures roulantes. Le profil de l'ébauche unique (b) ne peut pas être formé exclusivement en cannelures roulantes. Des cannelures fermées sont nécessaires.

5 Jusqu’à présent, les prises de fer initiales (a) étaient obtenues par la voie lingot. Le taux de corroyage global entre le lingot et le rail fini, variable selon les conditions locales, était généralement largement supérieur au minimum jusqu’à présent 10 jugé souhaitable pour des raisons métallurgiques, ce taux de corroyage minimum étant de l'ordre de 20 pour les rails laminés par le procédé conventionnel dans lequel le corroyage s'effectue essentiellement en cannelures fermées dont l'effet de forgeage sur le chara-15 pignon et le patin du rail est faible , lorsqu'on le compare à celui du laminage universel. La voie lingot est actuellement en cours d'abandon, la faveur allant à la coulée continue, plus économique, qui permet d'obtenir directement la prise de fer initiale (a). La 20 coulée continue présente cependant certains inconvénients qui sont inhérents au procédé lui-même, à sa technologie de mise en oeuvre et à l'économie de son exploitation. Les compromis qui doivent être faits pour réduire les frais d'investissement et d'exploita-25 tion sont la cause de certains inconvénients qui peuvent devenir critiques pour la fabrication des rails, Une coulée continue ne peut délivrer qu'un nombre limité de prises de fer initiales. Ces prises de fer initiales arrivent en général au laminoir à rails avec 30 leur structure de solidification intégrale, contrairement aux prises de fer initiales issues de la voie lingot, dont la structure de solidification a déjà été considérablement modifiée par laminage en amont, dans un blooming. On sait que le taux de corroyage global 35 ςβε^ίοη lingot ^d'un rail laminé à partir d'un métal section rail fini * - 5 - issu de la voie lingot se situe en général entre 70 et 80. Pour les rails laminés à partir d'une prise de fer initiale de coulée continue, il est généralement accepté que le taux de corroyage global puisse se situer 5 autour de 15. L'optimisation de l'économie de tout le processus de fabrication à partir de la coulée continue, de même que les limites métallurgiques inhérentes à la coulée continue ne permettent guère d'accroître le taux de corroyage global au-delà de 15. Le taux de 10 corroyage global étant indépendant du procédé utilisé pour laminer les rails, il n'est pas possible d'accroître sa valeur. Ceci étant, en peut envisager de compenser son taux réduit par la qualité du corroyage, principalement de celui appliqué sur le champignon et 15 le patin du rail.

Le laminage non universel ne permet pas d'améliorer la qualité du corroyage dans les parties de la section destinée à former le patin et le champignon.

Le laminage universel de l'état de l'art, par son taux 20 de corroyage direct de 2,5 environ, appliqué lors de sa seconde phase, c'est-à-dire sa phase universelle, améliore déjà dans une certaine mesure la qualité du corroyage de toutes les parties du rails, dont le patin et le champignon.il serait souhaitable dans le la-25 rainage universel d'accroître la part du taux de cor royage direct, mais ce n'est pas possible dans· l'état de l'art, à cause du profil de l’ébauche unique (b) qui exige, pour sa formation, l'utilisation de cannelures fermées (f) à (h) (figure 3) qui travaillent le 30 métal de façon prépondérante par pressions indirectes sur les parties du rail qui auraient le plus besoin d'être corroyées en pressions directes, à savoir le champignon et le patin. Accroître la section de l'ébauche unique (b) pour augmenter la part du taux de 35 corroyage direct de la seconde phase du laminage uni- * - 6 -

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versel des rails, n'apporterait pas une amelioration sensible, parce que cela conduirait à accroître la section de la prise de fer initiale (a) qui ne peut, dans l'état actuel de la technique de la coulée conti-5 nue, être accrue au-delà d'une certaine limite,.pour des raisons métallurgiques de solidification. D'autre part, la coulée continue ne permet pas encore de produire directement une ébauche unique (b) d'une section telle qu'elle puisse être transformée en rail fini avec 10 un taux de corroyage global de 15 appliqué par pressions directes uniquement en laminage universel de la seconde phase.

L'invention a pour but de pallier, selon les cas, tout ou partie des inconvénients résultant du pro-15 fil de l'ébauche unique (b), par deux nouveaux profils d'ébauches de rail pour laminage universel permettant : - à partir d'une prise de fer initiale (a) obtenue par la voie lingot ou par coulée continue, de diminuer, d'une part, le nombre de cannelures de la pre- 20 raière phase non universelle et, d'autre part, d'y supprimer totalement les cannelures fermées, - du début à la fin du processus de laminage, d-e corroyer le métal par pressions directes pour améliorer, par un forgeage plus vigoureux, la qualité des 25 rails produits et, dans le cas de métal de coulée continue, de compenser le taux réduit de corroyage global par un corroyage de meilleure qualité appliqué exclusivement par pressions directes, - d'accroître la part du laminage universel 30 proprement dit dans le taux de corroyage global pour améliorer la qualité du corroyage des parties du rail telles que le champignon et le patin, - sa production directe par coulée continue et, par conséquent, son corroyage intégral par lamina- 35 ge universel,

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- 7 - - de diminuer le nombre des cages nécessaires à la première phase non universelle, voire même de les supprimer totalement, - d'économiser des outillages et des cylindres.

5 Les buts de l'invention sont atteints du fait qu'est proposée une ébauche primaire, issue directement de la coulée continue ou obtenue par dégrossissage d'une prise de fer initiale déjà prëformëe ou de section rectangulaire, elle-même issue de la coulée 10 continue ou de la voie lingot, l'ébauche primaire se définissant par : - des faces sensiblement planes, les faces voisines étant reliées par des arrondis, - une symétrie par rapport à un plan longitu- 15 dinal passant par sa plus grande dimension, ce plan de symétrie étant également celui du rail fini, - une section sensiblement en forme de T majuscule pouvant se subdiviser pour les besoins de la description et fonctionnellement en trois parties î » 20 .La première partie, polygonale comprenant cinq faces planes dont deux sont parallèles au plan de symétrie et une lui est perpendiculaire, les plans contenant les deux autres faces étant sécants sur la même droite du 25 plan de symétrie, , . la deuxième partie,de section rectangulaire de préférence, contiguë à la première partie comprenant deux faces de préférence parallèles au plan de symétrie, lesdites faces pou-30 vant être marquées d’empreintes longitudinales destinées à faciliter le guidage de l'ébauche primaire à son entrée dans la première passe universelle, . la troisième partie, de section trapézoïdale, 35 contiguë à la deuxième partie, comprenant i * - 8 - trois faces, une face étant perpendiculaire au plan de symétrie, les plans contenant les deux autres faces étant sécants sur la même droite du plan de symétrie.

5 - une variation d'épaisseur de section,·d'une extrémité à l'autre, se faisant toujours dans le même sens, c'est-à-dire croissante ou décroissante selon l'extrémité dont on part.

L'invention concerne également un procédé de 10 formage primaire d'une prise de fer initiale qui peut être rectangulaire ou avoir déjà été préformée, dans une cannelure roulante, en vue d'obtenir l'ébauche primaire ci-dessus définie.

L'invention concerne encore une utilisation de 15 ladite ébauche, à savoir un dégrossissage universel primaire, en une ou plusieurs passes, de l'ébauche primaire, sans passes de refoulement, avec de fortes réductions et des allongements élevés, en travaillant les première et troisième parties de façon prédominante, 20 dans le sens de l'axe de symétrie d'une section du profilé pour les corroyer vigoureusement à coeur, de manière à brouiller et détruire leur structure de solidification, en arrondissant la face à l'extrémité libre de la troisième partie à l'aide d'un galet vertical à 25 ' profil spécial, tout en favorisant l'expansion des deux autres faces de la troisième partie pour les arrondir.

Avantageusement, le profil donné à la partie active du galet vertical côté champignon, se définit par une (ou plusieurs) forme polynomiale.

30 Celle-ci peut être telle qu'elle corresponde res pectivement à l'une et l'autre des branches de la parabole cubique du solide d'égale résistance inscrit dans la profondeur du galet diminuée du rayon du congé extérieur et dans sa demi hauteur diminuée de la par-35 tie du fond plat.

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Le procédé de l'invention est avantageusement suivi d'un formage secondaire de l'ébauche secondaire, en cannelure roulante, en une ou plusieurs passes, avec application de réductions significatives sur tou-5 tes les parties du profil lamine sauf sur la table de roulement et la base du patin.

Avantageusement, ce procédé est conçu pour obtenir une ébauche secondaire, formée à partir de la barre issue du dégrossissage universel primaire, dont 10 les masses sont pratiquement dans le rapport de .celles du rail fini, et se distinguant de l'ébauche unique b de l'état de l'art par ; . des bourrelets aux raccordements des flancs du champignon avec les pentes d'éclissage 15 supérieures, . des flancs de champignon concaves, . une table de roulement de forme aplatie, . une section.plus proche de celle du rail fini.

20 Le procédé comprenant le formage secondaire peut encore être suivi d'un laminage conventionnel de l'ébauche secondaire et former ainsi un procédé perfectionné de laminage universel des rails comprenant ' . lorsque la prise de fer initiale est déjà 25 préformëe ou est de section rectangulaire, une phase de formage primaire d'une ébauche primaire, . une phase de dégrossissage universel primaire de l'ébauche primaire, 30 . une phase de formage secondaire d'une ébauche s econdaire, , une phase de laminage de l'ébauche secondaire par le procédé universel de l'état de l'art, pour produire le rail fini.

35 Les caractéristiques de l'invention ressorti-

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- 10 - ront de la description ci-après des réalisations préférentielles. La description est faite avec référence aux dessins annexés pour lesquels - les figures 1 et 2 représentent comparative- 5 ment :

Figure 1 : dans le procédé universel de laminage de l’état de l'art, le profil (a) de la prise de fer initiale de section rectangulaire, le profil (b) de l'ébauche unique de l'état de l'art, en hachures la sec-10 tion du rail fini, l'axe de symétrie du rail fini est désigné par YY' et son axe neutre par XX*.

Figure 2 : dans la présente invention,le profil de la prise de fer initiale de section rectangulaire (a), le profil de l'ébauche primaire 1 de l'invention, en 15 hachures la section du rail fini et enfin le profil de l'ébauche secondaire 13 de l'invention.

- Les figures 3 et 4 représentent comparativement :

Figure 3 : dans le procédé universel de laminage de 20 l’état de l’art, le dégrossissage d'une prise de fer initiale (a) de section appropriée, non représentée. Figure 4 J dans la présente Invention, la cannelure 2 de formage de l'ébauche primaire 1 à partir d'une prise de fer initiale déjà prêformëe ou de section rec-25 tangulaire appropriée, non représentée.

- La figure 5 représente la section transversale de l'ébauche primaire 1 subdivisée en trois parties A, B et C, pour les besoins de sa description.

- La figure 6 représente schématiquement le 30 dégrossissage universel primaire de l'invention, en trois passes I à III, ainsi que la passe IV de formage secondaire selon l’invention, de l'ébauche secondaire 13 de l'invention.

- La figure 7 représente schématiquement la 35 séquence des passes du laminage universel selon l'ë- -11- tat de l’art (la passe finisseuse n'étant pas représentée) .

- La figure 8 représente schématiquement une passe de dégrossissage universel primaire de l'inven- 5 tion avec indication des forces appliquées sur et dans l'ébauche primaire 1.

- La figure 9 représente schématiquement le profil selon l'invention de la partie active du galet vertical coté champignon.

10 - La figure 10 représente schématiquement.et partiellement une partie du cylindre horizontal supérieur, une portion de l'ébauche primaire 1 ainsi qu'une portion du champignon du rail dans les positions d'attaque «i et de sortie £ des passes .1 et XI du 15 dégrossissage universel primaire de l'invention.

- La figure 11 est un agrandissement de la représentation de la passe IV de formage secondaire de l'invention de la figure 6;

Pour atteindre certains des buts fixés, l'é-20 bauche primaire l de l'invention (figures 5 et 2) ne comporte préférentiellement que des faces planes reliées par des arrondis. Elle présente une section en forme de T couché que l'on peut théoriquement subdiviser, pour des raisons fonctionnelles et pour les 25 besoins de sa description, en trois parties désignées par A, B et C. La partie A qui correspond â la petite branche du T, est de section polygonale. Elle préfigure la forme du patin (pa) du rail fini. La grande branche du T peut être subdivisée en une partie cen-30 traie li, de section sensiblement rectangulaire, conti guë à la partie A, et en une partie C contiguë à la partie B, de section trapézoïdale biseautée de son coté libre. Le profil de l'ébauche primaire 1 est symétrique par rapport à un plan horizon-35 tal représenté par sa trace YY' sur le plan de la - 12 - « ./- section de l'ébauche primaire 1. Le plan et sa trace YY', désignés ci-après respectivement par plan et axe de symétrie YY', sont également le plan et l'axe de symétrie de la section de la prise de fer initiale (a) 5 et du rail fini. La partie A de l'ébauche primaire 1 est la seule à être légèrement préformëe. Elle comprend cinq faces préférentiellement planes. Deux faces sont parallèles au plan de symétrie YY', une lui est perpendiculaire. Les plans contenant les deux autres 10 faces lui sont sécants sur la même droite. La partie B, qui n'est pas préformée, comprend deux faces préférentiellement planes et parallèles au plan YY' . Si on la compare à la partie correspondante de l'ébauche unique (b) de l'état de l'art, la partie B a une épais-15 seur qui diffère peu de celle de la prise de fer initiale (a) et encore moins de celle de la partie A.

La partie C comprend une face préférentiellement plane, perpendiculaire au plan YY' et deux faces planes inclinées dont les plans qui les contiennent con-20 courent sur la même droite du plan YY', du côté libre de la partie C. De ce fait, l'épaisseur de cette partie C, qui est identique à celle de la partie B à l'interface des deux parties, diminue selon une pente constante vers le coté libre de la partie C. Le profil don-25 né à l'ébauche primaire 1 est aussi proche que possi ble du profil rectangulaire compatible avec les contraintes liées à l'écoulement du métal lors du laminage universel consécutif. Contrairement à l'ébauche unique (b) de l'état de l'art, pour l’ébauche primai-30 re l de l'invention, la variation d’épaisseur d'une extrémité à l'autre se fait pratiquement toujours dans le même sens.

L'ébauche primaire 1 est formée dans une cannelure roulante 2 de l'invention, telle que représentée 35 en figure 4, à partir d'une prise de fer initiale Λ .

- 13 - éventuellement préformée ou de section (a) appropriée, non représentée. La prise de fer initiale (a) peut être obtenue directement par coulée continue, ou par la voie lingot. L'un des avantages considérablesque 5 procure l'ébauche primaire 1 apparaît nettement .de la comparaison· du dégrossissage de l'ébauche unique (b) (figure 3) et du formage primaire de l'ébauche primaire 1 (figure 4). A partir d'une même prise de fer initiale de section appropriée, une seule cannelure suffit (can-10 nelure 2) pour former l'ébauche primaire 1 de l'invention, alors qu'il en faut 6 h 8 pour former l'ébauche unique (b) de l'état de l'art. L'ébauche primaire l permet donc la suppression de six cannelures dont 3 fermées génératrices d'usure importante. Cette réduction du 15 nombre de cannelures a une incidence considérable sur les frais de fabrication et les frais d'investissement d'un laminoir à rails.

La diminution du nombre de cannelures - et surtout la suppression des cannelures fermées génératrices 20 de grande usure, comme les cannelures (f), (g) et (h) (figure 3) - permet de réduire considérablement la consommation de cylindres â la tonne de rail produite. La durée de vie de la cannelure 2 plus élevée que celle des cannelures (f) à (h), permet d'augmenter la du-25 rêe des campagnes de laminage et la durée de vie des cylindres. La durée de vie accrue des cylindres permet d'en réduire le stock nécessaire. La diminution du stock nécessaire peut être optimisée en logeant sur un même jeu de cylindres (ou deux jeux de cylindres selon 30 le cas) un plus grand nombre, vo.ire même la totalité , des cannelures 2 dé formage primaire des ébauches primaires 1 nécessaires pour assurer tout le programme de fabrication de rails d'un laminoir. Alors que sur un train universel à rail disposant de deux cages dë-35 grossisseuses duo on ne pouvait, â de très rares ex- y - Μ - ceptions près, former l'ébauche unique (b) que d'un seul profil de rail» l'invention peut permettre, en fonction de la longueur de table des cylindres, de lo-ger une pluralité de cannelures 2 pour former la tota-5 lit! ou la majeure partie des ébauches primaires 1 des profils de rails de la gamme de production du train universel à rails. En outre, si on a pris la précaution de prévoir des cannelures de réduction de la prise de fer initiale» le train à.rails peut être alimen-10 té en prises de fer initiales de section quelconque en particulier la même pour un grand nombre de profils de rails, ce qui est un avantage considérable permettant de rentabiliser au mieux la filière de production amont (voie lingot ou coulée continue). Il est êgale-15 ment envisageable, pour des raisons d'économie d’exploitation, de n'utiliser qu'une seule cage duo pour former l'ébauche primaire 1. Cette cage duo unique, qui n'a pas à être aussi coûteuse qu'une cage dégros-sisseuse appelée breakdown, peut être,par exemple, une 20 cage refouleuse de la partie universelle du train ä rails, placée de préférence en amont de la première cage universelle.

Dans le cas d'un train neuf, l'investissement nécessaire serait considérablement diminué par la 25 suppression d'une cage et de ses auxiliaires (moteurs, train de rouleau, gain de place, etc....). Les quelques exemples indiqués montrent suffisamment les voies à explorer pour tirer l'avantage maximum sur le plan économique des possibilités offertes par l'ébauche pri-30 ' maire 1 pour qu'il ne soit pas nécessaire de les énu mérer de façon exhaustive et fastidieuse dans tous les cas de figure possibles. Les avantages que procure l'ébauche primaire 1 sur le plan métallurgique méritent également qu'on s'y arrête. Elle permet de lami-35 ner le métal exclusivement par pressions directes, ce • * - 15 - qui n’était pas le cas jusqu'à présent avec l’ébauche unique (b). Pour un métal issu de la voie lingot et pour un taux de corroyage global inchangé, l'ébauche primaire 1 permet d'améliorer la qualité du corroyage 5 parce qu'il est fait par pressions directes exclusivement. En outre, comme il apparaît clairement sur la figure 2, la hauteur 3 de l'ébauche primaire 1 étant supérieure à la plus grande dimension 4 de la prise de fer initiale (a), le corroyage subséquent des par-10 ties constituant le champignon et le patin du rail est encore plus énergique que dans l'état de l'art. Comme le montre la figure 2, les parties hachurées horizontalement 5 et6 de l'ébauche primaire 1 sortent du profil de la prise de fer (a), contrairement à l'ébauche 15 unique (b) de l'état de l'art qui s'inscrit totalement dans la prise de fer initiale (a). L'ébauche primaire 1 permet, lorsque le taux de corroyage global est moindre (avec des prises de fer initiales de coulée continue), de compenser le taux de corroyage global 20 réduit par la qualité du corroyage du métal qui est forgé plus vigoureusement et plus à coeur, par des pressions directes exclusivement, d'abord en phase de formage primaire, dégrossissage universel primaire et formage secondaire de l'invention, et ensuite selon 25 l'état de l'art du laminage universel des rails.

Le nombre réduit de passes nécessaires pour la former et la forme massive et ramassée de l'ébauche primaire 1 réduisent les déperditions de chaleur. La température est plus homogène et le reste plus long-30 temps dans les différentes parties de l'ébauche primaire 1. Pour faciliter le guidage de l'ébauche primaire 1 à son entrée dans la première passe universelle, on peut marquer une empreinte longitudinale de faible profondeur dans chacune des faces planes de la 35 deuxième partie (B) de l'ébauche primaire.

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Ainsi que cela a été mentionné, l’invention apporte également des perfectionnements au laminage universel des rails constituant la seconde phase de l'état de l’art. Le premier de ces perfectionnements 5 est relatif à un dégrossissage universel primaire, le second à une passe roulante non universelle de formage secondaire, d'un type nouveau, en laminage universel des rails, insérée entre le premier perfectionnement et le procédé de l'état de l’art. Le troisième concer-10 ne une nouvelle forme d'ébauche qualifiée de secondai re, destinée au laminage universel des rails selon l’état de l'art. Le perfectionnement apporté à la seconde phase du procédé de laminage universel des rails de -l'état de l'art consiste en un dégrossissage univer-15 sel primaire, fait exclusivement en passes universel les, sans passes de refoulement. Il s'écarte donc en cela, de l'enseignement de l’état de l'art qui indique l'alternance des passes universelles et des passes refouleuses.

20 La figure 6 montre une séquence en trois pas ses du dégrossissage universel primaire de l’invention. Les passes universelles, faites entre des cylindres horizontaux 7 et 8 et des galets verticaux 9 et 10, travaillant dans un même plan, sont numérotées de I à 25 III et leur succession est indiquée par des flèches.

Le profil de la barre entrant dans une passe est dessiné en traits pointillés. Celui de la barre à la sortie d'une passe est dessiné en traits pleins et sa section de sortie est figurée par des hachures. L'ëlar-30 gissement El provoqué sur chaque joue du champignon lors de la passe I de l'invention n'est pas supprimé par la passe suivante. Il est au contraire accentué par l'élargissement additionnel E2 de la passe 11 de l'invention. L'élargissement E3 de la passe III de 35 l'invention s'ajoute aux élargissements El et E2. La > - 17 - figure 7 montre, à titre de comparaison, le dégrossis" sage mixte universel et non universel de l'état de l'art comportant une séquence de trois passes universelles de l'état de l’art (passes Ι',ΙΙΙ' et V), cha-5 que passe universelle étant suivie d'une passe refou- leuse non universelle (passes II * » IV et VI')# l'élargissement provoqué sur les joues du champignon lors de chaque passe universelle est supprimé par la passe refouleuse qui la suit. Les traits pointillés et pleins, 10 ainsi que les hachures ont les mêmes significations que sur la figure 6.

L’élargissement E'I produit par la passe 1' de l'état de l'art est supprimé par la passe II* qui la suit et ainsi de suite. L'un des principes du dégros-15 sissage universel primaire de l'invention est d'assurer le maximum de réduction du métal par pressions directes selon l'axe des YY' (figures 2 et 5), dans les parties C et A de l'ébauche primaire 1 devant respectivement former le champignon et le patin du rail. Le pa-20 tin et le champignon qui sont les plus sollicités en voie seront ainsi mieux corroyés par des pressions directes à fortes réductions appliquées selon l'axe du profil le plus sollicité lors de l'utilisation du rail.

L'âme du rail est formée par pressions directes 25 selon l'axe des XX'. La figure 8 montre la section de la barre à sa sortie d'une passe quelconque du dégrossissage universel primaire. La section de la barre est pour les besoins de l'explication subdivisée en parties A', B', et C qui sont issues des parties A,B et C 30 de l'ébauche primaire 1 et qui formeront respectivement le patin, l'âme et le champignon du rail fini. Les forces exercées sur la barre par les galets verticaux et cylindres horizontaux sont désignées respectivement par Fp, Fa et Fc lorsqu’elles s'appliquent sur les par-35 ties patin, âme et champignon de la barre. Selon l'in- * - 1δ - vention, on a donné à la partie B de l’ébauche primaire 1 une largeur qui sera pratiquement celle de l’âme de la barre au cours de la passe I (figure 6) de l’invention. Selon l’invention, la formation de l'âme par 5 pressions directes exercée par les forces Fa (figure 8) selon l'axe des XX’ se fait sans élargissement de l'âme, c'est-à-dire de la partie B'. La formation de l’âme par pressions directes exercées par les forces Fa selon l'axe des XX' engendre aux interfaces de la par-10 tie B' avec les parties A' et C' des forces (fi) et des écoulements de métal qui .s'opposent a l'effet des forces Fc et Fp dans les parties C' et hors de l'empreinte des cylindres horizontaux. Les flancs des cylindres horizontaux exercent de leur côté des forces F'c sur 15 le champignon et F'p sur le patin. La formation de la partie C de l'ébauche primaire 1, et plus particulièrement des flancs (fc) du champignon, de la table de roulement (tr) et de leurs congés de raccordement est assurée par un profil nouveau donné à la partie acti-20 ve du galet vertical 10 situé du côté du champignon.

On donne (figure 9) à la partie active du galet vertical 10 côté champignon une courbure telle qu'elle favorise, â partir des points d'attaque successifs Poal, Poa2, Poa3 (figure 10) de l'ébauche primaire 1 25 par le galet vertical 10, les élargissements E1,E2,E3 (figure 6) des flancs du champignon.

La courbure de la partie active du galet vertical 10 côté champignon présente, pour,ce faire, un profil PI P2 P3 P4 P5 P6 qui se définit par une ou 30 plusieurs formes polynomiales favorisant l'écoulement plastique du métal (figure 9). Dans une variante, la forme polynomiale peut être telle qu’elle corresponde à la branche P2 P3 de la parabole cubique du solide d'égale résistance inscrit dans la profondeur Pr du ga-35 let vertical· 10 diminuée du rayon R du congé extérieur ♦ - 19 -

H

et dans sa demi-hauteur j diminuée de la partie P3 P4 du fond plat du galet vertical 10. Le profil du galet vertical 10 étant symétrique par rapport à l'axe des YY', il va sans dire que la définition ci-dessus s'ap-5 plique egalement à l'autre moitié du profil, à savoir P3 P4 P5 P6. La figure 10 montre le galet vertical 10 et la partie C de l'ébauche primaire 1 pendant la passe I, Poal étant le point d'attaque du galet 10 sur . l'ébauche primaire 1, Poa2 étant le point de sortie 10 du galet 10 sur le flanc (fc) du champignon. On remarquera que pour la passe II le point Poa2 devient point d’attaque et Poa3 sera le point de sortie et ainsi de suite. Les positions du cylindre horizontal 7 sont également indiquées. Un autre but est d'empêcher 15 la formation d'arêtes sur les congés de raccordement.

Le rail issu de la dernière passe de dégrossissage universel primaire est laminé entre deux cylindres horizontaux supérieur 11 et inférieur 12 (figure 6 passe IV) dont seule la. partie active est représentée. La 20 passe IV de l'invention n'est pas une passe de refoulement du type des passes II',IV' et VI' de l'état de l'art (figure 7). Le rail y est laminé dans toute sa section avec de fortes réductions, par pression directe selon le plan YY' pour qu'en particulier les parties 25 libres non corroyées dans les passes universelles précédentes I,II et III,parties libres (figure 11) telles que les flancs du champignon (fc), les extrémités du patin (ep), les portées d'éclissage supérieures (pes) et inférieures (pei) et leurs congés de raccordement 30 soient soumises à une forte action de forgeage.

A ce stade, le profil obtenu à la passe IV doit présenter une très bonne caractéristique de symétrie par rapport au plan YY', d’équilibre des demi-sections des parties patin et champignon, c'est-à-dire 35 la forme générale définie pour subir les opérations de » % - 20 - laminage universel de l'état de l'art du brevet français 1.447.939. Cette ébauche secondaire 13 (figure 11) de l'invention ainsi préparée se caractérise par des bourrelets 14 situés entre les portées d'éclissage 5 supérieures (pes) et les flancs du champignon (fc) ain- • si que par une forme concave des flancs 15 du champignon. Ces bourrelets et cette forme concave constituent une réserve de métal qui, entretenue et affinée par l'action des passes de refoulement II', IV et VI', 10 permettra de former avec précision le profil du rail fini au niveau des flancs du champignon, des portées d'éclissage supérieures et de leurs rayons de raccordement pendant la passe finisseuse.

Claims (11)

1. Ebauche primaire» obtenue directement par coulée continue ou par dégrossissage d’une prise de fer initiale déjà prêformée ou de section rectangulaire, destinée à être transformée en rail fini S l’aide 5 de passes universelles faites entre deux cylindres horizontaux et deux galets verticaux d’au moins une cage universelle, de passes refouleuses faites entre deux cylindres horizontaux et éventuellement un galet vertical d'au moins une cage duo, trio ou semi-univer-10 selle, d'une'pas-se finisseuse faite entre deux cylin dres horizontaux et un ou deux galets verticaux d’une cage semi-universelle ou universelle, caractérisée en ce que : • - elle comporte des faces sensiblement planes, les 15 faces voisines étant reliées par des arrondis, - elle présente une section en forme générale de T majuscule comportant trois parties distinctes (A, B et C), la première partie (A),constituée par la petite branche du T, étant destinée à former le patin du 20 rail, les deuxième et troisième parties (B et C), constituées par la grande branche du T, étant destinées à former respectivement l’âme et le champignon du rail, - son profil est symétrique par rapport à un plan 25 longitudinal (YY’> passant par sa plus grande dimen sion, - la première partie (A), de section polygonale, comprend cinq faces planes, dont deux sont parallèles au plan de symétrie (YY’), une lui est perpendiculaire, 30 les plans des deux autres faces étant sécants sur la même droite du plan de symétrie (YY’), - la deuxième partie (B), de section rectangulaire, contiguë à la première partie (A), comprend deux faces - 22 - planes, paralleles au plan de symétrie (YY'), - la troisième partie (C), contiguë à la deuxième partie (B), comprend trois faces planes, une étant perpendiculaire au plan de symétrie (YY'), les plans 5 contenant les deux autres faces étant sécants sur la même droite du plan de symétrie (YY1) vers le côté libre de la troisième partie C, - la variation d’épaisseur de sa section, d'une extrémité à l'autre, se fait toujours dans le même sens.

2. Ebauche primaire de la revendication 1, caractérisée en ce que sa deuxième partie (B) comporte sur chacune de ses faces une rainure lon-> gitudinale destinée à assurer son guidage dans la pre mière passe universelle.

3. Procédé de formage primaire d'une prise de fer initiale déjà préformée .ou de section rectangulaire (a)issue de la coulée continue ou de la voie lingot, pour former l'ébauche primaire (1) des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la prise de 20 fer initiale (a) est laminée exclusivement en cannelure roulante.

4. Procédé utilisant l'ébauche primaire (1) des revendications I à 2, pour le dégrossissage universel primaire de ladite ébauche en une ou plusieurs passes 25 universelles faites entre deux cylindres horizontaux (7,8) et deux galets verticaux (9,10), en vue d'obtenir une barre dégrossie,, caractérisé en ce que : - l'ébauche primaire (1) est dégrossie exclusivement 30 en universel, sans passe de refoulement, - les réductions appliquées et les allongements sont conjugués pour que les forces internes engendrées par les pressions des cylindres (7,8) et galets (9,10) sur l’ébauche primaire (1) y provoquent des mouvements in- 35 ternes du métal dans le plan de travail des cylindres et - 23 - des galets,d'une part de la portion centrale de la deuxième partie (B) de l'ébauche 'primaire (1) vers ses première et troisième parties (A et C) et, d'autre part, des portions des première et troisième par-5 ties (A et C) de l'ébauche primaire (1) en contact avec les cylindres (7,8) et galets (9,10), lesdits mouvements de métal étant centrés vers les coeurs des première et troisième parties (A et C) pour y brouiller et détruire, par leurs collisions, la structure 10 de solidification, - il est donne à la partie active du galet vertical côté champignon (10) un profil curviligne (P1,P2,... P6) tel que les portions des faces de la troisième partie (C)devant former la table de roulement (tr), 15 des portions des flancs (fc) du champignon ainsi que les ëpaulements de roulement qui les raccordent soient arrondies, - les réductions et allongements appliqués ainsi que les profils donnés aux parties actives des cylindres 20 et galets favorisent par prépondérance le corroyage de la troisième partie(C)de l'ébauche primaire ainsi que l'élargissement des portions de ses faces devant former les flancs du champignon du rail.

5. Procédé de la revendication 4, 25 caractérise en ce qu'on donne au profil curviligne de révolution de la partie active ou cannelure du galet vertical coté champignon du rail une courbure définie par une forme polynomiale favorisant l'écoulement plastique du métal.

5 « - 21 -

6. Procédé de la révendication 5, caractérisé en ce que la forme polynomiale est telle qu’elle corresponde à la branche(PI,P2; P4,P5) d'une parabole cubique définie en fonction de la profondeur (Pr) et de la hauteur (H) de la cannelu-35 re du galet vertical (10) côté champignon. - 24 -

7. Procédé de la revendication 6, caractérisé en ce que le profil de la cannelure dudit galet vertical (10) comporte une partie rectiligne (P3,P4) dans sa partie centrale.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendica tions 4à 7, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, le formage secondaire d'une ébauche secondaire (13), ce formage secondaire étant fait dans une cannelure roulante (11,12) qui lamine toutes 10 les parties de la section de la barre dégrossie, à l'exception de la table de roulement proprement dite et de la base du patin.

9. Procédé selon la revendication 8, appliqué I une barre dégrossie dont les masses constitutives 15 sont pratiquement dans le rapport de celles du rail fini et destinée à être transformée en rail fini par le procédé de laminage universel de l'état de l'art, caractérisé en ce que le formage est conduit de manière à créer des bourrelets (14) aux rac-20 cordements des flancs (fc) du champignon avec les pen tes d'éclissage supérieures (pes), des flancs (15) de champignon concaves et une table de roulemënt (tr) de forme aplatie.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendica- 25 tions 8 ou 9, caractérise en ce qu'il comporte,en outre, une phase de laminage de l'ébauche secondaire pour produire le rail fini selon le procédé de laminage universel connu en soi.

11. Procédé de la revendication 10, 50 caractérisé en ce que toutes les passes sont roulantes.