Procédé et dispositif pour la fabrication de fil machine en acier dur.
La présente invention se rapporte à un procédé pour la fabrication de
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Un important problème posé par la production du fil machine est la mise au point d'un moyen permettant de lui conférer des propriétés identiques à celles obtenues par patentage au plomb en tréfilerte.
On sait que les propriétés finales d'un fil dépendent essentiellement de l'état dans lequel se trouve ce fil avant de terminer les opérations de son tréfilage. Le moyen classique pour mettre le fil dans le meilleur état possible avant cette dernière opération censée à lui faire subir un patentage au plomb.
Grâce à cette opération et à un écrouissage approprié, on peut obtenir des fils, même de très petit diamètre, présentant les caractéristiques mécaniques finales désirées.
Le principal inconvénient de ces procédés consiste dans le fait que
le patentage et le prépatentage éventuel au plomb sont des opérations particulièrement coûteuses, d'une part en elles-mêmes, et d'autre part eu égard aux manipulations et à la perte de productivité qu'elles occasionnent dans une tréfilerie.
Afin de remédier à ces inconvénients, on a déjà imaginé différents procédés, mettant en oeuvre un processus moins onéreux, appliqué à la sortie du laminoir, mais d'une façon très générale, ceux-ci ne conduisent toutefois pas à un produit comparable au point de vue de ses propriétés à celui obtenu
au moyen d'un procédé comportant un patentage au plomb.
Parmi les différents procédés imaginés pour remédier aux dits inconvénients, on peut citer celui dans lequel on effectue un refroidissement à l'air soufflé sur le fil disposé en spires étalées sur un convoyeur. Suivant
ce procédé, on a certes constaté une nette amélioration de la valeur moyenne des propriétés du fil et de la dispersion des mesures autour de cette moyenne, ainsi qu'une amélioration de la structure suffisante pour éviter un prépatentage, dans le cas du fil machine, il n'a toutetois pas été possible d'éviter le patentage final au plomb.
Dans cette optique, on a également imaginé d'effectuer le traitement du fil disposé sous forme de spires étalées dans un lit fluidisé. Ce processus amène une certaine amélioration supplémentaire par rapport à celui précédemment cité, mais il présente cependant d'autres difficultés d'ordre essentiellement technologiques.
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de sel fondu présente également des inconvénients propres, notamment le lavage ultérieur indispensable du fil et son application malaisée aux bobines de poids élevé.
En résumé, la technique actuelle n'a pas permis de résoudre, de façon valable, le problème posé, à savoir obtenir une bonne valeur moyenne des propriétés d'un fil dur dans chaque bobine de ce fil, ainsi qu'une dispersion réduite des propriétés du fil autour de la valeur moyenne. La cause en est
que les procédés considérés comme connus sont en général économiquement et/ou techniquement inexploitables.
La présente invention a précisément pour objet un processus de refroidissement du fil machine dur, grâce auquel on obtient un fil dont les propriétés vérifient facilement deux conditions essentielles, sans toutefois nécessiter de patentage ni de prépatentage. Ces conditions sont :
- valeur moyenne des propriétés mécaniques et microstructure analogues à celles obtenues par patentage au plomb;
- dispersion de ces propriétés autour de la valeur moyenne (dans une bobine) aussi faible que possible.
Suivant ce procédé, le fil dur sortant du laminoir à chaud est introduit de façon continue et successivement dans au moins deux zones de refroidissement dans lesquelles il séjourne chaque fois pendant un temps approprié,
zones contenant un fluide qui exerce sur le dit fil un refroidissement contrôlé, le fluide de la première zone comportant au riioins une phase liquide non pulvérisée, le tout de telle façon que la transformation allotropique commence dans la première zone et soit complètement terminée lorsque le fil quitte la dernière zone, les dites deux zones étant traversées par le fil se trouvant
sous forme de spires non serrées disposées, de préférence étalées, sur un convoyeur.
Suivant une variante avantageuse du procédé de l'invention, avant de pénétrer dans la première zone, le fil traverse une installation de prérefroidissement à l'eau, d'un type connu en soi, grâce à laquelle on peut ajuster la température de dépose des spires à l'entrée de la première zone, cette température étant toutefois réglée de façon à ce que le fil soit toujours à l'état austénitique au moment où Il pénètre dans la dite première zone (dans ce cas, la durée de séjour du fil dans cette première zone sera avantageusement fixée à une valeur dite optimale, fonction notamment de la température d'entrée
du fil dans cette zone).
Suivant l'invention, la première zone de refroidissement comporte
un fluide refroidissant choisi pour obtenir un coefficient d'échange calorifique avec le fil, tel que le début de la transformation allotropique de celui-ci s'effectue à une température située dans le même domaine (par exemple de 550[deg.]C à 650[deg.]C) que celui correspondant au patentage au plomb. Ce fluide refroidissant est caractérisé par la valeur de spn coefficient d'échange calorifique, lequel peut être ajusté à la valeur souhaitée par des moyens connus en eux-mêmes, tels que la température, l'agitation du fluide à température constante, l'addition de sels minéraux à des teneurs appropriées, l'addition de substances organiques tensioactives, de polymères, ... et en général par tout paramètre qui, affectant l'une ou l'autre des différentes phases que peut contenir le fluide considéré, modifie
le dit coefficient de transfert.
Il n'est pas inutile de signaler que le fluide contenu dans la première zone et le fluide contenu dans la dernière zone doivent différer obligatoirement par la valeur de leur coefficient de transfert; cette différence peut ne porter que sur
un seul paramètre exerçant une influence sur la dite valeur, par exemple l'agitation de l'eau.
Tcujours, suivant l'invention, le fil est maintenu dans la première
zone jusqu'à ce que sa transformation allotropique ait commencé, sans toutefois dépasser 10 % en volume de sa réalisation totale, après quoi, le fil est transféré dans la dernière zone. Si l'on maintenait le fil plus longtemps dans cette première zone de refroidissement, il y aurait risque réel de tremper
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On peut comprendre facilement cette condition à partir du diagramme repris à la figure 1 et donnant pour différents fluides de refroidissement, la densité du flux thermique (exprimée en Kw/m ) quittant le fil traversant le fluide, cette densité étant indiquée en fonction de la température de surface du fil.
La courbe 1, relative à un fluide constitué de plomb à 500[deg.]C, montre une valeur importante de la densité de ce flux pour des températures de 700[deg.]C à 900[deg.]C, avec un maximum vers 850[deg.]C, Dès que la température de surface du fil diminue, en-dessous de 700[deg.]C, la densité du flux thermique diminue rapidement pour tomber à zéro à la température du plomb. Une fois arrivé à cette température, le fil conserve celle du plomb dans lequel il est plongé.
Si par contre; on fait appel à un fluide tel que de l'eau calme à 100[deg.]C,
(c'est-à-dire non agitée de manière artificielle), on observe, ainsi qu' indiqué sur la courbe 2, une densité de flux thermique nettement plus faible vers 900[deg.]C
et qui va en décroissant jusqu'aux environs de 550[deg.]C, pour se relever quelque peu par la suite. Le flux thermique provoqué par l'eau calme est nettement
plus faible que celui dû au plomb aux mêmes températures. Par contre, si
l'on fait appel à un fluide constitué d'eau à 100[deg.]C, agitée artificiellement
(courbe 3), la valeur élevée de la densité du flux thermique vers 900[deg.]C permet d'accélérer le refroidissement du fil jusqu'à environ 550[deg.]C; toutefois, cette densité reste encore suffisamment importante en dessous de 550[deg.]C pour comporter un risque de trempe du fil. Ce risque n'est cependant pas à craindre, le
fil quittant la dite zone à ce moment.
Le coefficient d'échange calorifique du fluide contenu dans la seconde zone est, quant à lui, avantageusement choisi et les caractéristiques de ce
fluide adaptées en conséquence, pour que le reste de la transformation allotropique s'effectue dans des conditions aussi proches que possible de l'isotherme. Ce coefficient est par ailleurs également choisi de façon à ce que, d'une part,
les effets de la recalescence soient limités à une valeur déterminée, pour se rapprocher si possible de l'isotherme et que, d'autre part, toute trempe martensitique ou bainitique du fil soit évitée. Ceci peut être réalisé facilement en tenant compte de ce qui vient d'être dit pour la première zone.
Après le séjour dans la seconde zone, le fil est soumis, de façon connue en soi, à un refroidissement à l'air, jusqu'à la station de collecte des spires, etc...
Il a été signalé plus haut que les fluides contenus dans les zones considérées pouvaient se caractériser par leur degré d'agitation; cette agitation provoque, comme on le sait, une augmentation des échanges calorifiques entre
fil et fluide, en particulier lorsque celui-ci est de l'eau à température d'ébullition. Ceci a comme conséquence que l'utilisation et la maîtrise du phénomène d'agitation est un élément important dans le contrôle de la valeur des échanges calorifiques entre fil et bain.
Dans le cas où, pour passer de la première zone de refroidissement à la seconde, le fil doit, pour des raisons technologiques, traverser une zone intermédiaire constituée par exemple d'air calme, il est possible d'obtenir des propriétés analogues à celles du fil qui n'aurait pas dû passer au travers de cette zone Intermédiaire, en accroissant légèrement la capacité de refroidissement du fluide contenu dans la seconde zone. La méthode utilisée pour y arriver est semblable à celle indiquée plus haut.
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dans une seule ou dans les deux zones, en créant sur le trajet des spires sur le convoyeur dans ces zones, un courant de déplacement important dans le fluide (ci-après dit primaire), dans lequel circulent les spires. Ce courant, dirigé avantageusement de bas en haut, est constitué soit au moyen du fluide lui-même, soit au moyen d'un autre fluide, liquide, gazeux ou brouillardeux.
La mise en mouvement des fluides agitateurs est réalisée, par exemple au moyen des pompes appropriées, disposées sous le transporteur.
Suivant l'invention, le débit de fluide agitateur peut être réglé tout au long des deux convoyeurs, suivant un programme déterminé, de façon à obtenir dans le fil l'évolution souhaitée de la transformation allotropique. Ce débit peut être régulé de façon automatique, par des vannes par exemple magnétiques ou électropneumatiques, situées sur chaque circuit d'agitation.
A titre indicatif, parmi les fluides pouvant convenir pour répondre aux exigences imposées dans la première zone, on peut citer : <EMI ID=5.1>
- une solution de nitrate de sodium ou de potassium (4 à 6 %) dans l'eau à l'ébullition,
- de l'eau à une température comprise entre 70 et 100[deg.] et violemment agitée soit par des moyens mécaniques connus, soit au moyen de gicleurs immergés.
Pour la seconde zone, on peut citer :
- air soufflé à travers les spires étalées,
- mélange air-brouillard d'eau, soufflé à travers les spires étalées,
- eau à une température comprise entre 70 et 100[deg.]C, agitée ou non.
Les exemples ci-après, donnés à titre d'exemple non limitatif, permettent de se rendre compte des résultats obtenus au moyen du procédé décrit ci-dessus.
Exemple 1
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et de 0, 51 % en Mn. Dans la première zone, se trouve un fluide constitué d'un bain d'eau calme à 100[deg.]C et contenant 8 % de silicate de soude; le temps de séjour du fil y est de 5 secondes. Sa température d'entrée dans cette première zone est de 1000[deg.]C.
La seconde zone contient un fluide constitué d'eau calme à 100[deg.]C et le fil y séjourne pendant 16 secondes, sans passage intermédiaire entre les deux zones.
A la sortie de cette première zone, le fil a subi un commencement de transformation allotropique à concurrence de 0,06 % en volume. La transformation allotropique est complète après un séjour de 9 secondes dans la seconde zone et 93 % de celle-ci a été réalisée entre 588[deg.]C et 630[deg.]C.
Exemple 2
Un fil dur de 10 mm de diamètre, contenant 0, 63 % de C et 0, 51 % de Mn à température Initiale de 1000[deg.]C est plongé dans une première zone de refroidissement contenant de l'eau calme à 50[deg.]C. Il y séjourne 6,2 secondes. A la sortie de cette zone, 2 % de son volume initial a subi la transformation allotropique.
Ce fil pénètre dans la seconde zone, après un passage de 2,1 secondes dans une zone Intermédiaire constituée par l'air ambiant. La seconde zone comporte de l'eau calme à 100[deg.]C; le temps de séjour du fil y est de 11, 7 secondes et la transformation allotropique du fil est complète après 9, 7 secondes, et 94,8 % de cette transformation a été effectuée entre 620[deg.]C et 656[deg.]C.
Exemple 3
Un fil dur de 10 mm de diamètre contenant 0, 63 % de C et 0, 51 % de Mn à température initiale de 1000[deg.]C est plongé dans une première zone de refroidissement contenant de l'eau agitée à 98[deg.]C. Il y séjourne pendant 7, 8 secondes et 7, 5 % de son volume subit la transformation allotropique.
Le fil pénètre ensuite dans la seconde zone comportant de l'eau calme
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formation allotropique est complète après 11,5 secondes; 86 %de
cette transformation a été effectuée entre 605[deg.]C et 655[deg.]C.
Les caractéristiques mécaniques de ces fils, ainsi que leurs valeurs moyennes et la dispersion des valeurs de ces caractéristiques autour des valeurs moyennes ont été trouvées tout-à-fait comparables à ce que l'on obtient dans un procédé comportant un patentage au plomb.
A titre d'exemple, un fil de 5, 5 mm de diamètre contenant 0, 63 % de C et 0, 51 % de Mn présente après patentage au plomb, une résistance moyenne
à la rupture de 108 à 112 kg/mm<2> avec une dispersion de 0, 7 à 1 kg/mm<2>.
Ce même fil, pour lequel le patentage au plomb a été remplacé par le procédé de l'invention, a présenté les caractéristiques suivantes : résistance moyenne
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La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit.
Ce dispositif est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte deux bacs disposés à la suite l'un de l'autre, chaque bac contenant un fluide de refroidissement approprié, un transporteur de spires étalées disposé en oblique dans le réservoir, avec son entrée sous le niveau supérieur du fluide et sa sortie au-dessus du niveau du fluide contenu dans le bac, des moyens pour assurer la dépose du-fil sous forme de spires étalées à l'entrée du premier transporteur, pour enlever ces spires à la sortie du premier transporteur lu et les déposer à l'entrée du second transporteur, ainsi que des moyens pour enlever ces spires à la sortie du second transporteur. Ces deux bacs sont, de façon connue en soi, recouverts d'une hotte pour la captation et la condensation
des vapeurs en provenance du bain.
Suivant une modalité avantageuse de ce dispositif, les transporteurs
sont munis d'un dispositif pour souffler de bas en haut au travers des spires
qui circulent sur ceux-ci, soit du fluide contenu dans le dit bac, soit tout autre fluide liquide ou gazeux approprié.
Suivant encore une autre modalité avantageuse de l'invention, les deux cuves sont réunies par une enceinte étanche en forme de pont dont l'entrée est située sous le niveau supérieur du bain du premier bac et entoure la sortie du premier transporteur et dont la sortie se trouve sous le niveau supérieur du
bain du second bac et au-dessus de l'entrée du second transporteur, la dite enceinte étant munie de moyens appropriés pour réaliser à l'entrée de celle-ci
une atmosphère de caractéristiques souhaitées, les caractéristiques opérationnelles dans la seconde zone pouvant être modifiées dans le sens approprié pour tenir compte de l'évolution de la structure du fil dans la dite enceinte.
REVENDICATIONS
1. Procédé de refroidissement de fil machine dur, sortant du laminoir
à chaud, caractérisé en ce qu'il est introduit de façon continue sous forme de spires non serrées, successivement dans au moins deux zones de refroidissement, dans lesquelles il séjourne chaque fois pendant un temps approprié, zones comportant chacune un fluide de refroidissement et dont la première comporte au moins une phase liquide non pulvérisée, en ce que l'on conduit le refroidissement du
fil de façon telle que sa transformation allotropique soit commencée à la sortie
de la première zone et terminée à la sortie de la dernière zone.