Perfectionnements aux procédés de refroidissement continu de fil machine en acier à bas carbone.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux procédés de refroidissement continu de fil ma-
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A la sortie du laminoir à fil, le fil machine
est soumis à une opération de refroidissement contrôlé, dont
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on désire conférer au fil.
Tenant compte de la composition du fil et des propriétés finales qu'on cherche à lui donner, la durée, le nombre, la nature et l'intensité des différentes phases du processus complet de refroidissement peuvent varier dans des proportions importantes.
Un autre aspect du problème est constitué par l'importance des installations permettant deréaliser les refroidissements demandés, et notamment leur encombrement dans le sens longitudinal, qui peut avoir une incidence considérable sur les in-vestissements nécessaires pour les réaliser.
Il s'ensuit qu'une amélioration sur une quelconque des phases d'un procédé de refroidissement de fil peut avoir une influence à la fois sur la qualité du fil, sur la durée du temps nécessaire pour refroidir complètement le fil, sur la dimension des installations correspondantes et par voie de conséquence, sur leur coût aussi bien de fonctionnement que de premier établissement et sur l'homogénéité des caractéristiques mécaniques.
Il existe actuellement de nombreux procédés pour soumettre à sa sortie du laminoir un fil machine à une séquence de refroidissement bien déterminée, le plus souvent spécifique de la qualité de fil recherchée.
Dans le cas des fils d'acier extra-doux, on recherche essentiellement une limite élastique, une charge de rupture et un rapport E/R aussi bas que possible. Il importe
dès lors que, dans le produit final, le grain ferritique soit grossier et la quantité de C en sursaturation dans la ferrite, minimale.
Selon un procédé connu, à la sortie de la dernière cage de laminoir, un ,fil machine d'acier à bas carbone est soumis à refroidissement par projection d'eau, jusqu'à une température comprise entre 850[deg.]C et 800[deg.]C, puis déposé en spired non jointives sur un convoyeur horizontal, où il est encore soumis
à refroidissement par air calme puis soufflé jusqu'à une température de l'ordre de 200[deg.]C à 300[deg.]C et enfin, à cette température, mis sous bobines, pour expédition. On perçoit de suite que selon ce procédé, une phase de refroidissement relativement intense et rapide dans le domaine de température favorable à la précipitation, fait suite à une phase de maintien à température élevée, pendant un temps relativement long et qu'en conséquence, il ne s'est produit que peu de précipitation de carbure, lorsque le fil est arrivé à température de bobinage. Une telle manière de procéder paraît ne pas conduire spécifiquement à des fils de nuance particulièrement douce, car on n'y prévoit pas de phase de survieillissement consécutive à un tel refroidissement.
Suivant un autre procédé connu; applicable de façon intéressante à la fabrication de fil en acier doux, à la sortie
de la dernière cage de laminoir, le fil également prérefroidi est déposé en spires non jointives sur un premier convoyeur, à une température analogue à celle renseignée ci-dessus; sur ce convoyeur, le refroidissement se fait, lentement à l'air, jusqu'au moment où
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lement réalisée. A cette phase fait suite une trempe du fil dans un bain d'eau bouillante où se termine la transformation allotropique. Le fil est finalement soumis à une phase d'overaging à une température moyenne de 450[deg.]C, au moins pendant une minute et l'on obtient ainsi un produit convenant bien pour l'utilisation normale sous forme d'acier doux.
La présente invention se rapporte à un procédé de refroidissement de fil machine sensiblement du genre de ceux décrits ci-dessus, mais qui possède par rapport à ceux-ci l'avan-
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de l'invention d'arriver à un fil dont la limite élastique, la charge de rupture et le rapport E/R sont particulièrement faibles. Par ailleurs, il est possible, suivant l'invention, de réaliser ce refroidissement, par exemple dans un temps plus court sur une installation sensiblement de même encombrement, ou dans un temps également plus court, sur une installation plus courte et donc moins onéreuse.
Il a été. en effet trouvé, de façon inattendue, que le fait de passer très rapidement de la zone où la transformation allotropique était réalisée à au moins 80 %, à celle de début du survieillissement, ne modifiait pas sensiblement les propriétés du métal; un important gain de temps et donc de longueur d'installation était donc possible, gain qui s'est avéré particulièrement important dans le procédé de la présente invention.
Le procédés objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que, à la sortie du laminoir, le fil machine est amené à une température comprise entre 900[deg.]C et
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de spires non jointives, sur un convoyeur sur lequel il se déplace, en ce qu'on refroidit le fil en spires sur le convoyeur, en réglant la vitesse de refroidissement à une valeur suffisamment faible pour que le grain ferritique présente la grosseur désirée, de préférence au moins ASTM 9 et de préférence encore au moins ASTM 10, quand la
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80 % et de préférence supérieure à 95 % et en ce qu'ensuite et toujours sur un convoyeur, le fil est soumis à refroidissement rapide,
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560[deg.]C, puis à une seconde phase de refroidissement lent.
Grâce à ce procédé, on obtient de façon rapide un fil doux et même extra-doux de très bonne qualité, au moyen d'une installation dont la longueur peut être inférieure à celle normale des procédés connus susmentionnés.
Selon l'invention, une manière particulièrement efficace d'assurer le refroidissement rapide du fil (de préférence
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à munir le convoyeur� conformément à la définition du procédé de l'invention, d'une série de gicleurs délivrant sur le fil un brouillard constitué d'eau pulvérisée par un fluide tel que par exemple de l'air.
Suivant une variante avantageuse du procédé de l'invention, ce refroidissement rapide est obtenu par immersion du fil dans un bain aqueux, de préférence à température d'ébullition et pouvant contenir des agents tensio-actifs.
La seconde phase de refroidissement lent peut, suivant l'invention, être réalisée, soit sur le convoyeur lui-
même, soit sur fil bobiné, soit sur les deux.
,
L'avantage principal du procédé de la présente invention et de ses variantes consiste dans le fait que d'une part, l'évolution du refroidissement à haute température est choisie suffisamment lente pour assurer la formation d'un grain ferritique suffisamment gros jusque pratiquement la fin de la transformation allotropique et que d'autre part, le passage de la température de fin de transformation allotropique à celle de début de survieillissement soit suffisamment rapide pour que la quantité de carbone restée en sursaturation au début de cette dernière phase soit la plus élevée possible, le soit encore au début de la phase de survieillissement et que, au cours de la dite phase de survieillissement subséquente, la précipitation des carbures se produise davantage et plus rapidement.
La taille du grain, ainsi que la quantité de carbures précipités conditionnent de manière importante la qualité du fil obtenu.
Par rapport aux procédé susmentionnés, le procédé de l'invention permet donc : <EMI ID=9.1>
pérature, tout en lui assurant la taille de grain désirée et la quasi totalité de la transformation allotropique,
- de réduire, de façon très importante,le temps de passage de la zone de haute température à celle de survieillisaement, ce qui a comme avantage de conserver un maximum de carbone en sursaturation dans la ferrite et de réduire la longueur de l'installation, - d'accroître, de façon importante, l'efficacité du survieillis- sement sur un fil dont la teneur de la ferrite en carbone sursaturé est encore importante, cette efficacité pouvant, à durée égale de la totalité du processus, s'exercer pendant un temps plus long.
La vitesse minimale de refroidissement à respecter pour que le gain de temps et partant celui delà longueur d'installation soient suffisamment grands pour être considérés comme intéressants, dépend du diamètre du fil considéré. Par exemple, pour un diamètre de 5,5 mm, une vitesse d'au moins 8[deg.]C/seconde est souhaitable, tandis que pour un fil de 12 mm de diamètre, une vitesse d'au moins 3[deg.]C/seconde est souhaitable.
Il va de soi que les caractéristiques finales obtenus dans le fil dépendent en principal de la durée du refroidissement lent.à haute température, avant le refroidissement rapide. Plus cette durée est grande, plus le rapport E/R obtenu est faible, de même que la valeur de R et de E. Pour une longueur donnée d'installation,les caractéristiques mécaniques dépendent donc de la vitesse de refroidissement du fil sur le dit convoyeur.
Les schémas ci-après, donnés à titre d'exemple non limitatif, permettent de se rendre compte des avantages que présente le procédé de l'invention.
Sur le schéma de la figure 1 se trouve représentée l'évolution temporelle de la température d'un fil machine en acier
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et 0,3 % Mn, 0,0048 % N. Ce fil, déposé à la température de 830[deg.]C sur un convoyeur se déplaçant à 0,3 m/aec. et refroidi à l'air calme et bobiné à environ 250[deg.]C après 150 secondes de refroidissement suivant la dite évolution, présente une résistance à la rupture de 370 N/mm<2>. La longueur de l'installation est de l' ordre de 50 m.
Le même fil, dans les mêmes conditions de dépose et de vitesse de convoyeur, mais soumis après environ 55 secon-
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lent (phase de survieillissement) pour atteindre environ 380[deg.]C après 150 secondes a présenté, toutes autres choses égales, une
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l'intérêt du procédé de la présente invention.
Dans la figure 3, et conformément à la variante reprise ci-dessus, le même fil est déposé à 850[deg.]C, dans les mêmes conditions de vitesse de convoyeur, mais soumis à un refroidissement à 2,5[deg.]C/seconde, jusqu'à 750[deg.]C, puis à un refroidissement
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seconde et enfin à refroidissement lent (phase de survieillissement) en bobine, jusqu'à la température ambiante.Cette opération pouvant être réalisée sur une installation dont la longueur est d'environ 17 m, l'intérêt de cette façon de procéder est donc évident. Signalons que selon ce procédé, les résultats obtenus pour le fil y soumis sont : E/R = 0,7 et R = 330 N/mm2.
Dans le cadre du procédé décrit ci-dessus, un autre aspect du problème est constitué par l'importance des installations permettant de réaliser les refroidissements demandés,
et notamment leur encombrement dans le sens longitudinal, qui peut avoir une incidence considérable sur les investissements nécessaires pour les réaliser. Enfin, et cet aspect n'est pas
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propriétés mécaniques sont uniformes et homogènes sur toute sa longueur.
Dans cette optique, un séjour plus ou moins prolongé sur un convoyeur à l'air calme peut entraîner une différence de vitesse de refroidissement et donc de microstructure et propriétés mécaniques, entre les parties de spires qui se trouvent sur les bords du convoyeur et les parties de spires se trouvant éloignées des bords du convoyeur, c'est-à-dire dans la zone centrale du convoyeur.
Il est en effet bien connu que lorsque le fil machine est étalé en spires non concentriques sur un convoyeur, la majeure sortie du métal des spires est accumulée sous un volume relativement faible, aux deux bordures latérales de la nappe de spires, tandis qu'à la zone centrale de cette nappe, l'accumulation de métal est moindre que sur les bords. Il s'ensuit une différence dans l'allure de refroidissement des spires, les bordures latérales de la nappe se refroidissant moins vite que la zone centrale, ce qui ne favorise pas l'homogénéité de la structure du fil sur la totalité d'une même spire et conduit, pour le fil se trouvant dans la zone centrale, à des propriétés mécaniques moins bonnes que celles obtenues pour le fil se trouvant dans les zones latérales.
La modalité ci-après décrite permet de remédier à cet inconvénient.
Suivant cette modalité, pendant tout ou partie du séjour des spires sur le convoyeur non immergé, la partie de la nappe des spires située dans la zone centrale du convoyeur est soumise à un refroidissement moins intense que celui des bords
de la nappe et on règle la différence de refroidissement,
de façon à obtenir une homogénéité de structure du fil sur la totalité de ses spires.
Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour réaliser ce refroidissement différentiel. On peut par exemple, au moyen d'un générateur de chaleur, porter, à température appropriée, un fluide gazeux que l'on projette sur la partie des spires se trouvant dans la dite zone centrale, la température du gaz ainsi projeté décroissant progressivement, et de façon appropriée, dans la zone centrale, dans le sens du déplacement du convoyeur. Tout autre moyen de chauffage de la nappe de spires situées dans la dite zone centrale peut-être utilisé, sans sortir du domaine de la présente invention.
La préférence est toutefois donnée à tout moyen qui, sans apport précis de calories, contribue à ralentir à due proportion, le refroidissement de la dite zone centrale, notamment, tous autres facteurs égaux, en y réduisant, par rapport au débit d'agent de refroidissement utilisé pour les bords de la nappe, le débit de ces mêmes agents utilisés pour la dite zone centrale.
Un autre moyen particulièrement intéressant pour mettre en oeuvre cette modalité du procédé de la présente invention consiste à disposer au-dessus de la zone centrale du convoyeur et de préférence rien qu'au-dessus d'elle, à une certaine distance de la nappe de spires et sur tout ou partie de sa longueur, un écran dont l'effet est d'une part, de ralentir la circulation de tout fluide gazeux sur la dite zone centrale et d'autre part, de réfléchir vers la partie supérieure de la zone centrale de la nappe de spires les calories qui en émanent, notamment par rayonnement. Il est également intéressant de prévoir une isolation thermique des taques.
L'efficacité des effets de cet écran est fonction
de ses paramètres propres, dimension, nature, distance au-dessus des spires, état plus ou moins spéculaire de la face de l'écran située côté des spires. A titre d'exemple, un tel écran, soutenu par une armature en profilés à base d'aluminium, est constitué d'une plaque en acier, polie sur sa face côté spires et noircie sur sa face opposée.
Cette dernière modalité a été décrite dans le cas de son utilisation particulière à la fabrication de fil machine en acier extra-doux, mais c'est là uniquement à titre d'exemple, car on peut l'utiliser pour toutes autres catégories de fil machine, pour lesquelles le refroidissement prévoit un séjour prolongé sur un convoyeur à air calme.
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REVENDICATIONS
1. Procédé continu de refroidissement d'un fil d'
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déposé sous forme de spires non jointives, sur un convoyeur sur lequel il se déplace, en ce qu'on refroidit le fil en spires sur le convoyeur en réglant la vitesse de refroidissement à une valeur suffisamment faible pour que le grain ferritique présente la grosseur désirée quand la transformation allotropique a été réalisée à concurrence d'au moins 80 % et de préférence supérieure à 95 %, et en ce qu'ensuite et toujours sur un convoyeur, le fil est soumis à un refroidissement rapide jusqu'à une température comprise entre 350[deg.]C et 560[deg.]C et de préférence entre
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à une seconde phase de refroidissement lent.