EP0486658B1 - Procede pour l'obtention d'un fil d'acier ecroui a resistance elevee - Google Patents

Procede pour l'obtention d'un fil d'acier ecroui a resistance elevee Download PDF

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EP0486658B1
EP0486658B1 EP91911133A EP91911133A EP0486658B1 EP 0486658 B1 EP0486658 B1 EP 0486658B1 EP 91911133 A EP91911133 A EP 91911133A EP 91911133 A EP91911133 A EP 91911133A EP 0486658 B1 EP0486658 B1 EP 0486658B1
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EP
European Patent Office
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wire
steel
final
diameter
patenting
Prior art date
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EP91911133A
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German (de)
English (en)
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EP0486658A1 (fr
Inventor
Luc Peeters
Jean Bernard Pelletier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Sollac SA filed Critical Sollac SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

Definitions

  • the present invention relates to a process for obtaining a hardened steel wire, with high resistance, usable in particular for the manufacture of strands and cables for reinforcing elastomeric articles such as tires; it also relates to the reinforcing elements (strands and cables) made from wires obtained by such a process.
  • the first three stages can be replaced by a single wire drawing stage up to a diameter of approximately 1.35 to 1.80 mm.
  • Ordinary quality wires which have, for example, a typical breaking strength of 2850 MPa are obtained from a steel with 0.72% (+ 0.02) carbon with application of a reduction rate of final section from 95 to 96.5%.
  • the high resistance wires are obtained from a steel with 0.82% ( ⁇ 0.02) of carbon with application of a final reduction rate of between 96 and 97%, the latter value being in practice only very rarely affected. They have a breaking strength of up to 3200 to 3450 MPa.
  • this last grade of steel dangerously approaches the metal of a physical limit called "eutectoid point" beyond which fragile phases of proeutectoid cementite appear, making the wire drawing and especially the stranding almost impossible because of the high number of breaks .
  • This limit which depends on the diameter is higher the smaller the diameter, it is difficult to determine since a certain amount of wire can pass the axial deformation test during the drawing but not the deformation constraints imposed during assembly operations.
  • US patent no. 3617230 relates to a high-strength steel wire obtained both by a high carbon content: 0.9 to 1.1% and by the application of high work hardening rates in the final phase: more than 97%, these rates being made possible by the use of a steel with a low content of S ( ⁇ 0.010%) and P ( ⁇ 0.005%).
  • S ⁇ 0.010%
  • P ⁇ 0.005%
  • it is a steel wire which goes beyond the scope of the tire reinforcement application both by its use: piano wire and by its composition, in particular its carbon content which comes out of the usual range of steel for tire wires given at the beginning of the text.
  • the patent says nothing about the behavior of such a wire under bending or twisting constraints.
  • the final section reduction rate is between 97 and 98%.
  • the reduction rates of section are higher than those currently practiced, and this as said previously.
  • the wire obtained by implementing the process according to the invention is used to make strands, cables, and this under standard production conditions.
  • the high rate of section reduction in the final drawing step is made possible by the use of a steel grade conforming to the new composition selected, with an S and P content of less than 0.010% for each of these two. constituents.
  • the invention in addition to saving on the cost of steel (steel at 0.82% of C being expensive), the invention has an important technical advantage because a steel grade conforming to the new composition selected is easier to produce and allows a considerable reduction, even elimination of the risks of segregation caused by the presence of proeutectoid cementite which was encountered in steels of usual composition with a carbon content higher than 0.80% about. Such a shade, far from the eutectoid point, better withstands the stresses of traction, folding and torsion. This results in a reduction in wire drawing and stranding breaks and an improvement in productivity.
  • the claimed process and for relatively small final diameters, it is possible to obtain the wire according to the invention from a machine wire of current diameter 5.5 mm in only two drawing steps (instead of three ), and a single patenting treatment (instead of two), that associated with brass plating. This applies to ordinary quality wire as well as to high resistance wire.
  • the properties of the wires resistance, elongation, necking are measured by means of the usual dynamometry tests.
  • the folding and twisting properties are measured according to ISO 7801 and ISO 7800 standards respectively.
  • the steel grades are defined by the contents of C, Mn, Si, P, S on the understanding that the contents for the other components: Al, Ni, Cu, Cr, Mo, Co, N comply with the values given in the general definition of the wire.
  • This example illustrates the manufacture of a standard (ordinary) quality wire by the method according to the invention compared to a wire manufactured by the usual method.
  • the wire according to the invention is produced from a steel of composition A: in accordance with the composition selected for the invention: 0.64% C, 0.55% Mn, 0.20% Si, 0.008% P, 0.008% S.
  • the current wire is made from a steel of current composition B: 0.72% C, 0.60% Mn, 0.22% Si, 0.015% P, 0.012% S.
  • the starting wire rod for the two compositions A and B has a diameter of 5.5 mm.
  • the machine wire of composition A is drawn directly from the diameter 5.5 mm to the diameter 1.30 mm with the application of a cross-section reduction rate of 94.4%, made possible by the composition of the steel and in particular the low S and P content
  • the machine wire of composition B is drawn by 5.5 mm with an intermediate diameter of 3.0 mm, then it undergoes an intermediate patenting before being drawn with the final diameter of 1.15 mm. Finally, the two sons are patented for brass plating under standard conditions.
  • the fine wire drawing is carried out in a humid environment to obtain the 0.22 mm diameter with standard resistance (ordinary quality).
  • wire A and B are completely interchangeable in terms of their use.
  • the wire A according to the invention also has the advantage of eliminating the intermediate patenting operation and a drawing step.
  • the present invention it is therefore possible to obtain the finished wire (diameter 0.22 to 0.25 mm for example) in two drawing stages only, with a single heat treatment, this from a machine wire of standard diameter of 5.5 mm, i.e. at no additional cost.
  • This example illustrates the implementation of the invention in its most advantageous form. It relates to the manufacture of a high resistance wire, by the method according to the invention, compared to a wire produced by the usual method.
  • the wire according to the invention is produced from a steel of composition Al, in accordance with the composition selected for the invention: 0.72% C, 0.54% Mn, 0.23% Si, 0.007% P, 0.006% S.
  • the wire manufactured by the usual process is made of a steel of composition Bl: 0.82% C, 0.55% Mn, 0.25% Si, 0.005% P, 0.009% S.
  • This wire although having a content of S and P of less than 0.01% for each of these components is not made of a steel of composition in accordance with that selected for the invention. It can not withstand high rates of section reduction because of its C and Mn content, it dangerously approaches the eutectoid point with the associated risks.
  • the starting wire rod for the two compositions Al and Bl has a diameter of 5.5 mm.
  • the machine wire of composition Al is drawn directly from 5.5 mm to the final diameter of 1.48 mm (section reduction rate: 92.75%).
  • the machine wire of composition Bl undergoes an intermediate patenting with a diameter of 3.0 mm before being drawn to a diameter of 1.30 mm. Then the two sons undergo patenting for brass plating under standard conditions; the mechanical properties of these are: STEEL ⁇ (mm) RESISTANCE (MPa) ELONGATION% STRICTION% BENDS TORSIONS Al 1.48 1260 9.2 54.0 18 60 Bl 1.30 1350 8.8 48.4 14 53
  • the fine wire drawing is carried out in a humid environment in order to obtain the 0.25 mm high resistance product. Breakage rates are low and identical for the two sons.
  • the threads have the following characteristics: STEEL FINAL SECTION REDUCTION (%) RESISTANCE (MPa) ELONGATION% BENDS TORSIONS Al 97.15 3250 2.5 80 110 Bl 96.30 3270 2.6 84 107
  • the two wires have practically identical characteristics and are therefore interchangeable as regards their uses.
  • the stranding behavior of the wire A1 according to the invention is good, the breakage rate even being reduced compared to the wire Bl.
  • this wire offers the advantage of eliminating the intermediate patenting as well as a wire drawing step. Above all, it avoids the use of wire rod with 0.82% carbon which not only presents an additional cost on purchase, but also risks of fragile phases (proeutectoid cementite) causing breaks in wire drawing and stranding despite all the precautions that can be taken, these breakages causing a reduction in productivity.
  • This example illustrates the production of wires of small diameters such as 0.175 mm with high resistance and 0.150 mm of current quality by implementing very high reduction rates of section (97.5% to 98%) while having an aptitude for correct stranding and with an acceptable breakage rate, these wires being used in particular in the production of products such as the compact cables 1 x 27 and 1 x 12 (all the wires being twisted together in the same direction and with the same pitch) .
  • the intermediate wires come from the patented 3.0 mm diameter. After dry drawing, a classic brassage patenting is carried out, resulting in the following mechanical properties: STEEL ⁇ (min) RESISTANCE after patenting (MPa) ELONGATION (%) STRICTION (%) BENDS TORSIONS A2 1.19 1265 9.0 53.0 26 75 A3 1.04 1080 9.8 60.4 30 80
  • the wire A2 gives the diameter 0.175 mm high resistance used in particular for stranding for construction 1 x 27.
  • the wire A3 is transformed up to the diameter 0.15 mm used as covering wire.
  • the mechanical properties of these fine wires are: STEEL SECTION REDUCTION (%) ⁇ (mm) RESISTANCE (MPa) ELONGATION (%) BENDS TORSIONS A2 97.84 0.175 3440 2.6 129 145 A3 97.92 0.150 2915 2.3 131 174
  • the cable produced without any particular problem from the A2 wire wrapped with the A3 wire has a resistance comparable or even greater than that of the cables produced from the usual wires with 0.82% carbon. In all cases the other properties of the cable, such as fatigue, adhesion (at the origin and after aging), remain unchanged.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé permettant l'obtention d'un fil d'acier écroui, à résistance élevée, utilisable en particulier pour la fabrication de torons et câbles de renfort d'articles élastomères tels que pneumatiques ; elle concerne également les éléments de renfort (torons et câbles) réalisés à partir de fils obtenus par un tel procédé.
  • Les torons et câbles pour le renfort de pneumatiques sont habituellement constitués de fils d'acier comportant, outre du fer :
    • C : 0,68 à 0,84 %
    • Mn : 0,40 à 0,70 %
    • Si : 0,20 a 0,30 %
    • Al : moins de 0,005 %
    • S : moins de 0,020 %
    • P : moins de 0,020 %
    • N : moins de 0,010 %
    • Ni, Cu, Cr, Mo, Co : moins de 0,050 % chacun
    • le reste étant du fer.
  • Ces fils dont le diamètre est compris entre 0,10 et 0,50 mm environ, plus généralement entre 0,15 et 0,40 mm, sont fabriqués à partir d'un fil dit "fil machine" de diamètre courant 5,5 mm, par tréfilage en plusieurs étapes avec patentage ou traitement thermique intermédiaire. Le procédé classique comprend les étapes suivantes :
    • application d'une première série de passes de tréfilage pour amener le fil à un diamètre voisin de 3 mm (taux de réduction de section de 70 % environ) ;
    • patentage, par exemple patentage au plomb pour redonner au fil une capacité d'étirabilité ;
    • application d'une deuxième série de passes (taux de réduction de section de 85 à 94 % environ) ;
    • patentage laitonnage ;
    • application d'une troisième série de passes de tréfilage pour atteindre le diamètre final désiré (taux de réduction de section final 90 à 96 % voire 97 %).
  • Dans certains cas, pour des nuances d'acier ordinaire et selon le diamètre final désiré, les trois premières étapes peuvent être remplacées par une étape unique de tréfilage jusqu'à un diamètre de 1,35 à 1,80 mm environ.
  • On remarque que, d'une façon générale, plus le diamètre diminue, plus le taux de réduction de section appliqué peut être important.
  • On distingue les fils traditionnels de qualité ordinaire ou courante et les fils de deuxième génération dits à haute résistance. Ces deux types de fils sont tous deux obtenus à partir d'acier choisi dans la composition ci-dessus, en faisant varier la teneur en carbone et éventuellement le taux final de réduction de section.
  • Les fils de qualité ordinaire qui présentent, par exemple, une résistance à la rupture typique de 2850 MPa sont obtenus à partir d'un acier à 0,72 % (+ 0,02) de carbone avec application d'un taux de réduction de section finale de 95 à 96,5 %.
  • Les fils haute résistance sont obtenus à partir d'un acier à 0,82 % (± 0,02) de carbone avec application d'un taux de réduction final compris entre 96 et 97 %, cette dernière valeur n'étant en pratique que très rarement atteinte. Ils présentent une résistance à la rupture pouvant atteindre 3200 à 3450 MPa. Cependant, cette dernière nuance d'acier approche dangereusement le métal d'une limite physique appelée "point eutectoïde" au delà de laquelle des phases fragiles de cémentite proeutectoïde apparaissent, rendant le tréfilage et surtout le toronnage quasiment impossible du fait du nombre élevé de casses. Cette limite qui dépend du diamètre, est d'autant plus élevée que le diamètre est petit, elle est difficile à déterminer dans la mesure où une certaine quantité de fil peut passer le test de déformation axiale au cours du tréfilage mais pas les contraintes de déformation imposées durant les opérations d'assemblage.
  • La fabrication de fils haute résistance nécessite donc de s'entourer de précautions ce qui augmente le coût, tant au niveau du sidérurgiste, pour la fourniture d'un fil machine exempt de ségrégations (phases fragiles) qu'au niveau du fabricant de câbles lors des opérations de patentage, tréfilage, toronnage, câblage.
  • Dans la gamme des aciers dur et mi-dur (teneur en carbone > 0,4 %) et plus particulièrement dans la composition citée, utilisée habituellement pour les fils de renforts de pneumatiques : teneur en C de 0,68 à 0,84 % (voire 0,6 à 0,9 %), les hautes résistances sont toujours obtenues avec des teneurs élevées en carbone, bien que des recherches aient été menées parallèlement pour améliorer la capacité d'écrouissage, ce qui va également dans le sens des hautes résistances.
  • Ainsi, le brevet japonais no. 60.152659 concerne un fil d'acier utilisable comme renfort pour pneumatiques, ledit acier présentant la composition suivante :
    • C : 0,6 à 0,9 %
    • Si : 0,1 à 0,5 %
    • Mn : 0,3 à 1 %
    • P : < 0,010 %
    • S : < 0,005 %
    • Cu + Ni + Cr : < 0,10 %
    • 0₂ : < 30 ppm
    • N₂ : < 30 ppm.
  • Les faibles teneurs en P et S sont présentées comme améliorant notablement la résistance à la fatigue. Ce brevet conduit à un fil de résistance élevée, d'environ 3800 MPa, pour une teneur en carbone de 0,84 %. Mais avec cette teneur le métal se situe dans la zone du point eutectoïde et les problèmes évoqués plus haut ne sont pas résolus.
  • Le brevet européen no. 0144 811 concerne un fil d'acier utilisable comme renfort pour pneumatiques, ledit acier présentant la composition suivante :
    • C : 0,4 à 1,4 %
    • Mn : 0,1 à 1 %
    • Si : 0,1 à 0,4 %
    • Al : < 0,005 %
    • S : < 0,015 % (de préférence < 0,010 %),
    l'originalité revendiquée résidant dans la faible teneur en soufre, laquelle permet d'augmenter les capacités de déformation à froid, en particulier les déformations non axiales (torsion, pliage). Ce brevet conduit à un fil dont la résistance R en MPa est supérieure à 2325-1130 log d où d est le diamètre du fil exprimé en mm ; ce qui pour des petits diamètres : (d inférieur à 0,15 mm) permet d'atteindre une résistance élevée (pour d = 0,15 R ≧ 3250 MPa). Cependant, la consultation des exemples permet de constater qu'en pratique les hautes résistances sont obtenues avec un acier dont la teneur en carbone se situe dans la gamme 0,80 à 0,85 %, ce qui est somme toute un résultat banal et ne résoud pas le problème évoqué ci-dessus, lorsqu'on se rapproche de la limite constituée par le point eutectoïde.
  • Le brevet américain no. 3617230 concerne un fil d'acier à haute résistance obtenue à la fois par une forte teneur en carbone : 0,9 à 1,1 % et par l'application de taux d'écrouissage élevés dans la phase finale : plus de 97 %, ces taux étant rendus possibles par l'utilisation d'un acier à faible teneur en S (<0,010 %) et P (<0,005 %). Cependant, il s'agit d'un fil d'acier qui sort du cadre de l'application renfort pour pneus tant par son emploi : corde à piano que par sa composition, en particulier sa teneur en carbone qui sort de la fourchette habituelle de l'acier pour fils pneus donnée en début de texte. En outre, le brevet ne dit rien sur le comportement d'un tel fil sous contraintes de pliage ou de torsion.
  • De nombreux autres documents tels que par exemple l'EP-A-0 169 587, EP-A-0 232 558, EP-A-0 292 039 et DE-A-2 739 484, décrivent également différentes possibilités permettant d'obtenir des fils d'acier présentant des résistances à la traction élevée.
  • Toutes les solutions proposées à ce jour impliquent cependant d'utiliser des aciers difficiles à produire, dont le taux de carbone est d'autant plus élevé que l'on souhaite obtenir une résistance à la traction élevée, ce qui entraîne le risque de ségrégation dangereuse par suite de la présence de cémentite proeutectoïde qui risque d'apparaître dans les compositions à haute teneur en carbone (par exemple à 0,82 % de carbone), entraînant des risques de casse lors de l'opération de toronnage. Par ailleurs, les solutions proposées pour obtenir de tels fils à résistance élevée impliquent la mise en oeuvre de processus de tréfilage et/ou traitement intermédiaire de plus en plus complexe et délicat à mettre en oeuvre.
  • Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il était possible d'obtenir de tels fils d'acier à résistance élevée, utilisables en particulier comme renforts pour pneumatiques (et ce que ces fils soient aussi bien de la qualité dite courante que de celle dite "à haute résistance") en utilisant pour leur obtention des nuances d'acier ayant un taux de carbone réduit (par rapport aux taux habituels préconisés pour obtenir une résistance donnée) et permettant donc de pallier les inconvénients liés aux risques de présence de cémentite proeutectoïde.
  • D'une manière générale, l'invention concerne donc un procédé pour l'obtention d'un fil d'acier écroui à résistance élevée obtenu par tréfilage d'un fil machine, avec éventuellement traitement thermique et traitement de surface intermédiaire, ledit fil machine étant en un acier à structure exempte de cémentite proeutectoïde, et dont la composition comprend, outre du fer :
    • C : 0,45 à 0,67% ou 0,68 à 0,75%
    • Mn, Si, Ca, Mo, Al ... dans des teneurs conventionnelles ; et dans lequel :
    • la nuance d'acier du fil machine est sélectionnée parmi ceux dont la teneur en S et P est inférieure à 0,010 % ;
    • l'opération de tréfilage est réalisée en deux phases distinctes séparées l'une de l'autre par un seul traitement de patentage-laitonnage et;
    • le taux de réduction de section dans l'étape finale de tréfilage est supérieur à 97 % (donc plus élevé que celui normalement utilisé pour un type d'acier similaire pour réaliser un fil de même diamètre final, le taux de réduction de section lors de la première phase de tréfilage étant donc également plus élevé du fait de la suppression d'un patentage intermédiaire).
  • Avantageusement, le taux final de réduction de section est compris entre 97 et 98 %.
  • Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que :
    • pour réaliser des fils dits "variété courante" présentant une résistance à la rupture comprise entre 2400 et 3000 MPa on utilise un acier ayant une teneur en carbone comprise entre 0,45 et 0,67 % selon la revendication 1, alors qu'antérieurement, pour obtenir une même résistance à la rupture, on utilisait un acier ayant une teneur en carbone comprise entre 0,50 et 0,75 % ; à titre indicatif, pour une résistance à la rupture de l'ordre de 2850 MPa, on utilise conformément à l'invention un acier avec une teneur en carbone de l'ordre de 0,6 % au lieu d'un acier de 0,72 % ;
    • pour la réalisation de fils dits "à haute résistance", dont la résistance à la rupture est comprise entre 3000 et 3500 MPa, conformément à l'invention, on utilise un acier ayant une teneur en carbone comprise entre 0,68 et 0,75 % selon la revendication 2, alors qu'antérieurement, il était nécessaire d'utiliser un acier ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,80 ; 0,82 %.
  • Conformément à l'invention, dans l'étape de tréfilage précédant l'étape finale, les taux de réduction de section sont supérieurs à ceux couramment pratiqués, et ce comme dit précédemment.
  • Tous les traitements entrant dans la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, tels que traitements de surface, traitements thermiques, lubrifiants, sont réalisés dans des conditions similaires au procédé conventionnel. Ainsi, le patentage est avantageusement effectué dans des conditions permettant d'obtenir une structure perlitique la plus fine possible. De même, avantageusement, les opérations de décapage et laitonnage sont effectuées dans des conditions conduisant à un revêtement de bonne qualité, favorisant le passage à travers les filières de tréfilage.
  • Le fil obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est utilisé pour réaliser des torons, câbles, et ce dans des conditions standard de production.
  • Le taux élevé de réduction de section dans l'étape finale de tréfilage est rendu possible par l'emploi d'une nuance d'acier conforme à la nouvelle composition sélectionnée, à teneur en S et P inférieure à 0,010 % pour chacun de ces deux constituants.
  • L'application de taux élevés de réduction de section dans l'étape finale de tréfilage conduit à des fils de résistance élevée, ceci pour des teneurs en carbone inférieures à ce qui est habituellement nécessaire. Ainsi, on utilise un acier ayant une teneur en carbone de 0,45 à 0,67 % au lieu d'un acier à 0,72 % pour l'obtention de fils de qualité ordinaire : résistance typique de l'ordre de 2850 à 2900 MPa et un acier ayant une teneur en carbone de 0,68 à 0,75 % au lieu de 0,82 % pour l'obtention de fils haute résistance, résistance d'au moins 3000 MPa et le plus souvent d'au moins 3200 MPa.
  • Dans ce dernier cas, outre l'économie sur le coût de l'acier (l'acier à 0,82 % de C étant cher), l'invention présente un avantage technique important du fait qu'une nuance d'acier conforme à la nouvelle composition sélectionnée est plus facile a produire et permet une réduction considérable, voire l'élimination des risques de ségrégation causée par la présence de cémentite proeutectoïde qui se rencontrait dans les aciers de composition habituelle avec une teneur en carbone supérieure à 0,80 % environ. Une telle nuance, éloignée du point eutectoïde, supporte mieux les contraintes de traction, pliage et torsion. Il s'ensuit une diminution des casses au tréfilage et au toronnage et une amélioration de la productivité.
  • D'autres avantages sont liés à l'invention.
  • La plus grande capacité de déformation résultant de la diminution (voire de la suppression) des ségrégations permet l'élimination du patentage intermédiaire (ou d'un traitement thermique équivalent) et celle d'une étape de tréfilage.
  • Ainsi par le procédé revendiqué et pour des diamètres finals relativement petits, il est possible d'obtenir le fil selon l'invention à partir d'un fil machine de diamètre courant 5,5 mm en seulement deux étapes de tréfilage (au lieu de trois), et un seul traitement de patentage (au lieu de deux), celui associé au laitonnage. Ceci aussi bien pour le fil de qualité ordinaire que pour le fil haute résistance.
  • Dans le cas, où pour obtenir le fil fin en deux étapes de tréfilage seulement, on utilisait auparavant du fil machine de diamètre 5 mm non standard donc coûteux, on peut remplacer celui-ci par un fil standard de diamètre 5,5 mm et obtenir le même produit final par application de taux plus importants de réduction de section.
  • En outre, tout en conservant l'ensemble des étapes habituelles, étant donné que le taux de réduction de section dans l'étape finale est plus important que le taux courant, le taux de réduction de section dans les étapes intermédiaires sera plus faible. Ceci joint au taux de carbone plus bas entraîne des conditions de tréfilage d'ébauches facilitées pour les diamètres intermédiaires avant le patentage-laitonnage.
  • Il faut également signaler que l'utilisation d'un acier à teneur en S et P, inférieur à 0,010 % pour chacun de ces composants, permet non seulement l'application de taux élevés de réduction de section conduisant à une augmentation de la résistance à la traction, mais accroît aussi la résistance du fil aux contraintes de pliage et de torsion, ce qui améliore le comportement au toronnage et au câblage en diminuant le nombre de casses.
  • Mais l'invention et ses avantages seront mieux compris à l'aide des exemples ci-après donnés à titre illustratif et non limitatif.
  • Dans ces exemples, les propriétés des fils : résistance, allongement, striction sont mesurées au moyen des tests de dynamométrie habituels. Les propriétés pliage et torsions sont mesurées selon les normes ISO 7801 et ISO 7800 respectivement.
  • Les nuances d'acier sont définies par les teneurs en C, Mn, Si, P, S étant entendu que les teneurs pour les autres composants : Al, Ni, Cu, Cr, Mo, Co, N sont conformes aux valeurs données dans la définition générale du fil.
    • Exemple 1 :
  • Cet exemple illustre la fabrication d'un fil de qualité standard (ordinaire) par le procédé selon l'invention comparativement à un fil fabriqué par le procédé habituel.
  • Le fil selon l'invention est réalisé a partir d'un acier de composition A : conforme à la composition sélectionnée pour l'invention : 0,64 % C, 0,55 % Mn, 0,20 % Si, 0,008 % P, 0,008 % S.
  • Le fil courant est réalisé à partir d'un acier de composition courante B : 0,72 % C, 0,60 % Mn, 0,22 % Si, 0,015 % P, 0,012 % S.
  • Le fil machine de départ, pour les deux compositions A et B a un diamètre de 5,5 mm.
  • Le fil machine de composition A est tréfilé directement du diamètre 5,5 mm au diamètre 1,30 mm avec application d'un taux de réduction de section de 94,4 %, rendu possible par la composition de l'acier et en particulier la faible teneur en S et P.
  • Le fil machine de composition B est tréfilé de 5,5 mm au diamètre intermédiaire de 3,0 mm, puis il subit un patentage intermédiaire avant d'être tréfilé au diamètre final de 1,15 mm. Enfin, les deux fils subissent un patentage laitonnage dans les conditions standards.
  • Les propriétés du fil patenté laitonné sont résumés dans le tableau suivant :
    ACIER ⌀ (mm) RESISTANCE (MPa) ALLONGEMENT (%) STRICTION PLIAGES TORSIONS
    A 1,30 1160 9,6 60,1 17 67
    B 1,15 1250 9,1 57,9 19 70
  • On réalise ensuite le tréfilage fil fin en milieu humide pour obtenir le diamètre 0,22 mm à résistance standard (qualité ordinaire).
  • Sur le fil A on applique un taux de réduction de section de 97,14 %, conforme à l'invention. Sur le fil B, on applique un taux standard soit 96,34 %.
  • Pour les deux fils les taux de casses au tréfilage sont faibles et du même ordre. Les propriétés mécaniques sont les suivantes :
    ACIER REDUCTION DE SECTION % RESISTANCE (MPa) ALLONGEMENT % PLIAGES TORSIONS
    A 97,14 2930 2,6 75 137
    B 96,34 2920 2,5 80 123
  • On remarque que les propriétés mécaniques des deux fils sont très proches, voire identiques en ce qui concerne résistance et allongement.
  • Les résultats des tests de pliage et de torsion laissent supposer un bon comportement du fil A au toronnage et au câblage. Cela est confirmé lors de la fabrication d'un toron 1 x 27 avec chacun des fils A et B. On constate une amélioration sensible du nombre de casses avec le fil A.
  • Ces deux fils A et B sont tout à fait interchangeables quant à leur emploi. Par contre le fil A selon l'invention présente de plus l'avantage de supprimer l'opération de patentage intermédiaire et une étape de tréfilage.
  • Jusqu'à présent, il était cependant possible d'économiser une étape de tréfilage et un traitement de patentage en passant directement du fil de diamètre 5,5 mm machine au fil intermédiaire de diamètre 1,35 a 1,37 mm environ. Cependant, compte tenu du taux de réduction final applicable (environ 96,5 % au maximum), il n'était pas possible d'obtenir un produit final de diamètre inférieur ou égal a 0,25 mm. Aussi la mise en oeuvre de ce procédé "raccourci" pour l'obtention de fils fins (diamètre 0,25 mm) nécessitait obligatoirement d'utiliser un fil machine de diamètre 5 mm, non standard donc coûteux. Les étapes étaient les suivantes :
    • tréfilage du diamètre 5 mm au diamètre 1,22 mm (taux de réduction de section : 94 %) ;
    • patentage laitonnage ;
    • tréfilage du diamètre 1,22 mm au diamètre 0,25 (taux de réduction de section : 95,8 %).
  • Avec la présente invention, il est donc possible d'obtenir le fil fini (diamètre 0,22 a 0,25 mm par exemple) en deux étapes de tréfilage seulement, avec un seul traitement thermique, ceci à partir d'un fil machine de diamètre standard de 5,5 mm, c'est à dire sans surcoût.
    • Exemple 2 :
  • Cet exemple illustre la mise en oeuvre de l'invention dans sa forme la plus avantageuse. Il concerne la fabrication d'un fil haute résistance, par le procédé selon l'invention, comparativement à un fil fabriqué par le procédé habituel.
  • Le fil selon l'invention est réalisé a partir d'un acier de composition Al, conforme à la composition sélectionnée pour l'invention : 0,72 %C, 0,54 % Mn, 0,23 % Si, 0,007 % P, 0,006 % S.
  • Le fil fabriqué par le procédé habituel est réalisé en un acier de composition Bl : 0,82 % C, 0,55 % Mn, 0,25 % Si, 0,005 % P, 0,009 % S. Ce fil bien que présentant une teneur en S et P inférieure à 0,01 % pour chacun de ces composants n'est pas réalisé en un acier de composition conforme à celle sélectionnée pour l'invention. Il ne peut supporter des taux élevés de réduction de section du fait que par sa teneur en C et Mn, il se rapproche dangereusement du point eutectoïde avec les risques afférents.
  • Le fil machine de départ pour les deux compositions Al et Bl a un diamètre de 5,5 mm.
  • Le fil machine de composition Al est tréfilé directement de 5,5 mm au diamètre final de 1,48 mm (taux de réduction de section : 92,75 %).
  • Le fil machine de composition Bl subit un patentage intermédiaire au diamètre 3,0 mm avant d'être tréfilé jusqu'au diamètre 1,30 mm. Puis les deux fils subissent un patentage laitonnage dans les conditions standards ; les propriétés mécaniques de ceux-ci sont :
    ACIER ∅ (mm) RESISTANCE (MPa) ALLONGEMENT % STRICTION % PLIAGES TORSIONS
    Al 1,48 1260 9,2 54,0 18 60
    Bl 1,30 1350 8,8 48,4 14 53
  • Le tréfilage fil fin est réalisé en milieu humide afin d'obtenir le produit 0,25 mm à haute résistance. Les taux de casses sont faibles et identiques pour les deux fils.
  • Les fils présentent les caractéristiques suivantes :
    ACIER REDUCTION DE SECTION FINALE (%) RESISTANCE (MPa) ALLONGEMENT % PLIAGES TORSIONS
    Al 97,15 3250 2,5 80 110
    Bl 96,30 3270 2,6 84 107
  • On constate que les deux fils présentent des caractéristiques pratiquement identiques et sont donc interchangeables quant à leurs emplois. Le comportement au toronnage du fil Al selon l'invention est bon, le taux de casses étant même diminué par rapport au fil Bl. En outre, ce fil offre l'avantage de supprimer le patentage intermédiaire ainsi qu'une étape de tréfilage. Il permet surtout d'éviter l'utilisation de fil machine à 0,82 % de carbone qui présente non seulement un surcoût à l'achat, mais aussi des risques de phases fragiles (cémentite proeutectoïde) provoquant des casses au tréfilage et au toronnage malgré toutes les précautions qui peuvent être prises, ces casses entraînant une baisse de productivité.
    • Exemple 3 :
  • Cet exemple illustre la réalisation de fils de petits diamètres tels que 0,175 mm à haute résistance et 0,150 mm de qualité courante en mettant en oeuvre des taux de réduction de section très élevés (97,5 % à 98 %) tout en ayant une aptitude au toronnage correcte et avec un taux de casses acceptable, ces fils étant utilisés en particulier dans la réalisation de produits tels que les câbles compacts 1 x 27 et 1 x 12 (tous les fils étant tordus ensemble dans la même direction et avec le même pas).
  • Les aciers utilisés ont tous deux une composition conforme à celle sélectionnée pour l'invention :
    • A2 : 0,73 %C, 0,55 %Mn, 0,20 %Si, 0,009 %P, 0,007S
    • A3 : 0,56 %C, 0,57 %Mn; 0,24 %Si, 0,007 %P, 0,008S
       Les fils de départ sont des fils machine de diamètre 5,5 mm pour les deux types d'acier A2 et A3 ; ces fils après un premier tréfilage conduisent à des fils de diamètre 3,0 mm.
  • Les fils intermédiaires sont issus du diamètre 3,0 mm patenté. Après tréfilage à sec, on réalise un patentage laitonnage classique aboutissant aux propriétés mécaniques suivantes :
    ACIER ⌀ (mn) RESISTANCE après patentage (MPa) ALLONGEMENT (%) STRICTION (%) PLIAGES TORSIONS
    A2 1,19 1265 9,0 53,0 26 75
    A3 1,04 1080 9,8 60,4 30 80
  • Lors du tréfilage humide, le fil A2 donne le diamètre 0,175 mm haute résistance utilisé en particulier au toronnage pour la construction 1 x 27. Le fil A3 est transformé jusqu'au diamètre 0,15 mm utilisé comme fil de guipage. Les propriétés mécaniques de ces fils fins sont:
    ACIER REDUCTION DE SECTION (%) ⌀ (mm) RESISTANCE (MPa) ALLONGEMENT (%) PLIAGES TORSIONS
    A2 97,84 0,175 3440 2,6 129 145
    A3 97,92 0,150 2915 2,3 131 174
  • On constate que l'on obtient d'une part un fil haute résistance à partir d'un acier à 0,73 % de carbone seulement, ce qui le place très loin de la zone à problèmes située à proximité du point eutectoïde et d'autre part un fil de qualité ordinaire à partir d'un acier à 0,56 % de carbone seulement.
  • Le câble réalisé sans problème particulier à partir du fil A2 guipé avec le fil A3 présente une résistance comparable voire supérieure à celle des câbles réalisés à partir des fils habituels à 0,82 % de carbone. Dans tous les cas les autres propriétés du câble, telles que fatigue, adhérence (à l'origine et après vieillissement), demeurent inchangées.
  • Il ressort clairement de la description et des exemples qui précèdent que l'invention présente donc de nombreux avantages, parmi lesquels on peut citer :
    • utilisation d'acier plus facile à produire ;
    • moins de risques de ségrégation dangereuse à cause de la présence de cémentite proeutectoïde, qui risque d'apparaître dans des compositions d'acier à teneur élevée en carbone (0,82 %), donc diminution des casses au toronnage ;
    • élimination plus facile du patentage intermédiaire en raison de l'augmentation des diamètres intermédiaires et du tréfilage facilité par un taux de carbone plus bas.

Claims (3)

  1. Procédé pour l'obtention d'un fil d'acier écroui à résistance élevée, obtenu par tréfilage d'un fil machine avec éventuellement traitement thermique et traitement de surface intermédiaires, ledit fil machine étant réalisé en un acier à structure exempte de cémentite proeutectoïde dont la composition chimique est telle qu'il comporte, outre du fer :
    - C : 0,45 à 0,67 %
    - Mn, Si, Ca, Mo, Al ... dans des teneurs conventionnelles ; et dans lequel :
    - la nuance d'acier du fil machine est sélectionnée parmi ceux dont la teneur en S et P est inférieure à 0,010 % ;
    - l'opération de tréfilage est réalisée en deux phases distinctes séparées l'une de l'autre par un seul traitement de patentage-laitonnage et;
    - le taux de réduction de section dans l'étape finale de tréfilage est supérieur à 97 %,
    la résistance finale à la rupture du fil produit étant comprise entre 2 400 et 3 000 MPa.
  2. Procédé pour l'obtention d'un fil d'acier écroui à résistance élevée, obtenu par tréfilage d'un fil machine avec éventuellement traitement thermique et traitement de surface intermédiaires, ledit fil machine étant réalisé en un acier à structure exempte de cémentite proeutectoïde dont la composition chimique est telle qu'il comporte, outre du fer :
    - C : 0,68 à 0,75 %
    - Mn, Si, Ca, Mo, Al ... dans des teneurs conventionnelles ; et dans lequel :
    - la nuance d'acier du fil machine est sélectionnée parmi ceux dont la teneur en S et P est inférieure à 0,010 % ;
    - l'opération de tréfilage est réalisée en deux phases distinctes séparées l'une de l'autre par un seul traitement de patentage-laitonnage et;
    - le taux de réduction de section dans l'étape finale de tréfilage est supérieur à 97 %,
    la résistance finale du fil produit étant comprise entre 3 000 et 3 500 MPa.
  3. Câbles, torons ou articles similaires réalisés à partir de fils d'acier obtenus par le procédé selon l'une des revendications 1 et 2.
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