EP0493424B1

EP0493424B1 - Procedes et dispositifs permettant de traiter thermiquement des fils metalliques en les faisant passer sur des cabestans

Info

Publication number: EP0493424B1
Application number: EP90913487A
Authority: EP
Inventors: André Reiniche
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2010-09-07
Also published as: JPH05502058A; BR9007663A; JP2895223B2; WO1991004345A1; EP0493424A1; FR2652094A1; US5251881A; AU6400090A; FR2652094B1; CA2065316A1; DE69011126T2; DE69011126D1

Abstract

Procédé et dispositif (1) permettant de traiter thermiquement au moins un fil métallique (4) à l'aide de cabestans (2, 3) caractérisés par les points suivants: a) on fait passer le fil (4) sur au moins deux cabestans (2, 3) conduisant la chaleur comportant des gorges (11), le fil (4) étant mouflé croisé dans ces gorges (11), la largeur des gorges (11) étant légèrement supérieure à celle du fil (4); b) on chauffe ou on refroidit les cabestans (2, 3) par l'intermédiaire d'au moins un gaz (27), disposé entre les cabestans et une pièce qui est au contact d'un fluide caloporteur. c) on choisit l'épaisseur de la couche de gaz en fonction du traitement thermique à effectuer. Installations de traitement thermique de fils métalliques (4) comportant au moins un dispositif (1); fils métalliques (4) traités avec le procédé et/ou le dispositif (1) et/ou les installations conformes à l'invention; articles renforcés par ces fils (4) de tels articles étant notamment des enveloppes de pneumatiques.

Description

L'invention concerne les procédés et les dispositifs permettant de traiter thermiquement des fils métalliques. De tels procédés et dispositifs permettent par exemple la perlitisation de fils d'acier de façon à obtenir une structure perlitique fine, à une vitesse importante, par exemple au moins égale à 15 m/s.
Il est connu par le brevet SU-A-1 224 347 d'effectuer un traitement de perlitisation en faissant passer un fil d'acier sur des cabestans lisses placés dans l'air ambiant, de façon à effectuer ce traitement à une vitesse notablement plus élevée que dans une installation classique de patentage au plomb, et sans avoir les inconvénients de cette technique au plomb, qui sont notamment les dangers concernant l'hygiène et la protection de l'environnement. L'expérience montre que le procédé décrit dans ce brevet conduit à l'obtention de produits ayant une valeur d'usage nettement moins bonne que celle que l'on peut obtenir avec le patentage au plomb. En effet la courbe de refroidissement comporte une zone de recalescence importante, par exemple une remontée de température de 50°C pour des fils ayant un diamètre de 3 mm. Cette recalescence importante est due au mauvais coefficient de transfert thermique entre le fil et le cabestan, qui conduit à un écart de température important entre le fil et le cabestan lorsque la pointe de puissance thermique provoquée par la transformation de l'austénite en perlite se produit. Or la présence d'une recalescence supérieure à 20°C au cours du traitement thermique ne permet pas d'obtenir une valeur d'usage élevée des fils, en particulier lorsqu'ils ont des diamètres importants.
La demande EP-A-275 864 décrit un procédé pour traiter thermiquement des fils métalliques en les faisant passer sur des disques comportant des gorges, à l'intérieur d'une enceinte où se trouve un gaz protecteur, le chauffage des fils étant obtenu directement par irradiation.
Le brevet US-A-2 965 368 décrit un procédé pour traiter thermiquement des fils métalliques en les faisant passer dans les gorges de cabestans qui sont chauffés intérieurement, les fils étant mouflés croisés sur ces cabestans au contact d'un gaz protecteur.
Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de traiter thermiquement un fil métallique en faisant passer le fil sur des cabestans, de façon à avoir en même temps une vitesse importante de défilement du fil et un bon échange thermique entre le fil et le cabestan.
En conséquence l'invention concerne un procédé permettant de traiter thermiquement au moins un fil métallique à l'aide de cabestans, dans lequel on fait passer le fil sur au moins deux cabestans conduisant la chaleur comportant des gorges, le fil étant mouflé, croisé dans ces gorges, la largeur des gorges étant légèrement supérieure à celle du fil, un gaz, dans les gorges, étant au contact du fil et des cabestans ;
ce procédé étant caractérisé par les points suivants :

a) on chauffe ou on refroidit les cabestans par l'intermédiaire du gaz disposé également entre les cabestans et au moins une pièce, ce gaz étant au contact des cabestans et de la pièce, cette pièce qui conduit la chaleur, étant située à l'extérieur des cabestans, en faisant circuler un fluide caloporteur autre que le gaz au contact de la pièce, afin que des échanges thermiques s'effectuent d'une part entre le gaz et la pièce et d'autre part entre la pièce et le fluide ;
b) on règle l'épaisseur de la couche de gaz, entre les cabestans et la pièce, en fonction du traitement thermique à effectuer.

L'invention concerne également un dispositif permettant de traiter thermiquement au moins un fil métallique à l'aide de cabestans, le dispositif comportant au moins deux cabestans conduisant la chaleur et comprenant des gorges, le dispositif comportant en outre des moyens permettant de faire défiler le fil dans les gorges des cabestans, le fil étant mouflé croisé dans ces gorges, la largeur des gorges étant légèrement supérieure à celle du fil, et un gaz, dans les gorges, au contact du fil et des cabestans ;
le dispositif étant caractérisé par les points suivants :

a) il comporte des moyens permettant de chauffer ou de refroidir les cabestans, ces moyens comprenant :
- au moins une pièce conduisant la chaleur et située à l'extérieur des cabestans ;
- des moyens permettant de faire circuler un fluide caloporteur autre que le gaz au contact de la pièce ;
- le gaz disposé également entre les cabestans et la pièce, au contact des cabestans et de la pièce ;
ces moyens étant agencés afin que des échanges thermiques s'effectuent d'une part entre le gaz et la pièce et d'autre part entre la pièce et le fluide ;
b) il comporte des moyens permettant de régler l'épaisseur de la couche de gaz entre les cabestans et la pièce, en fonction du traitement thermique à effectuer.

L'invention concerne également les installations de traitement thermique de fils métalliques comprenant au moins un dispositif conforme à l'invention.
L'invention sera aisément comprise à l'aide des exemples non limitatifs qui suivent et des figures toutes schématiques relatives à ces exemples.
Sur le dessin :

La figure 1 représente en coupe un dispositif conforme à l'invention comportant deux cabestans comportant des gorges, cette coupe étant schématisée par les segments de ligne droite I-I à la figure 2 ;
La figure 2 représente selon une autre coupe le dispositif conforme à l'invention représenté à la figure 1, la coupe de la figure 2 étant schématisée par les segments de ligne droite II-II à la figure 1 ;
La figure 3 est une vue de face des deux cabestans du dispositif conforme à l'invention représenté aux figures 1 et 2, avec le fil mouflé sur ces cabestans les autres parties du dispositif étant supposées enlevées ;
La figure 4 est une vue latérale des deux cabestans du dispositif conforme à l'invention représenté aux figures 1 et 2, avec le fil mouflé sur ces cabestans, les autres parties du dispositif étant supposées enlevées ;
La figure 5 est une coupe d'une portion d'un des cabestans représentés aux figures 3 et 4, cette coupe étant schématisée par les segments de lignes droites V-V à la figure 3 ;
La figure 6 représente plus en détail en coupe une des gorges du cabestan représenté à la figure 5, la coupe étant effectuée dans les mêmes conditions qu'à la figure 5 ;
La figure 7 représente une installation complète comportant six dispositifs conformes à l'invention, cette installation permettant d'effectuer un traitement de perlitisation ;
La figure 8 représente l'évolution, en fonction du temps, de la température du fil et des cabestans dans l'installation représentée à la figure 7 ;
La figure 9 représente l'évolution de la transformation de l'austénite en perlite au cours du temps lors du traitement du fil dans l'installation représentée à la figure 7 ;
La figure 10 représente en coupe une portion de la structure perlitique du fil traité dans l'installation représentée à la figure 7.

Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 1 conforme à l'invention mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention. Ce dispositif 1 comporte deux cabestans 2,3 sur lesquels s'enroule le fil 4 à traiter. Les cabestans 2,3 conducteurs de la chaleur sont réalisés par exemple avec des matières métalliques. L'axe de rotation du cabestan 2 est référencé xx' et l'axe du cabestan 3 est référencé yy'. Les axes xx' et yy' sont parallèles entre eux et situés par exemple dans un même plan vertical. La figure 1 est une coupe du dispositif 1 suivant le plan vertical passant par les axes xx' et yy' ; la figure 2 est une coupe du dispositif 1 suivant un plan vertical perpendiculaire aux axes xx' et yy' ; la figure 3 est une vue de face des cabestans 2 et 3, avec le fil 4 mouflé sur ces cabestans et la figure 4 est une vue latérale de ces cabestans 2 et 3 avec le fil 4 mouflé sur ces cabestans les autres parties du dispositif 1 étant supposées enlevées sur ces figures 3 et 4. La coupe de la figure 1 est schématisée par les segments de ligne droite I-I à la figure 2, et la coupe de la figure 2 est schématisé par les segments de ligne droite II-II à la figure 1. L'axe xx' est représenté par la lettre x aux figures 2 et 3 et l'axe yy' est représenté par la lettre y aux figures 2 et 3. Le fil 4 arrive, dans la direction de la flèche Fa, au point 5 du cabestan inférieur 2 (figure 3). Le cabestan 2 est actionné en rotation autour de l'axe xx' par un moteur non représenté sur le dessin dans un but de simplification, la rotation du cabestan 2 étant schématisée par la flèche F₂. Le fil 4 est entraîné par le cabestan 2 jusqu'au point 6 où il quitte le cabestan 2 et se dirige dans le sens de la flèche F₂₋₃ vers le cabestan supérieur 3 non motorisé. Il prend contact au point 7 avec le cabestan 3 qui le soutient jusqu'au point 8, la rotation du cabestan 3 autour de l'axe yy' étant schématisée par la flèche F₃.
Le fil 4 quitte alors le cabestan 3 et se déplace dans le sens de la flèche F₃₋₂ jusqu'au cabestan 2 qu'il contacte au point 9. Le cabestan 2 entraîne alors le fil 4 une nouvelle fois dans sa rotation en direction du cabestan 3. Le mouflage du fil 4 sur les cabestans 2 et 3 est croisé, c'est-à-dire que la rotation F₃ du cabestan 3, entraîné par le fil 4, est de sens opposé à la rotation F₂ du cabestan 2, les directions F₂₋₃ et F₃₋₂ se croisant, sans qu'il y ait de contact entre les portions successives du fil 4 entre les cabestans 2 et 3. Ce trajet est répété plusieurs fois, le fil 4 effectuant ainsi plusieurs parcours en forme de huit sur les deux cabestans 2 et 3. Le fil 4 quitte enfin la paire de cabestans 2,3 au point 10 du cabestan inférieur 2, dans le sens de la flèche Fs (figure 3).
Le contact du fil 4 avec les cabestans 2 et 3 s'effectue dans des gorges 11 pratiquées sur ces cabestans.
La figure 5 est une coupe d'une portion du cabestan 2, selon un plan passant par l'axe xx' de ce cabestan, cette coupe étant schématisée par les segments de lignes droites V-V à la figure 3.
Cette coupe présente des gorges 11 dont une est représentée agrandie à la figure 6, avec le fil 4 disposé dans cette gorge, la coupe de la figure 6 étant effectuée selon le même plan que la figure 5. Le cabestan 2 comporte par exemple sept gorges 11, chacune de ces gorges ayant pour axe l'axe xx' du cabestan 2. Dans le plan de la figure 6, la largeur J de la gorge 11 est légèrement supérieure au diamètre D_f du fil 4, la gorge 11 ayant un fond 110 dont la forme est un demi-cercle de diamètre J à la figure 6. Toutes les gorges 11 des cabestans 2 et 3 ont la même forme et la même largeur J.
Le jeu radial (J-D_f)/2 et l'écartement p entre les gorges 11 (pas des gorges) doivent être suffisamment grands pour que le fil 4 puisse aller de la gorge 11 d'un cabestan à la gorge 11 correspondante de l'autre cabestan, sans qu'il y ait de frottement du fil 4 sur lui-même aux endroits où les portions du fil 4 se croisent, entre les cabestans 2,3 (fig. 5 et 6), ces valeurs pouvant être choisies par l'homme de l'art en fonction de l'application.
De préférence les gorges 11 du cabestan 3 non entraîné sont localisées sur des anneaux 12 d'axe yy'. Ces anneaux qui conduisent la chaleur et sont réalisés par exemple en matière métallique sont désolidarisés mécaniquement du corps 13 du cabestan 3 (figure 1). Le corps 13 tourne librement autour de l'axe yy' et les anneaux 12 peuvent tourner librement autour de l'axe yy', indépendamment du corps 13, ces anneaux 12 glissant sur la surface cylindrique 14 du corps 13. D'autre part les anneaux 12 peuvent tourner librement les uns par rapport aux autres. Cette disposition permet d'améliorer le contact entre le fil 4 et le cabestan 3 et d'améliorer la tension du fil 4 entre les cabestans 2, 3.
Le chauffage ou le refroidissement des cabestans 2,3 est effectué par une pièce conduisant la chaleur, par exemple un plateau 15 métallique à deux parois 16, 17 entre lesquelles s'écoule un fluide caloporteur 18, par exemple un liquide, notamment de l'eau, la paroi 16 étant disposée du côté des cabestans 2, 3. Les moyens permettant la circulation du fluide 18 entre les parois 16, 17 sont des moyens connus, comportant par exemple une pompe, et ils ne sont pas représentés sur le dessin dans un but de simplification. Le fluide 18 arrive par la tubulure 19, il circule entre les parois 16, 17 puis sort du plateau 15 par la tubulure 20, l'écoulement du fluide 18 étant schématisé par les flèches F₁₈. Les cabestans 2,3 sont montés sur des arbres 21 tournant dans des paliers 22, 23. Les arbres 21 traversent les parois 16, 17 et ils sont séparés de façon étanche du fluide 18 (figure 1). Les paliers 22 sont entourés chacun par un manchon 24 dans lequel circule un fluide 25 de refroidissement, la circulation de ce fluide 25 n'étant pas représentée dans un but de simplification. Le fluide 25 peut être le fluide 18, qui est alors lui-même un fluide de refroidissement, le manchon 24 communiquant alors avec l'intérieur du plateau 15 où circule le fluide 18.
Les cabestans 2,3 sont placés dans une enceinte 26 contenant un gaz 27 de préférence non oxydant, par exemple de l'hydrogène ou un mélange d'hydrogène et d'azote. Les échanges thermiques entre les cabestans 2,3 et le fluide caloporteur 18 s'effectuent par l'intermédiaire du gaz 27 formant une couche 28, d'épaisseur H, située entre la face 160, sensiblement plane, de la paroi 16 d'une part, et chaque face 130, sensiblement plane, des cabestans 2, 3 d'autre part. Les faces 130 sont disposées sensiblement dans un même plan qui est perpendiculaire aux axes xx', yy' et sensiblement parallèle à la face 160 qui limite donc en partie l'enceinte 26, le gaz 27 étant au contact des cabestans 2,3 et de la face 160. Lorsque le traitement thermique du fil 4 est un réchauffement, le fluide 18, s'il est utilisé, est un fluide chauffant, la chaleur allant du fluide 18 vers le gaz 27, puis du gaz 27 vers les cabestans 2,3, enfin de ces cabestans vers le fil 4. Lorsque le traitement du fil 4 est un refroidissement, le fluide 18 est un fluide réfrigérant, et la chaleur s'écoule en sens inverse, depuis le fil 4 vers le fluide 18. Le gaz 27 en contact direct avec le plateau 15 et les cabestans 2,3 permet cet échange thermique, le plateau 15 étant réalisé avec une matière conduisant la chaleur, par exemple une matière métallique. Les éléments filetés 29 permettent de faire varier la distance H, en déplaçant les cabestans 2,3 le long de leurs axes respectifs xx' et yy'. Dans ce but, les éléments filetés 29 sont vissés dans les filetages femelles 30, dans des parties fixes 31 du dispositif 1. La modification de l'épaisseur H de la couche 28 du gaz 27 de couplage thermique est obtenu en agissant sur le levier 32 qui entraîne en rotation les éléments filetés 29, ce qui provoque un déplacement axial de ces éléments filetés 29, ce déplacement axial étant transmis aux arbres 21 par l'intermédiaire des épaulements 33 usinés sur les arbres 21. Le levier 32 permet d'actionner simultanément les deux arbres 21 des cabestans 2,3 par des moyens connus 34, schématisés par des lignes pointillées à la figure 1, ces moyens étant par exemple une courroie crantée ou une chaîne. Les échanges thermiques s'opèrent entre le fil 4 et les cabestans 2 ou 3 d'une part par contact direct le long de la ligne 35 de contact entre le fil et les cabestans, sur le fond 110 de la gorge 11 et d'autre part en passant au travers du gaz 27 qui se trouve dans les gorges 11 au contact du fil 4 et des cabestans 2,3, ce flux thermique étant schématisé par les flèches F₂₇ (figure 6) dans le cas d'un refroidissement du fil 4. De même, il serait possible d'utiliser plusieurs pièces 15 dans le dispositif 1, mais il est préférable de n'en utiliser qu'une, dans un but de simplification.
La limitation du jeu radial (J-D_f)/2 permet de faciliter les échanges thermiques entre le fil 4 et les cabestans 2,3.
Lorsque le traitement thermique consiste à refroidir rapidement un fil de diamètre important, le gaz 27 doit être bon conducteur de la chaleur car sans cela, l'épaisseur H de la couche 28 de gaz 27, entre le plateau 15 et les cabestans 2,3 pourrait être du même ordre que les dilations des matériaux constituant l'installation. On a de préférence 1 mm ≦ H ≦ 200 mm.
De préférence, le gaz 27 dans l'enceinte 26, et donc dans la couche 28, ne subit pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans 2,3.
Les cabestans 2,3 sont placés dans une enceinte 36 isolée extérieurement par un élément 37. Lorsque le dispositif 1 est destiné à effectuer un traitement thermique sur un fil 4 déjà chaud, l'enceinte 36 est par exemple équipée d'éléments électriques chauffants 38 répartis régulièrement sur son périmètre. Les éléments chauffants 38, par exemple des résistances, permettent alors le chauffage des cabestans 2,3 au démarrage du dispositif 1 et ainsi d'obtenir des mises en régime très rapides. Les arbres 21 sont protégés thermiquement par des boucliers thermiques 39. Ces éléments 38 peuvent aussi servir par exemple lorsque le traitement thermique est un traitement de chauffage, le fluide 18 pouvant alors ne pas être utilisé.
Lorsque le traitement thermique comporte des régimes éloignés de l'isothermicité, il est préférable d'adapter les diamètres d'enroulement sur les gorges des cabestans aux variations de longueur du fil 4 avec sa température, c'est-à-dire que le diamètre d'enroulement De du fil à l'entrée d'un cabestan 2,3 est différent du diamètre d'enroulement Ds du fil à la sortie de ce cabestan, D_e et D_s correspondant donc à deux gorges extrêmes de ce cabestan. A titre d'exemple, la figure 5 montre une disposition correspondant à un refroidissement du fil 4 lors de son passage sur le cabestan 2, le diamètre D_e étant supérieur au diamètre D_s. Dans le cas d'un échauffement, la disposition serait inverse avec dans ce cas D_e < D_s. Pour faciliter les échanges thermiques, la distance E entre les axes xx' et yy' des cabestans 2,3 est la plus faible possible en tenant compte de l'encombrement de ces cabestans, et en évitant les contacts entre les diverses portions du fil 4 entre ces cabestans 2,3.
Les cabestans 2,3 et le plateau 15 conducteurs de la chaleur sont réalisés par exemple en bronze en acier ou en fonte.
La figure 7 représente une installation complète 100 conforme à l'invention permettant de traiter thermiquement un fil 4 en acier pour lui faire subir un traitement d'austénitisation suivi d'un traitement de perlitisation.
Cette installation complète 100 comporte un dispositif 50 et six paires de cabestans référencés P₁ à P₆ identiques au dispositif 1 conforme à l'invention précédemment décrit. Les dispositifs P₁ à P₆ conformes à l'invention permettent de refroidir le fil 4 ou de le maintenir à une température pratiquement constante, le fluide caloporteur 18 étant par exemple de l'eau. Pour la simplicité du dessin seuls les cabestans des paires P₁ à P₆ et le fil 4 à traiter sont représentés sur cette figure 7.
La figure 8 représente l'évolution de la température du fil 4 et des cabestans 2,3 lors d'un traitement thermique de perlitisation, le fil 4 étant en acier, la température T correspondant à l'axe des ordonnées et le temps "t" à l'axe des abscisses. Le fil 4 pénètre dans le dispositif 50 où il subit un traitement d'austénitisation. Ce dispositif 50 comporte deux cabestans 51, 52 sur lesquels est mouflé le fil 4, et on fait passer un flux magnétique alternatif dans les boucles de fil 4 ainsi formées, ce flux étant produit par l'inducteur 53. On produit ainsi un courant électrique induit dans le fil 4, ce qui permet de chauffer ce fil à une température supérieure à la température de transformation AC3 de façon à obtenir une structure d'austénite homogène, la température T_f1 atteinte par le fil 4 dans le dispositif 50 étant par exemple de l'ordre de 900 à 1000°C.
Le fil 4 qui sort de l'installation 50 arrive ensuite sur le cabestan 2 de la paire de cabestan P₁. Les cabestans 2,3 de la paire P₁ sont maintenus à une température Tc₁ de l'ordre de 450 à 650°C. Sur la figure 8, l'origine 0 des temps correspond à l'arrivée du fil 4 sur la paire P1. Au bout d'un temps t₁ inférieur à 4 secondes le fil 4 atteint une température Tf₂ proche de celle des cabestans de la paire P₁. Ce refroidissement rapide permet donc la transformation d'austénite stable en austénite métastable. Le fil 4 passe ensuite successivement sur les quatre paires P₂ à P₅ dont le rôle est de maintenir le fil 4 à une température qui ne varie pas de plus de 10°C par excès ou par défaut de la température donnée Tf₂, la température Tf du fil 4 étant alors par exemple comprise dans l'intervalle Tf₂ - 8°C, Tf₂ + 8°C, et ceci pendant toute la durée de la transformation de l'austénite métastable en perlite et pendant environ 1 à 3 secondes suivant cette transformation. Le but de cette partie de l'installation est d'une part d'éviter la recalescence durant la période pendant laquelle se produit la pointe de puissance thermique due à la transformation d'austénite en perlite (qui conduirait à la formation de perlite grossière), d'autre part d'éviter un refroidissement prématuré avant que la transformation soit totale. Un refroidissement prématuré avant que la transformation soit totale risquerait de conduire à un produit contenant de la bainite donc à un fil fragile et d'une valeur d'usage médiocre en particulier en ce qui concerne l'endurance.
Les temps de passage du fil 4 dans les paires P₂ à P₅ sont référencés respectivement t₂ à t₅, les températures des cabestans des paires P₂ à P₅ sont référencées respectivement Tc₂ à Tc₅. La somme t₂+t₃+t₄+t₅ est par exemple de l'ordre de 4 à 10 secondes. Pour les quatre paires P₂ à P₅, les diamètres d'enroulement du fil 4 sur chaque cabestan ne varient pas entre l'entrée et la sortie, c'est-à-dire que l'on a toujours De = Ds.
La figure 9 montre l'évolution de la transformation de l'austénite en perlite au cours du temps. Le temps "t" correspond à l'axe des abscisses, et le % de transformation en perlite à l'axe des ordonnées. La transformation pendant le temps t₂ est lente, la perlitisation ne commençant que vers la fin de ce temps t₂, la puissance à échanger est donc faible et la température Tc₂ de la deuxième paire P₂ est légèrement inférieure à la température visée pour la transformation (Tf₂). La transformation pendant le temps t₃ est très rapide, la puissance à échanger est donc plus importante, et la température Tc₃ de la troisième paire P₃ est sensiblement plus basse que la température Tc₂ de la deuxième paire P₂. La transformation pendant le temps t₄ se produit à une vitesse sensiblement identique à celle du temps t₂, la température Tc₄ de la quatrième paire P₄ est donc très proche de Tc₂. Durant le temps t₅ il n'y a pas de transformation métallurgique sensible du point de vue thermique, la température Tc₅ de la cinquième paire P₅ est donc sensiblement égale à Tf₂. Le but de ce maintien en température pendant le temps t₅ étant de s'assurer que la transformation en perlite est bien terminée avant le refroidissement correspondant au temps t₆.
De préférence, lors du refroidissement initial correspondant au temps t₁, on a les relations suivantes :

$K₁ ≧ 0,3 (1)$

$K₂ ≧ 0,85 (2)$

$0,5 ≦ K₃ ≦ 1,5 (3)$

$2x10⁻⁴ ≦ K₄≦ 6x10⁻⁴ (4)$

avec par définition :

${K₁ = L₁/(JxD}_{f} - Df²) (5)$

$K₂ = De/E (6)$

$K₃ = 100 (De/Ds - 1) (7)$

${K₄ = (VxD}_{f} ²xH)/(L₂ xDe²) (8)$

où L₁ est la conductibilité thermique du gaz qui se trouve dans les gorges 11 au contact du fil 4 et des cabestans 2,3, L₂ est la conductibilité thermique du gaz constituant la couche 28 de gaz 27, ces conductibilités L₁ et L₂ étant déterminées à 600°C et exprimées en watts.m⁻¹.°K⁻¹. Lorsqu'on utilise un même gaz 27 dans les gorges 11 et dans la couche 28, L₁ et L₂ sont identiques, et représentés par L ; D_f est le diamètre du fil exprimé en millimètres ; J est la largeur des gorges 11 exprimée en millimètres ; E est l'entraxe des cabestans exprimé en millimètres ; D_e est le diamètre d'enroulement du fil 4 à l'entrée d'un cabestan quelconque 2,3 ; D_s est le diamètre d'enroulement du fil 4 à la sortie du même cabestan, D_e et D_s étant exprimés en millimètres ; V est la vitesse de défilement du fil exprimée en mètres par seconde ; H est l'épaisseur de la couche 28 du gaz 27, exprimée en millimètres.
De préférence, dans au moins un des couples P₂ à P₅ correspondant à la phase pratiquement isotherme, les relations suivantes sont vérifiées :

$K₂ ≧ 0,85 (9)$

$K₃ = 0 (10)$

De façon avantageuse, les relations suivantes sont en outre vérifiées dans au moins un des couples P₂ à P₄

$K₁ ≧ 0,3 (11)$

$0,5x10⁻³ ≦ K₄ ≦ 9x10⁻³ (12).$
Les relations (1) à (12) sont données dans le cas où le gaz 27 dans l'enceinte 26, et donc dans la couche 28, ne subit pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans 2,3.
L'isothermicité obtenue durant les phases t₂ à t₅ ne peut être qu'améliorée si le nombre d'éléments utilisés est supérieur à 4 mais cela conduit à un investissement plus élevé qui n'est pas nécessaire pour obtenir d'une part une isothermicité à ± 8°C, d'autre part la qualité du fil annoncée.
La section de refroidissement final permet le refroidissement du fil d'une température Tf₂ de l'ordre de 450 à 650°C à une température Tf₃ de l'ordre de 100 à 200°C en un temps t₆ de l'ordre de 3 à 6 secondes, elle comporte une paire de cabestans mouflés croisés, le cabestan inférieur 2 est motorisé, le cabestan supérieur 3 ne l'est pas, le diamètre d'enroulement D_e sur la première gorge du cabestan inférieur est supérieur au diamètre Ds de la dernière gorge du cabestan inférieur, les cabestans sont maintenus à une température Tc₆ de l'ordre de 50 à 150°C.
Les exemples qui suivent ont été réalisés avec l'installation 100 précédemment décrite, en utilisant pour chaque couple P₁ à P₆ un gaz 27 unique. On a donc L₁ = L₂ = L. Comme précédemment indiqué, pour chaque couple de cabestan, le gaz 27 dans l'enceinte 26, et donc dans la couche 28, ne subit pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans 2,3.
La composition des aciers utilisés est donnée dans le tableau 1 TABLEAU 1

Type C Mn Si S P Al Ca Cr Ni

1 0,70 0,61 0,22 0,028 0,018 0,084 0,048 0,061 0,016

2 0,82 0,69 0,20 0,026 0,019 0,082 0,043 0,058 0,015

(Les chiffres correspondent à des % en poids)
Les cabestans 2,3 de l'ensemble des paires P₁ à P₆ ont été réalisés en acier réfractaire X 12 Cr Ni 25 21 (THERMAX 4845 de Thyssen) Cr = 25 % Ni = 20 %. Les caractéristiques de cet acier sont les suivantes :
Conductibilité thermique à 500°C : 19 w.m⁻¹.°K⁻¹
Dilatation thermique à 400°C : 17.10⁻⁶m.m⁻¹.°K⁻¹
Le taux de recouvrement T_r est le rapport entre la longueur de fil en contact avec les fonds de gorge et la longueur totale de fil située entre le premier point de contact 5 à l'arrivée sur l'élément de transfert thermique et le dernier point 10 à la sortie, c'est-à-dire entre les points 5 et 10 précédemment définis (figure 3).
Le rapport des sections est par définition :

La déformation rationnelle est par définition

$ε = Log(R)$

Log désignant le logarithme népérien.
Le temps d'incubation est le temps nécessaire pour que 1 % d'austénite métastable se transforme en perlite, ce temps étant compté à partir du commencement du refroidissement (arrivée du fil 4 sur la paire P₁).
Le temps de transformation est le temps nécessaire pour passer de 1 % à 99 % de perlite.

EXEMPLE 1

Les conditions d'essais sont les suivantes :

Acier Type 1,
Temps d'incubation = 3 secondes environ,
Temps de transformation = 3 secondes environ,
Diamètre du fil : D_f = 1,1 mm,
Vitesse V de défilement du fil : 15 m/s.
Gaz 27 :
- . Pour les éléments de transfert thermique P₁ à P₄ : H₂ + N₂ avec 75 % de H₂ et 25 % de N₂ en volume (NH₃ craqué).
- . Pour l'élément de maintien isotherme P₅ : N₂ pur.
- . Pour l'élément de refroidissement final P₆ : H₂ pur.

Un seul gaz est utilisé pour chaque élément de transfert thermique, dans un but de simplification technologique, c'est-à-dire que L₁ = L₂ = L mais en cas de nécessité il est possible d'utiliser des gaz différents pour le couplage thermique fil 4/cabestan 2 ou 3 et pour le couplage thermique cabestan 2 ou 3/plateau refroidisseur 15.

Refroidissement primaire période t₁

Première paire de cabestans P₁
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1007 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 1000 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1050 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,902
Pas des gorges : p = 10 mm
Largeur des gorges : J = 1,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 287 tours/minute
Temps de séjour : t₁ = 2,94 secondes
Nombre de spires : 7
Température initiale du fil : Tf₁ = 930°C
Température finale du fil : Tf₂ = 580°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 520°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 2,4 m³/h
Epaisseur de la lame 28 de gaz 27 de couplage thermique : H = 7,8 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,424
K₂ = 0,959
K₃ = 0,7
K₄ = 4,99x10⁻⁴

Maintien isotherme Périodes t₂, t₃, t₄, t₅

Deuxième paire P₂ de cabestans période t₂
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1 000 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 1 000 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1 050 mm
Taux de recouvrement des cabestans : Tr = 0,898
Pas des gorges : p = 10 mm
Largeur des gorges : J = 1,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 289 tours/minute.
Temps de séjour : t₂ = 1,26 secondes
Nombre de spires : 3
La température du fil a été maintenue à 580 ± 5°C.
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 545°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 0,15 m³/h.
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 100 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,424
K₂ = 0,952
K₃= 0
K₄ = 6,48x10⁻³
Troisième paire P₃ de cabestans période t₃
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1000 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 1000 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1050 mm
Taux de recouvrement des cabestans T_r : 0,898
Pas des gorges : p = 10 mm
Largeur des gorges : J = 1,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 289 tours/minute.
Temps de séjour : t₃ = 1,26 secondes
Nombre de spires : 3
La température du fil a été maintenue à 580 ± 6°C.
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 417°C à l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 0,7 m³/h.
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 16,5 mm. Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,424
K₂ = 0,952
K₃ = 0
K₄ = 1,07x10⁻³
Quatrième paire P₄ de cabestans période t₄ : identique à la deuxième paire de cabestans.
Cinquième paire P₅ de cabestans période t₅ Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 600 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 600 mm
Entre-axe des cabestans : E = 630 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,898
Pas des gorges : p = 10 mm
Largeur des gorges : J = 3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 480 tours/minute.
Temps de séjour : t₅ = 1,26 secondes
Nombre de spires : 5
La température du fil a été maintenue à 580 ± 2°C.
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 585 ± 5°C grâce aux résistances électriques 38, la circulation d'eau a été coupée.
L'épaisseur H de la lame de gaz de couplage thermique a été maintenue au maximum afin de limiter la consommation d'électricité soit : H = 50 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 2,392x10⁻²
K₂ = 0,952
K₃ = 0
K₄ = 5,04x10⁻²

Refroidissement final période t₆

Sixième paire P₆ de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1000 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 993 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1050 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,894
Pas des gorges : p = 10 mm
Largeur des gorges : J = 1,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 287 tours/minute
Temps de séjour : t₆ = 4,19 secondes
Nombre de spires : 10
Température initiale du fil : Tf₂ = 580°C
Température finale du fil : Tf₃ = 193°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 170°C à l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 2,13 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 1,5 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,424
K₂ = 0,952
K₃ = 0,7
K₄ = 9,08x10⁻⁵
Après traitement thermique, le fil 4 a une résistance à la rupture en traction de 1200 MPa (mégapascals).
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,17 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3 000 MPa
R = 41,87
ε = 3,73

EXEMPLE 2

Cet exemple est identique au précédent à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 au lieu d'un acier du type 1. Le temps d'incubation et le temps de transformation sont sensiblement les mêmes que dans l'exemple précédent.
Après traitement thermique le fil a une résistance à la rupture en traction de 1350 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,17 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3500 MPa.
R = 41,87
ε = 3,73

EXEMPLE 3

Les conditions de cet essai sont les suivantes :

Acier Type 1
Temps d'incubation= 3 secondes environ
Temps de transformation = 3 secondes environ
Diamètre du fil : D_f = 1,83 mm
Vitesse V de défilement du fil : 15 m/s
Gaz 27 :
- . Pour les éléments de transfert thermique P₁ à P₄ : H₂ pur.
- . Pour l'élément de maintien isotherme P₅ : N₂ pur.
- . Pour l'élément de refroidissement final P₆ : H₂ pur.

Refroidissement primaire période t1

Première paire P₁ de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1 510 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 1 500 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1 575 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,902
Pas des gorges : p = 11 mm
Largeur des gorges : J = 2,3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 191 tours/minute
Temps de séjour : t₁ = 3,16 secondes
Nombre de spires : 5
Température initiale du fil : Tf₁ = 930°C
Température finale du fil : Tf₂ = 580°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 540°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25° C de : 7,16 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 7 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,488
K₂ = 0,959
K₃ = 0,67
K₄ = 3,67x10⁻⁴

Maintien isotherme Périodes t₂, t₃, t₄, t₅

Deuxième paire P₂ de cabestans période t₂
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1500 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 1500 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1575 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,898
Pas des gorges : p = 11 mm
Largeur des gorges : J = 2,3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 192 tours/minute.
Temps de séjour : t₂ = 1,26 secondes
Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 5°C. Les cabestans ont été maintenus à une température de 549°C à l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 0,4 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 123 mm paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,488
K₂ = 0,952
K₃ = 0
K₄ = 6,54x10⁻³
Troisième paire P₃ de cabestans période t₃
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1500 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : Ds = 1500 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1575 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,898
Pas des gorges : p = 11 mm
Largeur des gorges : J = 2,3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 192 tours/minute
Temps de séjour : t₃ = 1,26 secondes
Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 6°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 436°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 1,85 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 20 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,488
K₂ = 0,952
K₃ = 0
K₄ = 1,06x10⁻³
Quatrième paire P₄ de cabestans période t₄
Identique à la deuxième paire de cabestans
Cinquième paire P₅ de cabestans période t₅
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 900 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 900 mm
Entre-axe des cabestans : E = 945 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,898
Pas des gorges : p = 11 mm
Largeur des gorges : J = 3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 320 tours/minute.
Temps de séjour : t₅ = 1,51 secondes
Nombre de spires : 4
La température du fil a été maintenue à 580 ± 2°C.
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 585 ± 5°C grâce aux résistances électriques 38, la circulation d'eau a été coupée.
L'épaisseur H de la lame de gaz de couplage thermique a été maintenue au maximum afin de limiter la consommation d'électricité soit : H = 50 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,0233
K₂ = 0,952
K₃ = 0
K₄ = 0,062

Refroidissement final période t₆

Sixième paire P₆ de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1500 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 1489 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1575 mm
Taux de recouvrement des cabestans : Tr = 0,894
Pas des gorges : p = 11 mm
Largeur des gorges : J = 2,3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 192 tours/minute
Temps de séjour : t₆ = 4,4 secondes
Nombre de spires : 7
Température initiale du fil : Tf₂ = 580°C
Température finale du fil : Tf₃ = 211°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 170°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 5,88 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 1,7 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,488
K₂ = 0,952
K₃ = 0,74
K₄ = 9,04x10⁻⁵
Après traitement thermique, le fil 4 a une résistance à la rupture en traction de 1200 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,28 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3050 MPa
R = 42,72
ε = 3,75

Exemple 4

Cet exemple est identique au précédent à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 au lieu d'un acier du type 1. Le temps d'incubation et le temps de transformation sont sensiblement les mêmes que dans l'exemple précédent.
Après traitement thermique, le fil a une résistance à la rupture en traction de 1 345 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,28 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3 480 MPa
R = 42,72
ε = 3,75

Exemple 5

Les conditions de cet exemple sont les suivantes :

Acier type 1
Temps d'incubation = 3,5 secondes environ
Temps de transformation = 3 secondes environ
Diamètre du fil : D_f = 2,35 mm
Vitesse V de défilement du fil : 15 m/s
Gaz 27 :
- . Pour les éléments de transfert thermique 1 à 4 et 6 : H₂ pur,
- . Pour l'élément de maintien isotherme 5 : N₂ pur,
- . Un seul gaz est utilisé pour chaque élément de transfert thermique, dans un but de simplification technologique.

Refroidissement primaire période t1

Première paire P₁ de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 2114 mm,
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 2100 mm
Entre-axe des cabestans : E = 2210 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,8996
Pas des gorges : p = 12 mm
largeur des gorges : J = 2,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 136 tours/minute
Temps de séjour : t₁ = 3,54 secondes
Nombre de spires : 4
Température initiale du fil : Tf₁ = 930°C
Température finale du fil : Tf₂ = 580°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 558°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 9,95 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 10 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,51
K₂ = 0,957
K₃ = 0,667
K₄ = 4,44x10⁻⁴

Maintien isotherme Périodes t₂, t₃, t₄, t₅

Deuxième paire P₂ de cabestans période t₂
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 2100 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 2100 mm
Entre-axe des cabestans : E = 2210 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,896
Pas des gorges : p = 12 mm
largeur des gorges : J = 2,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 137 tours/minute
Temps de séjour : t₂ = 1,77 secondes
Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 5°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 550°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 0,66 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 147 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,51
K₂ = 0,95
K₃ = 0
K₄ = 6,57x10⁻³
Troisième paire P₃ de cabestans période t₃
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 2100 mm,
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 2100 mm
Entre-axe des cabestans : E = 2210 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,896
Pas des gorges : p = 12 mm
largeur des gorges : J = 2,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 137 tours/minute
Temps de séjour : t₃ = 1,77 secondes
Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 6°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 443°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 3 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 25 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,51
K₂ = 0,95
K₃ = 0
K₄ = 1,12x10⁻³
Quatrième paire P₄ de cabestans période t₄
Identique à la deuxième paire P₂ de cabestans
Cinquième paire P₅ de cabestans période t₅
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 1200 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 1200 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1260 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,898
Pas des gorges : p = 12 mm
Largeur des gorges : J = 4,5 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 239 tours/minute.
Temps de séjour : t₅ = 2 secondes
Nombre de spires : 4
La température du fil a été maintenue à 580 ± 2°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 585 ± 5°C grâce aux résistances électriques 38, la circulation d'eau a été coupée.
L'épaisseur H de la lame de gaz de couplage thermique a été maintenue au maximum afin de limiter la consommation d'électricité soit : H = 100 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,01
K₂ = 0,952
K₃ = 0
K₄ = 0,115

Refroidissement final période t₆

Sixième paire P₆ de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : D_e = 2100 mm,
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D_s = 2085 mm
Entre-axe des cabestans : E = 2210 mm
Taux de recouvrement des cabestans : T_r = 0,8645
Pas des gorges : p = 12 mm
largeur des gorges : J = 2,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 137 tours/minute
Temps de séjour : t₆ = 5,28 secondes
Nombre de spires : 6
Température initiale du fil : T_f2 = 580°C
Température finale du fil : T_f3 = 204°C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 170°C à
l'aide d'un débit d'eau à 25°C de : 9,5 m³/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 2,2 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
K₁ = 0,511
K₂ = 0,95
K₃ = 0,72
K₄ = 9,84x10⁻⁵
Après traitement thermique, le fil 4 a une résistance à la rupture en traction de 1 195 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,35 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 2 950 MPa
R = 45,1
ε = 3,81

Exemple 6

Cet exemple est identique au précédent à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 au lieu d'un acier du type 1. Le temps d'incubation et le temps de transformation sont sensiblement les mêmes que dans l'exemple précédent.
Après traitement thermique le fil a une résistance à la rupture en traction de 1 355 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,35 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3 510 MPa.
R = 45,1
ε = 3,81

Exemple 7

Cet exemple est identique à l'exemple 1 à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 1 du point de vue composition mais avec un temps d'incubation de 3,8 secondes et un temps de transformation de 3,8 secondes à 580°C.
L'installation est identique à celle utilisée pour l'exemple 1 à part le nombre de spires qui est passé de 7 à 8 sur la première paire P₁ de cabestans, de 3 à 4 sur la troisième paire P₃ de cabestans.
Les résistances à la rupture après traitement thermique et après tréfilage ne diffèrent pas de plus de 2 % de celles de l'exemple 1

Exemple 8

Cet exemple est identique à l'exemple 6 à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 du point de vue composition mais avec un temps d'incubation de 4,4 secondes et un temps de transformation de 6 secondes à 580°C.
L'installation est identique à celle de l'exemple 6 à part le nombre de spires qui est passé de 4 à 5 sur la première paire P₁ de cabestans, de 2 à 3 sur la troisième paire P₃ de cabestans.
Les résistances à la rupture après traitement thermique et après tréfilage ne diffèrent pas de plus de 2 % de celles de l'exemple 1

Exemple 9

Cet exemple est identique à l'exemple 2 à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 du point de vue composition mais avec un temps d'incubation de 4 secondes et un temps de transformation de 3 secondes à 580°C.
Dans cet exemple, la régulation automatique a fait passer la deuxième paire P₂ de cabestans en mode chauffage, c'est-à-dire que la circulation d'eau de refroidissement a été coupée et les résistances électriques de chauffage 38 ont été mises en service de façon à éviter le refroidissement du fil qui se serait produit sur la deuxième paire de cabestans entre l'arrivée du fil et le moment ou celui-ci est le siège d'un dégagement de chaleur dû à la transformation de l'austénite en perlite.
Les résistances à la rupture après traitement thermique et après tréfilage ont diminué de moins de 2 % par rapport à celles de l'exemple 2, ce qui est dû au fait d'une isothermicité un peu moins bonne.
L'adaptabilité peut être améliorée en améliorant l'isothermicité, c'est-à-dire en augmentant le nombre de paires de cabestans, mais le faible gain en résistance du fil que l'on peut en attendre ne justifie pas en général la dépense effectuée.
Le fil 4 traité conformément à l'invention dans l'installation 100 comporte la même structure que celle qu'on obtient par le procédé connu de patentage au plomb, c'est-à-dire une structure perlitique fine. Cette structure comporte des lamelles de cémentite séparées par des lamelles de ferrite. A titre d'exemple, la figure 10 représente en coupe une portion 70 d'une telle structure perlitique fine. Cette portion 70 comporte deux lamelles de cémentite 71, pratiquement parallèles, séparées par une lamelle de ferrite 72. L'épaisseur des lamelles de cémentite 71 est représentée par "i" et l'épaisseur des lamelles de ferrite 72 est représentée par "e". La structure perlitique est fine, c'est-à-dire que la valeur moyenne de la somme i + e est au plus égale à 1000 Å, avec un écart type de 250 Å.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits.

Claims

Procédé permettant de traiter thermiquement au moins un fil métallique à l'aide de cabestans, dans lequel on fait passer le fil sur au moins deux cabestans conduisant la chaleur comportant des gorges, le fil étant mouflé, croisé dans ces gorges, la largeur des gorges étant légèrement supérieure à celle du fil, un gaz, dans les gorges, étant au contact du fil et des cabestans ;
ce procédé étant caractérisé par les points suivants :
a) on chauffe ou on refroidit les cabestans par l'intermédiaire du gaz disposé également entre les cabestans et au moins une pièce, ce gaz étant au contact des cabestans et de la pièce, cette pièce qui conduit la chaleur, étant située à l'extérieur des cabestans, en faisant circuler un fluide caloporteur autre que le gaz au contact de la pièce, afin que des échanges thermiques s'effectuent d'une part entre le gaz et la pièce et d'autre part entre la pièce et le fluide ;

b) on règle l'épaisseur de la couche de gaz, entre les cabestans et la pièce, en fonction du traitement thermique à effectuer.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de gaz, entre les cabestans et la pièce, est située entre une face, sensiblement plane, de la pièce et des faces, sensiblement planes, des cabestans, ces faces des cabestans étant disposées sensiblement dans un même plan qui est perpendiculaire aux axes de rotation des cabestans et sensiblement parallèle à la face de la pièce.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz disposé entre les cabestans et la pièce ne subit pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 pour traiter thermiquement au moins un fil d'acier au carbone de façon à obtenir une structure perlitique fine, ce procédé comportant un traitement d'asuténitisation, dans lequel on chauffe le fil à une température supérieure à la température de transformation AC3 pour obtenir une structure d'austénite homogène, et un traitement de perlitisation dans lequel on refroidit ensuite le fil pour obrenir une structure d'austénite métastable que l'on transforme en perlite.
Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on utilise au moins un couple de cabestans lors du refroidissement pour obtenir une structure d'austénite métastable de telle sorte qu'on ait les relations suivantes :

$K₁ ≧ 0,3 (1)$

$K₂ ≧ 0,85 (2)$

$0,5 ≦ K₃ ≦ 1,5 (3)$

$2x10⁻⁴ ≦ K₄≦ 6x10⁻⁴ (4)$

avec par définition :

${K₁ = L/(JxD}_{f} {- D}_{f} ²) (5)$

$K₂ = De/E (6)$

$K₃ = 100 (De/Ds - 1) (7)$

${K₄ = (VxD}_{f} ²xH)/(LxDe²) (8)$

où L est la conductibilité thermique du gaz se trouvant dans les gorges et entre les cabestans et la pièce, L étant déterminée à 600°C et exprimée en watts.m⁻¹.°K⁻¹; D_f est le diamètre du fil exprimé en millimètres, J est la largeur des gorges exprimée en millimètres ; E est l'entraxe des deux cabestans exprimé en millimètres ; De est le diamètre d'enroulement du fil à l'entrée d'un cabestan quelconque ; Ds est le diamètre d'enroulement du fil à la sortie de ce même cabestan, De et Ds étant exprimés en millimètres ; V est la vitesse de défilement du fil exprimée en mètres par seconde ; H est l'épaisseur de la couche de gaz entre les cabestans et la pièce, exprimée en millimètres, ce gaz ne subissant pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise en outre au moins un couple de cabestans lors de la transformation d'austénite en perlite, de telle sorte que la température du fil ne varie pas de plus de 10°C par excès ou par défaut d'une température donnée obtenue après le refroidissement donnant une structure d'austénite métastable, et ceci pendant un temps supérieur au temps de perlitisation, les relations suivantes étant vérifiées pour au moins un couple de cabestans :

$K₂ ≧ 0,85 (9)$

$K₃ = 0 (10)$

le gaz entre les cabestans et la pièce, pour ce couple, ne subissant pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les relations suivantes sont vérifiées pour au moins un couple de cabestans lors de la transformation d'austénite en perlite :

$K₁ ≧ 0,3 (11)$

$0,5x10⁻³≦ K₄ ≦ 9x10⁻³ (12)$

le gaz entre les cabestans et la pièce, pour ce couple, ne subissant pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise au moins un couple de cabestans pour refroidir le fil après le traitement de perlitisation.
Dispositif permettant de traiter thermiquement au moins un fil métallique à l'aide de cabestans, le dispositif comportant au moins deux cabestans conduisant la chaleur et comprenant des gorges, le dispositif comportant en outre des moyens permettant de faire défiler le fil dans les gorges des cabestans, le fil étant mouflé croisé dans ces gorges, la largeur des gorges étant légèrement supérieure à celle du fil, et un gaz, dans les gorges, au contact du fil et des cabestans ; le dispositif étant caractérisé par les points suivants :
a) il comporte des moyens permettant de chauffer ou de refroidir les cabestans, ces moyens comprenant :
- au moins une pièce conduisant la chaleur et située à l'extérieur des cabestans ;

- des moyens permettant de faire circuler un fluide caloporteur autre que le gaz au contact de la pièce ;

- le gaz disposé également entre les cabestans et la pièce, au contact des cabestans et de la pièce ;
ces moyens étant agencés afin que des échanges thermiques s'effectuent d'une part entre le gaz et la pièce et d'autre part entre la pièce et le fluide ;

b) il comporte des moyens permettant de régler l'épaisseur de la couche de gaz entre les cabestans et la pièce, en fonction du traitement thermique à effectuer.
Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couche de gaz, entre les cabestans et la pièce, est située entre une face, sensiblement plane, de la pièce, et des faces, sensiblement planes des cabestans, ces faces des cabestans étant disposées sensiblement dans un même plan qui est perpendiculaire aux axes de rotation des cabestans et sensiblement parallèle à la face de la pièce.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le gaz disposé entre les cabestans et la pièce ne subit pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que, pour chaque cabestan, les gorges ont pour axe l'axe du cabestan.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'un des cabestans tourne librement autour de son axe par la traction du fil et en ce que les gorges de ce cabestan sont localisées sur des anneaux conduisant la chaleur, ces anneaux étant disposés sur le corps du cabestan et pouvant tourner autour de l'axe du cabestan de façon indépendante du corps.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que sur au moins un cabestan, le diamètre d'enroulement du fil varie entre l'entrée et la sortie du cabestan.
Installation de traitement d'au moins un fil métallique comportant au moins un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 9 à 14.
Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle est destinée à traiter thermiquement au moins un fil d'acier au carbone pour obtenir une structure perlitique fine par un traitement d'austénitisation, dans lequel on chauffe le fil à une température supérieure à la température de transformation AC3 pour obtenir une structure d'austénite homogène, et un traitement de perlitisation, dans lequel on refroidit ensuite le fil pour obtenir une structure d'austénite métastable que l'on transforme en perlite, au moins un dispositif étant destiné au traitement de perlitisation.
Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'au moins un dispositif est destiné à refroidir le fil pour obtenir une structure d'austénite métastable, ce dispositif vérifiant les relations suivantes :

$K₁ ≧ 0,3 (1)$

$K₂ ≧ 0,85 (2)$

$0,5 ≦ K₃ ≦ 1,5 (3)$

$2x10⁻⁴ ≦ K₄≦ 6x10⁻⁴ (4)$

avec par définition :

${K₁ = L/(JxD}_{f} {- D}_{f} ²) (5)$

$K₂ = De/E (6)$

$K₃ = 100 (De/Ds - 1) (7)$

${K₄ = (VxD}_{f} ²xH)/(LxDe²) (8)$

où L est la conductibilité thermique du gaz se trouvant dans les gorges et entre les cabestans et la pièce,L étant déterminée à 600°C et exprimée en watts.m⁻¹.°K⁻¹; D_f est le diamètre du fil exprimé en millimètres, J est la largeur des gorges exprimée en millimètres ; E est l'entraxe des deux cabestans exprimé en millimètres ; De est le diamètre d'enroulement du fil à l'entrée d'un cabestan quelconque ; Ds est le diamètre d'enroulement du fil à la sortie de ce même cabestan, De et Ds étant exprimés en millimètres ; V est la vitesse de défilement du fil exprimée en mètres par seconde ; H est l'épaisseur de la couche de gaz entre les cabestans et la pièce, exprimée en millimètres, le gaz entre les cabestans et la pièce, pour ce dispositif, ne subissant pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Installation selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'au moins un dispositif est destiné à permettre la transformation d'austénite métastable en perlite, de telle sorte que la température du fil ne varie pas de plus de 10°C par excès ou par défaut d'une température donnée obtenue après le refroidissement donnant une structure d'austénite métastable, et ceci pendant un temps supérieur au temps de perlitisation, les relations suivantes étant vérifiées pour au moins un dispositif :

$K₂ ≧ 0,85 (9)$

$K₃ = 0 (10)$

Le gaz entre les cabestans et la pièce, pour ce dispositif, ne subissant pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Installation selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'au moins un dispositif destiné à permettre la transformation d'austénite métastable en perlite vérifie les relations suivantes:

$K₁ ≧ 0,3 (11)$

$0,5x10⁻³ ≦ K₄ ≦ 9 x 10⁻³ (12),$

Le gaz entre les cabestans et la pièce, pour ce dispositif, ne subissant pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans.
Installation selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisée en ce qu'au moins un dispositif est destiné à refroidir le fil, après perlitisation.