EP0571521A1 - Fil metallique comportant un substrat en acier ayant une structure de type martensite revenue ecrouie, et un revetement. - Google Patents

Fil metallique comportant un substrat en acier ayant une structure de type martensite revenue ecrouie, et un revetement.

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EP0571521A1
EP0571521A1 EP92906734A EP92906734A EP0571521A1 EP 0571521 A1 EP0571521 A1 EP 0571521A1 EP 92906734 A EP92906734 A EP 92906734A EP 92906734 A EP92906734 A EP 92906734A EP 0571521 A1 EP0571521 A1 EP 0571521A1
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EP
European Patent Office
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wire
equal
steel
work hardening
martensite
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EP92906734A
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German (de)
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EP0571521B1 (fr
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Jean-Claude Arnaud
Bernard Prudence
Raoul Serre
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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    • 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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
    • 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • 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 by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
    • D07B1/06—Ropes or cables built-up from metal wires, e.g. of section wires around a hemp core
    • D07B1/0606—Reinforcing cords for rubber or plastic articles
    • D07B1/066—Reinforcing cords for rubber or plastic articles the wires being made from special alloy or special steel composition
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the invention relates to steel wires and methods for obtaining these wires. These threads are used, for example, to reinforce plastic or rubber articles, in particular pipes, belts, plies, tire casings.
  • the son of this type commonly used today are made of steel containing at least 0.6% carbon, this steel having a hardened pearlitic structure.
  • the tensile strength of these wires is approximately 2800 MPa (megapascals), their diameter generally varies from 0.15 to 0.35 mm, and their elongation at rupture is between 0.4 and 2%.
  • These wires are produced by drawing a starting wire, called “machine wire", the diameter of which is of the order of 5 to 6 mm, the structure of this machine wire being a hard structure, consisting of perlite and ferrite. with a high rate of perlite which is generally greater than 72%.
  • the drawing operation is interrupted at least once to carry out one or more heat treatments which make it possible to regenerate the initial structure. After the last heat treatment, an alloy deposit, for example brass, on the wire is necessary for the last drawing operation to be carried out correctly.
  • the raw material is expensive, because the carbon content is relatively high;
  • the wires themselves have a resistance to breakage and a ductility at break which is sometimes insufficient, and they exhibit significant damage as a result of the drawing before heat treatment, because of the great hardness of the wire rod. .
  • the object of the invention is to provide a hardened steel wire coated with a metallic alloy, the steel of this wire having a hardened non-pearlitic structure and having a breaking strength and an elongation at break at least as high as known hardened pearlitic steel wires, and less drawing damage than known wires.
  • Another object of the invention is to propose, for producing this yarn, a process which does not have the abovementioned drawbacks.
  • the metal wire according to the invention comprising a substrate and a coating, has the following characteristics i
  • a) it comprises a steel substrate having a content of carbon at least equal to 0.05% and at most equal to 0.6%; b) this steel has a structure comprising more than 90% of hardened returned martensite; c) the substrate is coated with a metal alloy other than steel; d) the diameter of the wire is at least equal to 0.10 mm and at most equal to 0.40 mm; e) the breaking strength of the wire is at least equal to 2800 MPa; f) the elongation at break of the wire is at least equal to 0.4%.
  • a steel wire rod is hardened, this steel having a carbon content at least equal to 0.05% and at most equal to 0.6%, this steel comprising from 28% to 96% of proeutectoid ferrite and 72 % to 4% perlite; the rate of deformation ⁇ of this work hardening being at least equal to 3; b) the work hardening is stopped and a hardening heat treatment is carried out on the work hardened wire, this treatment consisting in heating the wire above the transformation point AC3 to give it a homogeneous austenite structure, then in rapidly cooling it below the martensitic transformation end point!
  • the invention also relates to assemblies comprising at least one wire according to the invention.
  • the invention also relates to articles reinforced at least in part by wires or assemblies in accordance with the preceding definitions, such articles being, for example, hoses, belts, plies, tire casings.
  • FIG. 1 shows the structure of the steel of a wire before the heat treatments, during the implementation of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows the structure of the steel of a wire after the quenching heat treatment, during the implementation of the process according to one invention
  • FIG. 3 shows the structure of the steel of a wire brassy, during the implementation of the process according to the invention
  • - Figure 4 shows the structure of the steel of a wire according to the invention.
  • an unworked wire rod 5.5 mm in diameter is used.
  • This wire rod is made of steel, the characteristics of which are as follows:
  • the machine wire is descaled, it is coated with a wire-drawing soap, for example borax, and it is drawn dry to obtain a wire with a diameter of 1.1 mm, which corresponds to a rate of deformation ⁇ slightly greater than 3.2.
  • a wire-drawing soap for example borax
  • the drawing is easily carried out thanks to the relatively ductile structure of the wire rod.
  • a steel with 0.7% of carbon not hardened has a breaking strength R of approximately 900 MPa and an elongation at break A of approximately 8%, that is to say that it is much less ductile.
  • this wire drawing is carried out at a temperature below 0.3 for the purpose of simplification, although this is not essential, the drawing temperature may possibly equal or exceed 0.3 T Formula.
  • Figure 1 shows the section of a portion 1 of the structure of the wire thus obtained.
  • This structure consists of elongated blocks 2 of cementite and elongated blocks 3 of ferrite, the largest dimension of these blocks being oriented in the drawing direction.
  • the following heat treatments are then carried out on the wire thus obtained: -
  • the wire is heated by convection in a muffle oven to bring it to 950 ° C, that is to say above the transformation point AC3, and it is maintained for 30 seconds at this temperature so as to obtain a homogeneous austenite structure;
  • the wire is then cooled, in a gas ring, produced by a turbine, to a temperature of 75 ° C, that is to say below the end point of martensitic transformation (Martensite Finish) in less than 3.5 seconds to obtain a structure with more than 90% martensite in slats.
  • a gas ring produced by a turbine
  • FIG. 2 represents a section of a portion 4 of the structure thus obtained, the martensite slats being represented by the reference 5.
  • the wire is then degreased. Then it is copper, then it is coated with zinc electrolytically at room temperature. It is then heat treated by Joule effect at 540 ° C (813 K) for 2.5 seconds, then cooled to room temperature (about 20 ° C, or 293 K).
  • This latter treatment makes it possible to obtain brass by diffusion of copper and zinc, as well as, for steel, a structure comprising more than 90% of returned martensite.
  • the thickness of this layer of brass is small (of the order of a micrometer) and it is negligible compared to the diameter of the wire.
  • FIG. 3 represents a section of a portion 6 of the structure of the wire thus obtained.
  • This structure comprises precipitates of carbides 7, distributed almost homogeneously in a matrix 8 of ferritic type. This structure is obtained thanks to heat treatments previous, and it is kept when cooling to room temperature.
  • the precipitates 7 generally have dimensions at least equal to 0.005 ⁇ m (micrometer) and at most equal to 1 ⁇ m.
  • the temperature of the wire, during this drawing, is necessarily less than 0.3 T_.
  • the brass thickness of the wire thus drawn is very small, of the order of a tenth of a micrometer.
  • FIG. 4 represents a longitudinal section of the portion 9 of the steel of this wire according to the invention thus obtained.
  • This portion 9 has a structure of the hardened returned martensite type consisting of carbides 10 of elongated shape which are practically parallel to each other and the largest dimension of which is oriented along the axis of the wire, that is to say along the direction of drawing shown schematically by the arrow F in FIG. 4. These carbides 10 are arranged in a hardened die 11.
  • This wire according to the invention has a breaking strength of 3000 MPa and an elongation at break of 0.7%.
  • the machine wire is descaled, it is coated with a layer of wire-drawing soap, for example borax, and it is drawn dry to obtain a wire with a diameter of 0.9 mm, which corresponds to a rate of deformation ⁇ slightly higher than 3.6.
  • the structure obtained is similar to that shown in FIG. 1.
  • the following heat treatments are then carried out on the wire thus obtained:
  • the wire is heated by the Joule effect to bring it to 1000 ° C. for 3 seconds, that is to say above the transformation point AC3 so as to obtain a homogeneous austenite structure.
  • the wire is then cooled in an oil bath to a temperature of 100 ° C., that is to say below the end point of transformation M consult, in less than 3 seconds so as to obtain a structure comprising more than 90% martensite in slats, the structure of the wire obtained being in accordance with FIG. 2.
  • the wire is then degreased. Then it is copper, then it is coated with zinc electrolytically at room temperature. It is then treated theoretically by Joule effect at 540 ° C (813 K) for 2.5 seconds, then it is cooled to room temperature, these treatments being identical to Example 1.
  • the structure obtained for this brass-plated wire is similar to that shown in FIG. 3.
  • the temperature of the wire during this drawing is less than 0.3 T Surprise.
  • the steel of the wire according to the invention thus obtained has a structure similar to that shown in FIG. 4.
  • This wire has a breaking strength equal to 2850 MPa and an elongation at break equal to 1%.
  • a wire of 1.1 mm diameter obtained in the same way as in Example 1 by drawing the machine wire is heated by Joule effect at 1000 ° C for 3 seconds, that is to say above the point of transformation AC3 so as to obtain a homogeneous austenite structure.
  • the wire is then cooled, in a gas ring produced by a turbine, to a temperature of 100 ° C., that is to say below the end of transformation point M .., in less than 3 seconds , so as to obtain a structure comprising more than 90% of martensite in slats.
  • This wire, according to the invention has a breaking strength equal to 3200 MPa and an elongation at break equal to 0.6%.
  • the diffusion treatment to obtain the alloy is carried out at the same time as the tempering of the wire, which avoids an additional diffusion operation and therefore limits the manufacturing costs while allowing overall online treatment of the wire, from the wire machine until final thread;
  • the wire obtained has a breaking strength and an elongation at break of values at least equal to those of conventional wires, which therefore results in a breaking energy at least equal to that of conventional wires;
  • the yarn obtained has better resistance to corrosion than conventional yarns due to its low carbon content.
  • the structure, at the end of this quenching comprises more than 90% martensite, this structure can be made up entirely of martensite.
  • the martensite obtained after quenching has a slatted structure, as described in the examples.
  • the steel of the wire according to the invention, and therefore the starting machine wire has a carbon content at least equal to 0.2% and at most equal to 0.5%.
  • the steel of the wire according to the invention and therefore in the starting machine wire there are the following compositions: 0.3% ⁇ Mn ⁇ 0.6%; 0.1% ⁇ If ⁇ 0.3%; P ⁇ 0.02%; S ⁇ 0.02%; Al ⁇ 0.02%; N ⁇ 0.006%.
  • the starting wire rod has a proeutectoid ferrite content at least equal to 41%, and at most equal to 78% and a perlite content at least equal to 22% and at most equal to 59%;
  • the rate of deformation ⁇ during work hardening before the heat treatments is at least equal to 3.2 and at most equal to 6;
  • the rate of deformation ⁇ during the final work hardening after the heat treatments is at least equal to 3 and at most equal to 5;
  • the quenching heat treatment is carried out with a cooling rate at least equal to 250 ° C / second.
  • the wire work hardening in the previous examples is carried out by drawing, but other techniques are possible, for example rolling, possibly associated with drawing, for at least one of the work hardening operations.
  • the invention is not limited to the embodiments described above, this is for example the case that the invention applies to cases where an alloy other than the brass, with two metals, or more than two metals, for example ternary copper - zinc - nickel, copper - zinc - cobalt, copper - zinc - tin alloys, the main thing being that the metals used are capable of forming an alloy, by diffusion, at a temperature at least equal to 0.3 coordinatorand at most equal to 0.5 T_.

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Abstract

Fil métallique avec un substrat et un revêtement. Le substrat est un acier dont la teneur en carbone est au moins égale à 0,05 % et au plus égale à 0,6 %, cet acier présentant une structure comportant plus de 90 % de martensite revenue écrouie. Le substrat est revêtu d'un alliage métallique autre que l'acier. Procédé pour obtenir ce fil. On écrouit un fil machine en acier comportant de 28 % à 96 % de ferrite proeutectoïde et de 72 % à 4 % de perlite. On effectue un traitement de trempe pour obtenir une structure comportant plus de 90 % de martensite. On effectue ensuite un dépôt de métaux, on chauffe le fil pour provoquer la formation d'un alliage et la formation d'une structure comportant plus de 90 % de martensite revenue. On refroidit le fil et on l'écrouit. Ce fil est utilisé par exemple pour renforcer des enveloppes de pneumatiques.

Description

FIL METALLIQUE COMPORTANT UN SUBSTRAT EN ACIER AYANT UNE STRUCTURE DE TYPE MARTENSITE REVENUE ECROUIE, ET UN REVETEMENT
L'invention concerne les fils en acier et les procédés pour obtenir ces fils. Ces fils sont utilisés par exemple pour renforcer des articles en matières plastiques ou en caoutchouc, notamment des tuyaux, des courroies, des nappes, des enveloppes de pneumatiques.
Les fils de ce type couramment utilisés actuellement sont constitués d'acier contenant au moins 0,6 % de carbone, cet acier ayant une structure perlitique écrouie. La -résistance à la rupture de ces fils est environ de 2800 MPa (mégapascals), leur diamètre varie en général de 0,15 à 0,35 mm, et leur allongement à la rupture est compris entre 0,4 et 2 %. Ces fils sont réalisés par tréfilage d'un fil de départ, dit "fil machine", dont le diamètre est de l'ordre de 5 à 6 mm, la structure de ce fil machine étant une structure dure, constituée de perlite et de ferrite avec un fort taux de perlite qui est en général supérieur à 72 %. Lors de la réalisation de ce fil, on interrompt au moins une fois l'opération de tréfilage pour effectuer un ou plusieurs traitements thermiques qui permettent de régénérer la structure initiale. Après le dernier traitement thermique, un dépôt d'alliage, par exemple de laiton, sur le fil est nécessaire pour que la dernière opération de tréfilage s'effectue correctement.
Ce procédé présente les inconvénients suivants :
- la matière première est coûteuse, car le taux de carbone est relativement élevé ;
- les paramètres ne peuvent pas être modifiés facilement, en particulier le diamètre du fil machine et le diamètre final sont maintenus dans des limites rigides, le procédé manquant donc de souplesse ;
- la grande dureté du fil machine due à sa structure fortement perlitique rend le tréfilage difficile, avant le traitement thermique, de telle sorte que le taux de déformation ε de ce tréfilage est nécessairement inférieur à 3 ; d'autre part les vitesses de ce tréfilage sont faibles et il peut y avoir des casses du fil lors de cette opération ;
- l'opération d'un dépôt d'alliage, par exemple de laiton, est une étape nécessaire au procédé et n'est pas intégrée à l'étape de traitement thermique qui la précède.
D'autre part, les fils eux-mêmes ont une résistance à la rupture et une ductilité à la rupture parfois insuf isante, et ils présentent un endommagement important par suite du tréfilage avant le traitement thermique, à cause de la grande dureté du fil machine.
Le but de l'invention est de proposer un fil d'acier écroui et revêtu d'un alliage métallique, l'acier de ce fil ayant une structure non perlitique écrouie et présentant une résistance à la rupture et un allongement à la rupture au moins aussi élevés que les fils d'acier perlitiques écrouis connus, et un moindre endommagement par tréf lage que les fils connus.
Un autre but de l'invention est de proposer, pour réaliser ce fil, un procédé qui ne présente pas les inconvénients précités.
Le fil métallique conforme à l'invention, comportant un substrat et un revêtement, présente les caractéristiques suivantes i
a) il comporte'un substrat en acier ayant une teneur en carbone au moins égale à 0,05 % et au plus égale à 0,6 % ; b) cet acier présente une structure comportant plus de 90 % de martensite revenue écrouie ; c) le substrat est revêtu d'un alliage métallique autre que l'acier ; d) le diamètre du fil est au moins égal à 0,10 mm et au plus égal à 0,40 mm ; e) la résistance à la rupture du fil est au moins égale à 2800 MPa ; f) l'allongement à la rupture du fil est au moins égal à 0,4 %.
Le procédé conforme à l'invention pour produire ce fil en acier revêtu est caractérisé par les points suivants :
a) on écrouit un fil machine en acier, cet acier ayant une teneur en carbone au moins égale à 0,05 % et au plus égale à 0,6 %, cet acier comportant de 28 % à 96 % de ferrite proeutectoïde et de 72 % à 4 % de perlite ; le taux de déformation ε de cet écrouissage étant au moins égal à 3 ; b) on arrête 1'écrouissage et on effectue un traitement thermique de trempe sur le fil écroui, ce traitement consistant à chauffer le fil au-dessus du point de transformation AC3 pour lui donner une structure d'austénite homogène, puis à le refroidir rapidement au dessous du point de fin de transformation martensitique !*__, la vitesse de ce refroidissement étant au moins égale à 150°C/seconde, de façon à obtenir une structure comportant plus de 90 % de martensite ; c) on effectue ensuite sur le fil un dépôt d'au moins deux métaux susceptibles de former par diffusion un alliage, l'acier servant ainsi de substrat ; d) on chauffe ensuite le fil à une température au moins égale à 0,3 T„ et au plus égale à 0,5 Tp, de façon à provoquer la formation, par diffusion, d'un alliage de ces métaux déposés, ainsi que la formation, pour l'acier, d'une structure comportant plus de 90 % de martensite revenue, T_ étant la température de fusion de l'acier, exprimée en Kelvin ; e) on refroidit ensuite le fil à une température inférieure à 0,3 Tp ; f) on effectue ensuite un écrouissage sur le fil, la température du fil lors de cet écrouissage étant inférieure à 0,3 ?„, le taux de déformation ε de cet écrouissage étant au r moins égal à 1.
L'invention concerne également les assemblages comportant au moins un fil conforme à l'invention.
L'invention concerne également les articles renforcés au moins en partie par des fils ou des assemblages conformes aux définitions précédentes, de tels articles étant par exemple des tuyaux, des courroies, des nappes, des enveloppes de pneumatiques.
L'invention sera aisément comprise à l'aide des exemples de réalisation qui suivent, et des figures toutes schématiques relatives à ces exemples.
Sur le dessin :
- la figure 1 représente la structure de l'acier d'un fil avant les traitements thermiques, lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention ;
- la figure 2 représente la structure de l'acier d'un fil après le traitement thermique de trempe, lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à 1' nvention ;
- la figure 3 représente la structure de l'acier d'un fil laitonné, lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention ; - la figure 4 représente la structure de l'acier d'un fil conforme à l'invention.
Dans ce qui suit, tous les pourcentages indiqués sont en poids et les mesures de résistance à la rupture et d'allongement à la rupture sont effectuées selon la méthode AFNOR NFA 03-151.
Par définition, le taux de déformation ε d'un écrouissage est donné par la formule ε = Ln ^S, Ln étant le logarithme népérien, So étant la section initiale du fil avant cet écrouissage et Sf étant la section du fil après cet écrouissage.
Le but des exemples qui suivent est de décrire la préparation et les propriétés de trois fils conformes à l'invention.
On utilise dans ces exemples un fil machine non écroui de 5,5 mm de diamètre. Ce fil machine est constitué d'un acier dont les caractéristiques sont les suivantes :
- teneur en carbone 0,4 %
- teneur en manganèse 0,5 %
- teneur en silicium 0,2 %
- teneur en phospore 0,015 %
- teneur en soufre 0,02 % ;
- teneur en aluminium 0,015 %
- teneur en azote 0,005 %
- teneur en chrome 0,05 %
- teneur en nickel 0,10 %
- teneur en cuivre 0,10 %
- teneur en molybdène 0,01 %
- teneur en ferrite proeutectoïde : 53 %
- teneur en perlite : 47 % ;
- température de fusion de l'acier, 1795 K - point de fin de transformation martensitique K_ : 150°C ;
- résistance à la rupture R : 700 MPa ;
- allongement à la rupture A : 17 % ;
On réalise avec ce fil machine trois fils conformes à l'invention de la façon suivante :
Exemple 1 :
On décalamine le fil machine, on l'enduit d'un savon de tréfilage, par exemple du borax, et on tréfile à sec pour obtenir un fil de diamètre 1,1 mm, ce qui correspond à un taux de déformation ε légèrement supérieur à 3,2.
Le tréfilage est réalisé facilement grâce à la structure relativement ductile du fil machine. A titre d'exemple, un acier à 0,7 % de carbone non écroui présente une résistance à la rupture R d'environ 900 MPa et un allongement à la rupture A de 8 % environ, c'est-à-dire qu'il est nettement moins ductile.
A titre d'exemple, ce tréfilage est effectué à une température inférieure à 0,3 dans un but de simplification, bien que cela ne soit pas indispensable, la température de tréfilage pouvant éventuellement égaler ou dépasser 0,3 T„.
La figure 1 représente la coupe d'une portion 1 de la structure du fil ainsi obtenue. Cette structure est constituée de blocs allongés 2 de cémentite et de blocs allongés 3 de ferrite, la plus grande dimension de ces blocs étant orientée dans la direction de tréfilage.
On effectue alors sur le fil ainsi obtenu les traitements thermiques suivants : - on chauffe le fil par convection dans un four à mouffle pour le porter à 950°C, c'est-à-dire au dessus du point de transformation AC3, et on le maintient pendant 30 secondes à cette température de façon à obtenir une structure d'austénite homogène ;
- on refroidit ensuite le fil, dans un anneau gazeux, produit par une turbine, jusqu'à une température de 75°C, c'est-à-dire en dessous du point de fin de transformation martensitique (Martensite Finish) en moins de 3,5 secondes de façon à obtenir une structure comportant plus de 90 % de martensite en lattes.
La figure 2 représente une coupe d'une portion 4 de la structure ainsi obtenue, les lattes de martensite étant représentées par la référence 5.
Le fil est ensuite dégraissé. Ensuite on le cuivre, puis on le recouvre de zinc par voie électrolytique à la température ambiante. On le traite ensuite thermiquement par effet joule à 540°C (813 K) pendant 2,5 secondes, puis on le refroidit à la température ambiante (environ 20°C, soit 293 K) .
Ce dernier traitement permet d'obtenir du laiton par diffusion du cuivre et du zinc, ainsi que, pour l'acier, une structure comportant plus de 90 % de martensite revenue. L'épaisseur de cette couche de laiton est faible (de l'ordre du micromètre) et elle est négligeable par rapport au diamètre du fil.
La figure 3 représente une coupe d'une portion 6 de la structure du fil ainsi obtenu. Cette structure comporte des précipités de carbures 7, répartis de façon pratiquement homogène dans une matrice 8 de type ferritique. Cette structure est obtenue grâce aux traitements thermiques précédents, et elle est conservée lors du refroidissement à la température ambiante. Les précipités 7 ont en général des dimensions au moins égales à 0,005 μm (micromètre) et au plus égales à 1 μm.
On réalise ensuite un tréfilage humide de ce fil de façon à obtenir un diamètre final de 0,2 mm, ce qui correspond pratiquement à ε = 3,4. La température du fil, lors de ce tréfilage, est nécessairement inférieure à 0,3 T_. L'épaisseur de laiton du fil ainsi tréfilé est très faible, de l'ordre du dixième de micromètre.
La figure 4 représente une coupe longitudinale de la portion 9 de l'acier de ce fil conforme à l'invention ainsi obtenu. Cette portion 9 présente une structure de type martensite revenue écrouie constituée de carbures 10 de forme allongée qui sont pratiquement parallèles entre eux et dont la plus grande dimension est orientée selon l'axe du fil, c'est-à-dire selon la direction de tréfilage schématisée par la flèche F à la figure 4. Ces carbures 10 sont disposés dans une matrice écrouie 11.
Ce fil conforme à l'invention a une résistance à la rupture e 3000 MPa et un allongement à la rupture de 0,7 %.
Exemple 2
On décalamine le fil machine, on l'enduit d'une couche de savon de tréfilage, par exemple du borax, et on le tréfile à sec pour obtenir un fil de diamètre 0,9 mm, ce qui correspond à un taux de déformation ε légèrement supérieur à 3,6. La structure obtenue est analogue à celle représentée à la figure 1. On effectue alors sur le fil ainsi obtenu les traitements thermiques suivants : On chauffe le fil par effet joule pour le porter à 1000°C, pendant 3 secondes, c'est-à-dire au dessus du point de transformation AC3 de façon à obtenir une structure d'austénite homogène. On refroidit ensuite le fil dans un bain d'huile jusqu'à une température de 100°C, c'est-à-dire en dessous du point de fin de transformation M„, en moins de 3 secondes de façon à obtenir une structure comportant plus de 90 % de martensite en lattes, la structure du fil obtenu étant conforme à la figure 2.
Le fil est ensuite dégraissé. Ensuite on le cuivre, puis on le recouvre de zinc par voie électrolytique à la température ambiante. On le traite ensuite theπrtiquement par effet joule à 540°C (813 K) pendant 2,5 secondes, puis on le refroidit à la température ambiante, ces traitements étant identiques à l'exemple 1.
La structure obtenue pour ce fil ainsi laitonné est analogue à celle représentée à la figure 3. On tréfile alors le fil par voie humide de façon à obtenir un diamètre final de 0,17 mm, ce qui correspond pratiquement à ε = 3,3. La température du fil lors de ce tréfilage est inférieure à 0,3 T„. L'acier du fil conforme à l'invention ainsi obtenu a une structure analogue à celle représentée à la figure 4.
Ce fil a une résistance à la rupture égale à 2850 MPa et un allongement à la rupture égal à 1 %.
Exemple 3
Un fil de diamètre 1,1 mm obtenu de la même façon que dans l'exemple 1 par tréfilage du fil machine est chauffé par effet joule à 1000°C, pendant 3 secondes, c'est-à-dire au dessus du point de transformation AC3 de façon à obtenir une structure d'austénite homogène.
On refroidit ensuite le fil, dans un anneau gazeux produit par une turbine, jusqu'à une température de 100°C, c'est-à-dire en dessous du point de fin de transformation M..,, en moins de 3 secondes, de façon à obtenir une structure comportant plus de 90 % de martensite en lattes.
Le fil est ensuite cuivré puis zinguë par voie électrolytique, à la température ambiante puis traité thermiquement par effet joule à 500CC (773 K) pendant 5 secondes. On le refroidit ensuite à la température ambiante, le fil ainsi laitonné est alors tréfilé par voie humide à une température inférieure à 0,3 T jusqu'au diamètre 0,17 mm, ce qui correspond pratiquement à ε = 3,7. Ce fil, conforme à l'invention a une résistance à la rupture égale à 3200 MPa et un allongement à la rupture égal à 0,6 %.
Les structures intermédiaires et la structure finale sont analogues aux structures précédemment décrites.
L'invention présente les avantages suivants :
- on part d'un fil machine à faible taux de carbone, et donc d'un coût peu élevé :
- on bénéficie d'une grande souplesse dans le choix des diamètres des fils, c'est ainsi par exemple qu'on peut utiliser des fils machines dont le diamètre est notablement supérieur à 6 mm, ce qui réduit encore les coûts, et on peut réaliser des fils très variés en diamètre ;
- le tréfilage avant les traitements thermiques est relativement aisé, de telle sorte que le taux de déformation ε de ce tréfilage peut être supérieur à 3 ; d'autre part, ce tréfilage peut être réalisé avec des vitesses élevées ; enfin on réduit la fréquence des casses de fils et des changements de filières, ce qui réduit encore les coûts ;
- le traitement de diffusion pour obtenir l'alliage est effectué en même temps que le revenu du fil, ce qui évite une opération supplémentaire de diffusion et limite donc les coûts de fabrication tout en permettant un traitement global en ligne du fil, depuis le fil machine jusqu'au fil final ;
- le fil obtenu présente une résistance à la rupture et un allongement à la rupture de valeurs au moins égales à celles des fils classiques, ce qui se traduit donc par une énergie de rupture au.moins égale à celle des fils classiques ;
- le fil est moins endommagé lors du tréfilage avant traitement thermique ;
- le fil obtenu présente une meilleure résistance à la corrosio que les fils classiques par suite de sa faible teneur en carbone.
Lors du traitement de trempe effectué à partir de l'austénite homogène, depuis une température supérieure au point de transformation AC3 jusqu'à une température inférieure à M„, étant donné que la vitesse de refroidissement est au moins égale à 150°C, conformément à l'invention, moins de 10 % de l'austénite homogène se transforme avant d'atteindre la température correspondant au point du début de transformation martensitique (Mg), de telle sorte que la structure, à la fin de cette trempe, comporte plus de 90 % de martensite, cette structure pouvant être constituée en totalité de martensite. De préférence, la martensite obtenue après la trempe a une structure en lattes, comme décrit dans les exemples.
De préférence, l'acier du fil conforme à l'invention, et donc le fil machine de départ, a une teneur en carbone au moins égale à 0,2 % et au plus égale à 0,5 %. De préférence, dans l'acier du fil conforme à l'invention et donc dans le fil machine de départ, on a les compositions suivantes : 0,3 % ≤ Mn ≤ 0,6 % ; 0,1 % ≤ Si ≤ 0,3 % ; P ≤ 0,02 % ; S ≤ 0,02 % ; Al ≤ 0,02 % ; N ≤ 0,006 %.
Avantageusement dans l'acier du fil conforme à l'invention et donc dans le fil machine de départ, on a les compositions suivantes : Cr ≤ 0,06 % ; Ni ≤ 0,15 % ; Cu ≤ 0,15 % ;
De préférence, dans le procédé conforme à l'invention, on a au moins une des caractéristiques suivantes :
- le fil machine de départ a une teneur en ferrite proeutectoïde au moins égale à 41 %, et au plus égale à 78 % et une teneur en perlite au moins égale à 22 % et au plus égale à 59 % ;
- le taux de déformation ε lors de 1'écrouissage avant les traitements thermiques est au moins égal à 3,2 et au plus égal à 6 ;
- le taux de déformation ε lors de 1'écrouissage final après les traitements thermiques est au moins égal à 3 et au plus égal à 5 ;
- le traitement thermique de trempe est effectué avec une vitesse de refroidissement au moins égale à 250°C/seconde.
L'écrouissage du fil dans les exemples précédents est réalisé par tréfilage, mais d'autres techniques sont possibles, par exemple un laminage, associé éventuellement à un tréfilage, pour au moins une des opérations d'écrouissage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits, c'est ainsi par exemple que l'invention s'applique aux cas où on réalise un alliage autre que le laiton, avec deux métaux, ou plus de deux métaux, par exemple les alliages ternaires cuivre - zinc - nickel, cuivre - zinc - cobalt, cuivre - zinc - étain, l'essentiel étant que les métaux utilisés soient susceptibles de former un alliage, par diffusion, à une température au moins égale à 0,3 „ et au plus égale à 0,5 T_.

Claims

REVENDICATIONS
1. Fil métallique comportant un substrat et un revêtement, ce fil présentant les caractéristiques suivantes : a) il comporte un substrat en acier ayant une teneur en carbone au moins égale à 0,05 % et au plus égale à 0,6 % ; b) cet acier présente une structure comportant plus de 90 % de martensite revenue écrouie ; c) le substrat est revêtu d'un alliage métallique autre que l'acier ; d) le diamètre du fil est au moins égal à 0,10 mm et au plus égal à 0,40 mm ; e) la résistance à la rupture du fil est au moins égale à 2800 MPa ; f) l'allongement à la rupture du fil est au moins égal à 0,4 %.
2. Fil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier a une teneur en carbone au moins égale à 0,2 % et au plus égale à 0,5 %.
3. Fil métallique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier vérifie les relations suivantes : 0,3 % ≤ Mn ≤ 0,6 % ; 0,l % ≤ Si ≤ 0,3 % ;
P ≤ 0,02 % ; S ≤ 0,02 % ; Al ≤ 0,02 % ; N ≤ 0,006 %.
4. Fil métallique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'acier vérifie les relations suivantes : Cr ≤ 0,06 % ;
Ni ≤ 0,15 % , ' Cu ≤ 0,15 %.
5. Fil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alliage métallique est un laiton.
6. Procédé pour obtenir le fil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par les points suivants : a) on écrouit un fil machine en acier, cet acier ayant une teneur en carbone au moins égale à 0,05 % et au plus égale à 0,6 %, cet acier comportant de 28 % à 96 % de ferrite proeutectoïde et de 72 % à 4 % de perlite ; le taux de déformation ε de cet écrouissage étant au moins égal à 3 ; b) on arrête 1'écrouissage et on effectue un traitement thermique de trempe sur le fil écroui, ce traitement consistant à chauffer le fil au-dessus du point de transformation AC3 pour lui donner une structure d'austénite homogène, puis à le refroidir rapidement au dessous du point de fin de transformation martensitique M_, la vitesse de ce refroidissement étant au moins égale à 150°C/seconde, de façon à obtenir une structure comportant plus de 90 % de martensite ; c) on effectue ensuite sur le fil un dépôt d'au moins deux métaux susceptibles de former par diffusion un alliage, l'acier servant ainsi de substrat ; d) on chauffe ensuite le fil à une température au moins égale à 0,3 p et au plus égale à 0,5 Tp, de façon à provoquer la formation, par diffusion, d'un alliage de ces métaux déposés, ainsi que la formation, pour l'acier, d'une structure comportant plus de 90 % de martensite revenue, Tp étant la température de fusion de l'acier, exprimée en Kelvin ; e) on refroidit ensuite le fil à une température inférieure à 0,3 Tp ; f) on effectue ensuite un écrouissage sur le fil, la température du fil lors de cet écrouissage étant inférieure 0,3 TF, le taux de déformation ε de cet écrouissage étant au moins égal à 1.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fil machine de départ a une teneur en carbone au moins égale à 0,2 % et au plus égale à 0,5 %.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le fil machine vérifie les relations suivantes : 0,3 % ≤ Mn ≤ 0,6 % ; 0,1 % ≤ Si ≤ 0,3 % ;
P ≤ 0,02 % ,• S ≤ 0,02 % ; Al ≤ 0,02 % ; N ≤ 0,006 %.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le fil machine vérifie les relations suivantes :
Cr ≤ 0,06 % ; Ni ≤ 0,15 % ; Cu ≤ 0,15 %.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le fil machine de départ a une teneur en ferrite proeutectoïde au moins égale à 41 % et au plus égale à 78 %, et une teneur en perlite au moins égale à 22 % et au plus égale à 59 %.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le taux de déformation ε lors de
1'écrouissage avant les traitements thermiques est au moins égal à 3,2 et au plus égal à 6.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le taux de déformation ε lors de
1'écrouissage final après les traitements thermiques est au moins égal à 3 et au plus égal à 5.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le dépôt effectué sur le fil, après traitement thermique de trempe, est un dépôt de cuivre et de zinc.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 13, caractérisé en ce qu'au moins un écrouissage est effectué au moins en partie par tréfilage.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que le traitement thermique de trempe est effectué avec une vitesse de refroidissement au moins égale à 250°C/seconde.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le traitement thermique de trempe donne au fil une structure comportant plus de 90 % de martensite en lattes.
17. Assemblage comportant au moins un fil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5.
18. Article renforcé avec au moins un fil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5.
19. Article renforcé avec au moins un assemblage conforme à la revendication 17.
20. Article selon l'une quelconque des revendications 18 ou 19, caractérisé en ce qu'il est une enveloppe de pneumatique.
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