EP0953651B1 - Acier inoxydable pour l'élaboration de fil tréfilé en acier inoxydable, notamment de fil de renfort de pneumatique et fil obtenu par le procédé - Google Patents

Acier inoxydable pour l'élaboration de fil tréfilé en acier inoxydable, notamment de fil de renfort de pneumatique et fil obtenu par le procédé Download PDF

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EP0953651B1
EP0953651B1 EP99400979A EP99400979A EP0953651B1 EP 0953651 B1 EP0953651 B1 EP 0953651B1 EP 99400979 A EP99400979 A EP 99400979A EP 99400979 A EP99400979 A EP 99400979A EP 0953651 B1 EP0953651 B1 EP 0953651B1
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EP
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wire
less
diameter
copper
steel
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EP99400979A
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Jean-Michel Hauser
Joel Marandel
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ugitech
Original Assignee
Sprint Metal Societe de Production Internationale de Trefiles
Ugine Savoie Imphy SA
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    • Y10T428/12924Fe-base has 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a wire drawn wire, in particular tire reinforcement wire of diameter less than 0.3 mm, by drawing a basic wire-rod of a diameter greater than 5 mm or a previously drawn wire.
  • Metal reinforcing threads of elastomers for tires which can be used in the field of production of parts subjected to fatigue, must have a small diameter, generally between 0.1 mm and 0.4 mm, and characteristics mechanical high.
  • the tensile load at break can be greater than 2200 MPa
  • the residual ductility measured by the narrowing in tension, torsion or by loopback test must be non-zero
  • the fatigue endurance limit by rotary or alternating bending shall be greater than 1000 MPa.
  • the patent application FR 93 12 528 (EP-A-648891) deals with the use of a wire stainless steel with a diameter of between 0.05 mm and 0.5 mm the breaking strength Rm is greater than 2000 MPa.
  • Steel of which is composed the yarn contains in its composition at least 50% of martensite obtained, by drawing, at a reduction rate higher than 2.11 with intermediate annealing, the sum of the nickel and chromium being between 20% and 35%.
  • Patent No. 97 01 858 (European Application EP-A-859064) deals with the production of a steel wire austenitic stainless steel in the form of drawn hardened wire containing a certain proportion of martensite formed during drawing, wire drawing being performed without annealing, with a higher cumulative reduction rate to 6.
  • compositions particularly stable vis-à-vis martensite hardening that allow obtaining tensile loads greater than 2200 MPa when the cumulative deformation is very high and greater than 6.
  • Tire reinforcements are generally made by stranding of wires of diameter between 0.1 mm and 0.30 mm. In In the case of stainless steels, a breaking load of 2200 MPa is sufficient in view of the fact that the service behavior of the steel is not, or only slightly, degraded by the environment wet.
  • the object of the invention is to produce a drawn wire, in particular tire reinforcement thread of diameter less than 0.4 mm per wire drawing of a basic machine wire of diameter greater than or equal to 5 mm or a pre-drawn steel wire of composition given, and having a mechanical characteristic in charge at the rupture greater than 2200 MPa and preferably greater than 2400 MPa without fragility, that is to say with a narrowing non-zero in traction.
  • FIG. 1 shows the maximum cumulative deformation rate ⁇ that can be achieved by industrial drawing between the two drawing operations, as a function of the index JM defined by the relationship satisfying the composition.
  • FIG. 2 shows, as a function of the cumulative deformation rate ⁇ the evolution of the load at break, in the process according to the invention (steel A and B), compared to that of reference steels, excluding the invention.
  • the fine wire is made by wire drawing from a wire rod or a pre-drawn steel wire. Because of the composition of steel, after wire drawing, the final drawn wire has improved properties of tensile strength and residual ductility sufficient for its in assembly, for example in the form of plies, cables.
  • the drawing is carried out with a stainless steel of general weight composition A and B presented in Table 1, the steel C, E, F, G being taken as a reference.
  • the invention makes it possible to define an austenitic stainless steel capable of being drawn without annealing from the diameter wire rod greater than 5 mm to a diameter of between 0,7 mm and 2 mm, then, to be annealed at this intermediate diameter, and, possibly coated, for example brass, and finally to be drawn to new without annealing, between drawing passes, up to a diameter between 0.4 mm and 0.1 mm.
  • a mechanical characteristic load at break Rm greater than 2200 MPa, and preferably greater than 2400 MPa, without fragile character.
  • composition according to the invention satisfies a relationship JM included within a certain limited range such as for reduction rates cumulated specific during final drawing between ⁇ greater than 3, (from 1.6 mm to less than 0.357 mm, from 1.2 mm to less than 0.268 mm; from 0.8 mm to less than 0.179 mm), and ⁇ less than 4.5, 1.6 mm to more than 0.169 mm; from 1.2 mm to more than 0.126 mm; 0.8 mm to more than 0.0084 mm), live wire drawing of final diameter wire between 0.1 mm and 0.4 mm is possible without excessive brittleness, with a breaking load greater than 2200 MPa.
  • a relationship JM included within a certain limited range such as for reduction rates cumulated specific during final drawing between ⁇ greater than 3, (from 1.6 mm to less than 0.357 mm, from 1.2 mm to less than 0.268 mm; from 0.8 mm to less than 0.179 mm), and ⁇ less than 4.5, 1.6 mm to more
  • Direct wire drawing refers to a drawing operation comprising a succession of drawing passes for each of which the wire engagement temperature is between ambient temperature and 200 ° C, without the wire being brought to a temperature above 600 ° C.
  • Table 1 presents, for comparison, steel compositions not satisfying the characteristics of the invention (steels C, E, F, G).
  • Table 2 shows some examples of drawing on steels according to the invention and outside the invention.
  • Steel Initial diameter (mm) Final diameter (mm) cumulative ⁇ Rm MPa Martensite% drawing AT 4.36 1.19 2.60 2214 53 correct 4.36 0.68 3.72 2500 69 breakages B 1.0 0.18 3.43 2064 - correct 5.67 1.0 3.47 1828 16 correct VS 5.56 0.59 4.49 2165 69 correct 5.56 0.55 4.63 2211 72 - 5.56 0.25 6.24 2666 87 breakages E 5.6 0.672 4.24 2069 62 correct 5.6 0,355 5.52 2424 86 correct 5.6 0.178 6.90 2644 90 breakages F 5.5 1.8 2.14 1950 22 cques breaks BOY WUT 1.95 0.7 2.10 2064 35 cques breaks
  • the drawing of the wire is preferably carried out on a machine multipasses the wire being, on the one hand, lubricated with soap or lubricant liquid, and on the other hand, temperature controlled between 20 ° C and 180 ° C.
  • the wire may also be brassed between the two operations of drawing.
  • the brass layer improves the drawing ability and the adhesion of the yarn with the elastomers of the tires.
  • gamma-gene elements favor the appearance of the austenite phase of metallographic structure of cubic type with faces centered. These elements include carbon, nitrogen, manganese, copper, nickel.
  • Carbon, nitrogen, chromium, nickel, manganese, silicon are the usual elements for obtaining a steel austenitic stainless.
  • compositions forming a quantity excessive martensite wire drawing become brittle and brittle at drawing.
  • This amount of martensite is a function of the total content carbon and nitrogen in steel and is in the order of 70% for a total carbon and nitrogen content less than or equal to 0,060%, and by example, by 30% for a total carbon and nitrogen content of approximately 0.100%.
  • the steel has a total carbon and nitrogen content of less than or equal to 0.060%, the drawing conditions satisfying the following relation: -55 ⁇ JM ⁇ -30
  • compositions having a subscript JM greater than the value determined above and a total content of carbon and nitrogen in the order of 0.040% become brittle before to achieve wire drawing at the final diameter.
  • the contents of manganese, chromium and sulfur are chosen in proportion to generate deformable sulfides of composition well determined.
  • Copper is added to the composition of the steel according to the invention because it stabilizes the austenite and as a result, improves the properties of cold deformation.
  • the copper content is limited to 4% to avoid difficulties of hot transformation because copper, in amount greater than 4% substantially lower the upper limit of reheating temperature of the steel before rolling, beyond which is a local merger.
  • the sulfur content must be less than 0.030% to obtain thick sulphide inclusions not exceeding 5 ⁇ m on rolled product.
  • Coarse inclusions such as oxides and sulphides are generally considered to be harmful to property in the field of fine wire drawing and in the field of fatigue resistance, especially in flexion and / or torsion.
  • composition of the stainless steel according to the invention containing more than 5% nickel, more than 0.01% copper, more than 10% of chromium, a total carbon and nitrogen content of less than 0,060%, a JM index less than -30, can be drawn by the method of the invention up to the final diameter with a reduced breakage rate, the wire retaining mechanical characteristics that allow its use in the field of tire reinforcement.
  • the JM should be in the range -55 to -30. Indeed, if JM is less than -55, the amount of martensite formed remains low and the load at break can not reach high values greater than 2200 MPa, even after final drawing with a cumulative deformation ⁇ close to 4.5.
  • the process applied to the drawing of the stainless steel according to the invention makes it possible to obtain a yarn having excellent fatigue strength measured by rotary bending with an endurance stress at 2.10 6 cycles greater than 1000 MPa.
  • the yarn obtained contains less than 50% of austenite or more than 50% of martensite.
  • the steel used is austenite slightly unstable with a total carbon and nitrogen content of less than 0.060%.

Description

La présente invention concerne un procédé d'élaboration d'un fil tréfilé, notamment de fil de renfort de pneumatique de diamètre inférieur à 0,3 mm, par tréfilage d'un fil-machine de base d'un diamètre supérieur à 5 mm ou d'un fil de base préalablement tréfilé.
Les fils métalliques de renfort d'élastomères pour pneumatiques, pouvant être utilisés dans le domaine de la réalisation de pièces soumises à la fatigue, doivent présenter, un faible diamètre, généralement compris entre 0,1 mm et 0,4 mm, et des caractéristiques mécaniques élevées. La charge à la rupture en traction peut être supérieure à 2200 MPa, la ductilité résiduelle, mesurée par la striction en traction, la torsion ou par test de bouclage doit être non nulle, la limite d'endurance en fatigue par flexion rotative ou alternée doit être supérieure à 1000 MPa.
Ces caractéristiques sont nécessaires pour supporter les efforts statiques ou alternés auxquels le fil est soumis dans les assemblages incorporés aux pneumatiques.
En outre, le tréfilage du fil d'acier inoxydable jusqu'au diamètre compris entre 0,1 et 0,4 mm doit être possible dans des conditions industrielles, c'est à dire avec des fréquences de casse aussi faibles que possible.
La demande de brevet FR 93 12 528 (EP-A-648891) traite de l'utilisation d'un fil d'acier inoxydable de diamètre compris entre 0,05 mm et 0,5 mm dont la résistance à la rupture Rm est supérieure à 2000 MPa. L'acier dont est composé le fil contient dans sa composition au moins 50% de martensite obtenue, par tréfilage, sous un taux de réduction supérieur à 2,11 avec des recuits intermédiaires, la somme des teneurs en nickel et chrome étant comprise entre 20% et 35%.
Le brevet N° 97 01 858 (demande Européene EP-A-859064) traite de l'élaboration d'un fil en acier inoxydable austénitique à l'état de fil tréfilé écroui contenant une certaine proportion de martensite formée lors du tréfilage, le tréfilage étant effectué sans recuit, avec un taux de réduction cumulé supérieur à 6.
On entend par déformation cumulée par tréfilage ε, la valeur du logarithme népérien du rapport des sections initiale et finale. ( s = Log [So/Sf])
Le procédé décrit spécifie des compositions particulièrement stables vis-à-vis de la martensite d'écrouissage qui permettent l'obtention de charges à la rupture supérieures à 2200 MPa lorsque la déformation cumulée est très élevée et supérieure à 6.
En génerale, il est connu un procédé de tréfilage en deux phases avec une déformation cumulée de 0.7-3, EP-A-474530.
Les renforts de pneumatiques sont généralement réalisés par toronnage de fils de diamètre compris entre 0,1 mm et 0,30 mm. Dans le cas des aciers inoxydables, une charge à la rupture de 2200 MPa est suffisante compte tenu du fait que le comportement en service de l'acier n'est pas, ou seulement faiblement, dégradé par l'environnement humide.
Des charges à la rupture supérieures peuvent être intéressantes industriellement mais on rencontre des difficultés dans l'élaboration par tréfilage des fils à très hautes caractéristiques mécaniques car ceux ci deviennent cassants, notamment par un excès de martensite.
Il peut être utile de proposer aux fabricants de renforts de pneumatiques des fils aciers susceptibles d'être transformés sur leurs équipements, en prenant en compte des opérations de traitements physiques ou chimiques qui leur sont propres.
L'invention a pour but l'élaboration d'un fil tréfilé, notamment de fil de renfort de pneumatique de diamètre inférieur à 0,4 mm par tréfilage d'un fil-machine de base de diamètre supérieur ou égal à 5 mm ou d'un fil de base préalablement tréfilé en acier de composition donnée, et comportant une caractéristique mécanique en charge à la rupture supérieure à 2200 MPa et de préférence supérieure à 2400 MPa sans caractère de fragilité, c'est à dire comportant une striction non nulle en traction.
L'invention a pour objet un procédé d'élaboration d'un fil tréfilé, notamment de fil de renfort de pneumatique de diamètre inférieur à 0,4 mm par tréfilage d'un fil-machine de base d'un diamètre supérieur à 5 mm ou d'un fil de base préalablement tréfilé d'un acier de composition pondérale suivante:
  • 0,005% ≤ carbone ≤ 0,050%
  • 0,005% ≤ azote ≤ 0,050%,
       le carbone et azote satisfaisant de préférence la relation C% + N% ≤ 60 10-3%
  • 0,1% ≤ silicium ≤ 2,0%,
  • 0,1% ≤ manganèse ≤ 5%,
  • 5% ≤ nickel ≤ 12%,
  • 10% ≤ chrome ≤ 20%
  • 0,01 % ≤ cuivre ≤ 4%
  • 0,01 % ≤ molybdène ≤ 3%,
  • 0,0001 % ≤ soufre ≤ 0,030%,
  • 0,005% ≤ phosphore ≤ 0,10%,
  • des impuretés inhérentes à la fabrication en teneur inférieure à 0,5% pour chaque élément et inférieure à 1% au total, la composition satisfaisant la relation suivante: JM = 551 - 462*( C% + N% ) - 9,2 * Si% - 20 * Mn% - 13,7 * Cr% - 29*( Ni% + Cu% )- 18,5 * Mo%, avec
       -55 < JM < -30,
       le fil de base étant soumis à:
    • un tréfilage préalable sous un taux de déformation cumulé ε supérieur à 2 et inférieur à 4, pour obtenir un fil de diamètre compris entre 2 mm et 0,7 mm,
    • un traitement de recuit intermédiaire à plus de 700°C permettant la reconstitution d'une structure adoucie principalement austénitique,
    • éventuellement, un conditionnement avant réduction finale,
    • un tréfilage final, sous un taux de déformation cumulé ε inférieur à 4,5 et supérieur à 3, pour obtenir un fil de diamètre compris entre 0,1 mm et 0,4 mm,
    • le fil étant, pendant les deux opérations de tréfilage, maintenu à une température inférieure à 600°C, sans recuit entre les passes de tréfilage.
    Les caractéristiques préférentielles de l'invention sont :
    • en outre, la composition satisfait la relation suivante: JM = 551 - 462*( C% + N% ) - 9,2 * Si% - 20 * Mn% - 13,7 * Cr% - 29*( Ni% + Cu% )- 18,5 * Mo% , avec
         -55 < JM < -30, le taux de déformation au tréfilage étant lié à JM par la relation : - 9,23 ε - 17 < JM < - 9,23 ε + 3
    • la composition comprend de 3% à 4% de cuivre.
    • le conditionnement avant tréfilage final, est en outre, une opération de revêtement du fil recuit par un métal ou d'un alliage métallique choisi parmi : le cuivre, le laiton, le zinc.
    • le traitement de recuit intermédiaire est réalisé à une température comprise entre 700°C et 1350°C en un temps adapté à la température et à la méthode de chauffage,
    • le conditionnement avant tréfilage final, comprend, en outre, un traitement de diffusion à moins de 700°C, des dépôts de Cu, Zn, ou laiton sur fil recuit.
    L'invention concerne également un fil d'acier obtenu par ce procédé à savoir un fil de renfort de pneumatique de diamètre inférieur à 0,4 mm obtenu par tréfilage d'un fil machine de base de diamètre supérieur à 5 mm ou d'un fil de base préalablement tréfilé caractérisé par la composition pondérale suivante:
  • 0,005% ≤ carbone ≤ 0,050%
  • 0,005% ≤ azote ≤ 0,050%,
       le carbone et azote satisfaisant la relation C% + N% ≤ 60 10-3% 0,1 % ≤ silicium ≤ 2,0%,
  • 0,1% ≤ manganèse ≤ 5%,
  • 5% ≤ nickel ≤ 12%,
  • 10% ≤ chrome ≤ 20%
  • 0,01 % ≤ cuivre ≤ 4%
  • 0,01% ≤ molybdène ≤ 3%,
  • 0,0001 % ≤ soufre ≤ 0,030%,
  • 0,005% ≤ phosphore ≤ 0,10%,
  • des impuretés inhérentes à la fabrication en teneur inférieure à 0,5% pour chaque élément et inférieure à 1% au total;
       -le fil ayant subi, lors de son élaboration un recuit puis éventuellement, avant tréfilage final, un conditionnement comprenant une opération de revêtement d'un métal ou d'un alliage métallique choisi parmi : le cuivre, le laiton, le zinc, pouvant être suivi d'un traitement de diffusion.
    La description qui suit et les figures annexées, le tout donné à titre d'exemple non limitatif feront bien comprendre l'invention.
    La figure 1 présente le taux maximum de déformation cumulé ε qu'il est possible d'atteindre par tréfilage industriel entre les deux opérations de tréfilage, en fonction de l'indice JM défini par la relation satisfaisant la composition.
    Le figure 2 présente, en fonction du taux de déformation cumulé ε l'évolution de la charge à la rupture, dans le procédé selon l'invention (acier A et B), comparées à celle d'aciers de référence, hors invention.
    Le tréfilage d'un fil inoxydable de renfort dont le diamètre varie entre 0,1 et 0,4 mm, doit satisfaire une tenue en service du point de vue de l'endurance en fatigue en flexion ou en traction ou en torsion ainsi qu'une tenue à un environnement humide ou en sollicitation combinée: environnement humide et fatigue et frottement fil sur fil.
    Le fil fin est réalisé par tréfilage à partir d'un fil machine ou d'un fil d'acier préalablement tréfilé. Du fait de la composition de l'acier, après tréfilage, le fil tréfilé final présente des propriétés améliorées de résistance en traction et une ductilité résiduelle suffisante pour sa mise en assemblage, par exemple sous la forme de nappes, de câbles.
    Selon l'invention le tréfilage est réalisé avec un acier inoxydable de composition pondérale générale A et B présenté sur le tableau 1, les acier C, E, F, G étant pris en référence .
    Acier C N Si Mn Cr Ni Cu Mo S P JM
    A 0,023 0,032 0,38 0,54 18,2 10,0 0,36 0,23 0,0090 0,023 -36
    B 0,024 0,024 0,47 1,24 18,3 9,7 0,31 0,39 0,0011 0,025 -50
    C 0,011 0,027 0,40 1,83 17,2 8,1 3,24 0,36 0,0040 0,025 -78
    E 0,011 0,016 0,35 0,54 17,1 9,5 3,16 0,19 0,0020 0,027 -81
    F 0,085 0,038 0,85 1,05 17,5 8,2 0,38 0,21 0,0020 0,023 -27
    G 0,082 0,045 0,67 0,78 18,5 8,8 0,34 0,20 0,0030 0,025 -52
    L'invention permet de définir un acier inoxydable austénitique susceptible d'être tréfilé sans recuit depuis le fil machine de diamètre supérieur à 5 mm jusqu'à un diamètre compris entre 0,7 mm et 2 mm, puis, d'être recuit à ce diamètre intermédiaire, et, éventuellement revêtu, par exemple de laiton, et enfin d'être tréfilé à nouveau sans recuit, entre les passes de tréfilage, jusqu'à un diamètre final compris entre 0,4 mm et 0,1 mm. Ainsi, on obtient une caractéristique mécanique en charge à la rupture Rm supérieure à 2200 MPa, et de préférence, supérieure à 2400 MPa, sans caractère fragile. La composition selon l'invention satisfait à une relation JM compris dans un intervalle limité déterminé tel que pour des taux de réduction cumulée spécifiques lors du tréfilage final compris entre ε supérieur à 3, (soit de 1,6 mm à moins de 0,357 mm; de 1,2 mm à moins de 0,268 mm; de 0,8 mm à moins de 0,179 mm), et ε inférieur à 4,5, (soit de 1,6 mm à plus de 0,169 mm; de 1,2 mm à plus de 0,126 mm; de 0,8 mm à plus de 0,0084 mm), le tréfilage en direct de fil de diamètre final compris entre 0,1 mm et 0,4 mm soit possible sans fragilité excessive, avec une charge à la rupture supérieure à 2200 MPa.
    Par tréfilage en direct, on entend une opération de tréfilage comprenant une succession de passes de tréfilage pour chacune desquelles la température d'engagement du fil est comprise entre la température ambiante et 200°C, sans qu'à aucun moment le fil ne soit porté à une température supérieure à 600°C.
    Le tableau 1 présente, pour comparaison, des compositions aciers ne satisfaisant pas les caractéristiques de l'invention, (aciers C,E,F,G.).
    Le tableau 2 présente quelques exemples de tréfilage sur des aciers selon l'invention et hors invention.
    Acier Diamètre initial (mm) Diamètre final (mm) ε cumulé Rm MPa Martensite % Tréfilage
    A 4,36 1,19 2,60 2214 53 correct
    4,36 0,68 3,72 2500 69 casses
    B 1,0 0,18 3,43 2064 - correct
    5,67 1,0 3,47 1828 16 correct
    C 5,56 0,59 4,49 2165 69 correct
    5,56 0,55 4,63 2211 72 -
    5,56 0,25 6,24 2666 87 casses
    E 5,6 0,672 4,24 2069 62 correct
    5,6 0,355 5,52 2424 86 correct
    5,6 0,178 6,90 2644 90 casses
    F 5,5 1,8 2,14 1950 22 qques casses
    G 1,95 0,7 2,10 2064 35 qques casses
    Avec les aciers A et B selon l'invention, on peut tréfiler, sans casses excessives lors du tréfilage, avec une déformation cumulée supérieure à 3 et obtenir des fils ayant une charge à la rupture supérieure à 2200 MPa avec des déformations cumulées inférieures à 4,5.
    Avec l'acier E hors invention, dont le coefficient JM est inférieur à -55, on ne peut obtenir des charges à la rupture supérieures à 2200 MPa qu'avec une déformation cumulée supérieure à 4,6. Avec l'acier C, hors invention, dont le coefficient JM est inférieur à -55, il n'est pas possible d'obtenir des charges à la rupture supérieures à 2200 MPa, avec une déformation cumulée inférieure à 4,5.
    Avec l'acier F, à forte teneur en carbone, hors invention, la fragilité est atteinte au tréfilage pour des déformations cumulées de 3, et il n'est pas possible d'atteindre un ε supérieur à 3.
    Avec l'acier G, à forte teneur en carbone, hors invention, il en est de même, bien que l'indice JM se situe entre -30 et -55.
    Le tréfilage du fil est réalisé de préférence sur une machine multipasses le fil étant, d'une part, lubrifié au savon ou au lubrifiant liquide, et d'autre part, contrôlé en température entre 20°C et 180°C.
    Le fil peut également être laitonné entre les deux opérations de tréfilage. La couche de laiton améliore la capacité de tréfilage et l'adhésion du fil avec les élastomères des pneumatiques.
    Du point de vue métallurgique, il est connu que certains éléments d'alliage entrant dans la composition des aciers favorisent l'apparition de la phase ferrite de structure métallographique de type cubique centré. Ces éléments sont dit alpha-gènes. Parmi ceux-ci figurent le chrome, le molybdène, le silicium.
    D'autres éléments dits gamma-gènes favorisent l'apparition de la phase austénite de structure métallographique de type cubique à faces centrées. Parmi ces éléments figurent le carbone, l'azote, le manganèse, le cuivre, le nickel.
    Le carbone, l'azote, le chrome, le nickel, le manganèse, le silicium sont les éléments habituels permettant l'obtention d'un acier inoxydable austénitique.
    Il a été remarqué que les compositions formant une quantité excessive de martensite au tréfilage deviennent fragiles et cassantes au tréfilage. Cette quantité de martensite est fonction de la teneur totale en carbone et en azote de l'acier et est de l'ordre de 70% pour une teneur totale en carbone et azote inférieure ou égale à 0,060%, et par exemple, de 30% pour une teneur totale en carbone et azote d'environ 0,100%.
    Selon l'invention, l'acier comporte une teneur totale en carbone et azote inférieure ou égale à 0,060%, les conditions de tréfilage satisfaisant la relation suivante : -55 < JM < -30
    On a également remarqué que les compositions ayant un indice JM supérieur à la valeur déterminée ci-dessus et une teneur totale en carbone et azote de l'ordre de 0,040% deviennent cassantes avant d'atteindre le tréfilage au diamètre final.
    De la même manière, la présence en quantité excessive de silicium, c'est à dire en quantité supérieure à 2%, a pour effet de fragiliser le fil à l'état écroui par tréfilage en présence d'une quantité importante de martensite.
    Les teneurs en manganèse, chrome, soufre, sont choisies en proportion pour générer des sulfures déformables de composition bien déterminée.
    Le cuivre est ajouté à la composition de l'acier selon l'invention car il stabilise l'austénite et de ce fait, améliore les propriétés de déformation à froid. Cependant la teneur en cuivre est limitée à 4% pour éviter des difficultés de transformation à chaud car le cuivre, en quantité supérieure à 4%, abaisse sensiblement la limite supérieure de température de réchauffage de l'acier avant laminage, au delà de laquelle il y a fusion locale.
    Selon une forme de l'invention la teneur en soufre doit être inférieure à 0,030% pour obtenir des inclusions de sulfure d'épaisseur ne dépassant pas 5 µm sur produit laminé.
    Les inclusions grossières de type oxydes et sulfures sont généralement considérées comme néfastes vis à vis des propriétés d'emploi dans le domaine du tréfilage en fil fin et dans le domaine de la tenue en fatigue, notamment, en flexion et/ou en torsion.
    La composition de l'acier inoxydable selon l'invention, contenant plus de 5% de nickel, plus de 0,01% de cuivre, plus de 10% de chrome, une teneur totale en carbone et azote inférieure à 0,060%, un indice JM inférieur à -30, peut être tréfilée selon le procédé de l'invention jusqu'au diamètre final avec un taux de casse réduit, le fil conservant des caractéristiques mécaniques qui permettent son usage dans le domaine du renfort des pneumatiques.
    L'indice JM doit être compris dans l'intervalle -55 et -30. En effet, si JM est inférieur à -55, la quantité de martensite formée reste faible et la charge à la rupture ne peut atteindre des valeurs élevées supérieures à 2200 MPa, même après tréfilage final avec une déformation cumulée ε voisine de 4,5.
    Cette remarque justifie la limite de la teneur en chrome à moins de 20% et celle du total de cuivre et de nickel à moins de 16%.
    Le procédé appliqué au tréfilage de l'acier inoxydable selon l'invention permet d'obtenir un fil comportant une excellente tenue en fatigue mesurée par flexion rotative avec une contrainte d'endurance à 2.106 cycles supérieure à 1000 MPa.
    Le fil obtenu contient moins de 50% d'austénite ou plus de 50% de martensite. L'acier utilisé est à austénite légèrement instable avec une teneur totale en carbone et azote inférieure à 0,060%.
    Le procédé selon l'invention à partir d'un acier de composition optimisée pour une déformation à froid et tréfilage en fil fin assure:
    • une faible tendance à la formation de martensite, formation en quantité suffisante pour durcir l'acier, et en quantité insuffisante pour provoquer une fragilisation du fil après tréfilage,
    • une consolidation très progressive de telle sorte que la résistance à la rupture peut être comprise entre 2200 MPa et 3000 MPa pour un fil tréfilé de 0,18 mm tréfilé depuis 5,5 mm avec un recuit intermédiaire, ou pour d'autres tréfilés obtenus avec un taux de réduction cumulé de 3 à 4,5 après le dernier recuit.

    Claims (7)

    1. Procédé d'élaboration d'un fil tréfilé, notamment de fil de renfort de pneumatique de diamètre inférieur à 0,4 mm par tréfilage d'un fil-machine de base d'un diamètre supérieur à 5 mm ou d'un fil de base préalablement tréfilé d'un acier de composition pondérale suivante :
      0,005% ≤ carbone ≤ 0,050%
      0,005% ≤ azote ≤ 0,050%,
         le carbone et azote satisfaisant de préférence la relation C% + N% ≤ 60 10-3%
      0,1 % ≤ silicium ≤ 2,0%,
      0,1% ≤ manganèse ≤ 5%,
      5% ≤ nickel ≤12%,
      10% ≤ chrome ≤ 20%
      0,01 % ≤ cuivre ≤ 4%
      0,01 % ≤ molybdène ≤ 3%,
      0,0001 % < soufre ≤ 0,030%,
      0,005% ≤ phosphore ≤ 0,10%,
      le reste étant fer avec des impuretés inhérentes à la fabrication en teneur inférieure à 0,5% pour chaque élément et inférieure à 1% au total, la composition satisfaisant la relation suivante : JM = 551 - 462*( C% + N% ) - 9,2 * Si% - 20 * Mn% - 13,7 * Cr% - 29*( Ni% + Cu% )- 18,5 * Mo%, avec
         -55 < JM < -30,
         le fil de base étant soumis à :
      un tréfilage préalable sous un taux de déformation cumulé e supérieur à 2 et inférieur à 4, pour obtenir un fil de diamètre compris entre 2 mm et 0,7 mm,
      un traitement de recuit intermédiaire à plus de 700°C, permettant la reconstitution d'une structure adoucie principalement austénitique,
      éventuellement, un conditionnement avant réduction finale,
      un tréfilage final, sous un taux de déformation cumulé s inférieur à 4,5 et supérieur à 3, pour obtenir un fil de diamètre compris entre 0,1 mm et 0,4 mm,
      le fil étant, pendant les deux opérations de tréfilage, maintenu à une température inférieure à 600°C, sans recuit entre les passes de tréfilage.
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que en outre, la composition satisfait la relation suivante: JM = 551 - 462*( C% + N% ) - 9,2 * Si% - 20 * Mn% - 13,7 * Cr% - 29*( Ni% + Cu% )- 18,5 * Mo% , avec
         -55 < JM < -30, le taux de déformation au tréfilage étant lié à JM par la relation : - 9,23 ε - 17 < JM < - 9,23 ε + 3
    3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la composition comprend de 3% à 4% de cuivre.
    4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le conditionnement avant tréfilage final, est en outre, une opération de revêtement d'un métal ou d'un alliage métallique choisi parmi : le cuivre, le laiton, le zinc.
    5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le traitement de recuit intermédiaire est réalisé à une température comprise entre 700°C et 1350°C en un temps adapté à la température et à la méthode de chauffage.
    6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le conditionnement avant tréfilage final, comprend, en outre, un traitement de diffusion à moins de 700°C, des dépôts de cuivre, zinc, ou laiton sur fil recuit.
    7. Fil d'acier obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, notamment fil de renfort de pneumatique, de diamètre inférieur à 0,4 mm obtenu par tréfilage d'un fil machine de base de diamètre supérieur à 5 mm ou d'un fil de base préalablement tréfilé caractérisé par la composition pondérale suivante:
      0,005% ≤ carbone ≤ 0,050%
      0,005% ≤ azote ≤ 0,050%,
         le carbone et azote satisfaisant de préférence la relation C% + N% ≤ 60 10-3%
      0.1% ≤ silicium ≤ 2,0%,
      0,1% ≤ manganèse ≤ 5%,
      5% ≤ nickel ≤12%,
      10% ≤ chrome ≤ 20%
      0,01 % ≤ cuivre ≤ 4%
      0,01 % ≤ molybdène ≤ 3%,
      0,0001 % ≤ soufre ≤ 0,030%,
      0,005% ≤ phosphore ≤ 0,10%,
      des impuretés inhérentes à la fabrication en teneur inférieure à 0,5% pour chaque éléments et inférieure à 1% au total,
         le fil ayant subit éventuellement, lors de son élaboration un conditionnement avant tréfilage final comprenant une opération de revêtement d'un métal ou d'un alliage métallique choisi parmi : le cuivre, le laiton, le zinc, pouvant être associé à un traitement de diffusion.
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