FR2510007A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF HIGH STRENGTH MACHINE YARN SUITABLE FOR DIRECT DRAWING - Google Patents
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Abstract
CE PROCEDE APPORTE UNE SOLUTION AU PROBLEME TECHNIQUE CONSISTANT A APPLIQUER LA COULEE CONTINUE POUR LA PRODUCTION DE BILLETTES A PARTIR DESQUELLES ON PUISSE OBTENIR DU FIL MACHINE A HAUTE RESISTANCE, SUSCEPTIBLE D'ETRE TREFILE SANS QU'IL SOIT NECESSAIRE DE LE SOUMETTRE A DES TRAITEMENTS THERMIQUES INTERMEDIAIRES. LA COMPOSITION DE L'ACIER DE DEPART EST LIMITEE A UNE GAMME DE LA TENEUR EN CARBONE DE 0,68 A 0,76 EN POIDS ET A UNE GAMME DE LA TENEUR EN CHROME DE 0,20 A 0,50 EN POIDS, ET L'ACIER FONDU EST COULE EN CONTINU SOUS FORME DE BILLETTES, TANDIS QUE L'ACIER SOLIDE, SOUS FORME DE POUDRE OU DE GRAINS, EST AJOUTE AU MOULE DANS DES PROPORTIONS COMPRISES ENTRE 0,1 ET 5 EN POIDS DE LA FONTE D'ACIER LIQUIDE.THIS PROCESS PROVIDES A SOLUTION TO THE TECHNICAL PROBLEM CONSISTING OF APPLYING THE CONTINUOUS CASTING FOR THE PRODUCTION OF TICKETS FROM WHICH WE CAN OBTAIN HIGH-STRENGTH MACHINE WIRE, LIKELY TO BE THREADED WITHOUT THE NECESSARY SUBMISSION OF THERMIES. INTERMEDIARIES. THE COMPOSITION OF THE STARTING STEEL IS LIMITED TO A RANGE OF CARBON CONTENT OF 0.68 TO 0.76 BY WEIGHT AND TO A RANGE OF CHROME CONTENT OF 0.20 TO 0.50 BY WEIGHT, AND L MELT STEEL IS CONTINUOUSLY CAST IN THE FORM OF BILLETS, WHILE THE SOLID STEEL, IN THE FORM OF POWDER OR GRAINS, IS ADDED TO THE MOLD IN PROPORTIONS BETWEEN 0.1 AND 5 BY WEIGHT OF THE LIQUID STEEL CAST IRON .
Description
La présente invention concerne un procédé pour la productionThe present invention relates to a process for the production
d'acier de fil machine à haute résistance, se prêtant au tréfi- high strength wire rod steel, suitable for wire drawing
lage direct Plus précisément, elle apporte une solution au problème technique consistant à appliquer la coulée continue pour la production de billettes à partir desquelles on puisse obtenir du fil machine h haute résistance, susceptible d'être More specifically, it provides a solution to the technical problem of applying continuous casting for the production of billets from which it is possible to obtain high-strength wire rod, capable of being
tréfilé sans qu'il soit necessa e de le soumettre à des traite- drawn without the need to subject it to
ments thermiques intermédiaire "Haute résistance" dans le "High resistance" intermediate thermal elements in the
présent contexte signifie des résistancesà la rupture par trac- present context means resistance to breakage by trac-
tion de plus de 1000 Nxmm-2 pour le fil machine. tion of more than 1000 Nxmm-2 for the wire rod.
On connait des aciers de fil machine à haute résistance, tr.filables directement, ôtais en raison de leur composition, il est très difficile d'exploiter les avantages offerts par les techniques de coulée continue pour les produire Par exemple, le brevet des Etats-Unis N 2 4 123 296 décrit un fil machine à haute résistance, tréfi lable directement, qui contient entre 0,65 et 0,90 % de carbone et entre 0,15 et 1,5 % de chrome Le texte du mémoire de ce brevet ne fait aucune allusion aux techniques de We know high strength wire rods, tr.filables directly, but due to their composition, it is very difficult to exploit the advantages offered by continuous casting techniques to produce them For example, the patent of the United Unis N 2 4 123 296 describes a high-strength wire rod, directly wireable, which contains between 0.65 and 0.90% of carbon and between 0.15 and 1.5% of chromium The text of the specification of this patent makes no reference to the techniques of
coulée de l'acier, et les problèmes qui résultent de la ségréga- casting of steel, and the problems that result from segregation -
tion du carbone au cours de la solidification n'y sont pris en considération que très brièvement A notre avis, cela signifie ue 'l'acier suivant le brevet des Etats-Unis est coulé selon des techniques classiques en petits lingots En effet, on voit d'une part que la composition de l'acier prévoit des taux de carbone qui dépassent m Ame celui du carbone dans l' eutectoide (aux alentours de 0,80 % dans ces aciers) et qu'en mme temps, elle prévoit des taux de chrome propres à abaisser davantage encore la teneur en carbone de l'eutecto Ide; d'autre part, on sait qu'au cours de la solidification de billettes coulées en tion of carbon during solidification are taken into account there only very briefly In our opinion, this means that the steel according to the patent of the United States is cast according to conventional techniques in small ingots Indeed, we see on the one hand that the composition of the steel provides for carbon levels which exceed even that of the carbon in the eutectoid (around 0.80% in these steels) and that at the same time, it provides for rates chromium suitable for further lowering the carbon content of eutecto Ide; on the other hand, we know that during the solidification of billets cast in
251 C 007251 C 007
continu, la ségrégation du carbone est beaucoup plus marquée dans la zone axial Ie de la billette Effectivement, avec ce type continuous, the carbon segregation is much more marked in the axial zone Ie of the billet Indeed, with this type
d'acier, le carbone dans la zone axiale peut facilement attein- of steel, the carbon in the axial area can easily reach
dre des concentrations de plus de 1 %, ce oui rend cette zone incontestablement hypereutectoide (Trans ISI J, vol 12, 1972, dre concentrations of more than 1%, this yes makes this area undoubtedly hypereutectoid (Trans ISI J, vol 12, 1972,
page 102 sqq).page 102 sqq).
En dépit de traitements thermiques et mécaniques intermé- Despite intermediate thermal and mechanical treatments
diaires, cette ségrégation persiste dans le fil machine, bien diaires, this segregation persists in the wire rod, well
que sous une forme peut-être atténuée. only in a form that may be attenuated.
C'est un fait connu que, dans la gamme desvitesses de It is a known fact that in the range of speeds
refroidissement oui sont praticables d'un point de vue commeer- cooling yes are practicable from a standpoint like-
cial dans la production du fil machine, il se produit une modi- cial in the production of wire rod, there is a
fication marquée des caractéristiaues de transformation par refroidissement continu de la composition hypereutecto 1 de, avec formation de cémentite pro-eutectoîde intergranulaire avant la perlite Cela est confirmé, non seulement par le brevet cité, dans lequel il est dit que la limite supérieure de la teneur en carbone est fixée par la nécessité d'éviter la formation de cé-mentite pro-eutectoide, mais aussi par la publication de l'University of Michigan, "Transformr:ation and Hardenability of Steels Symposium", 1967, pages 155-157 et p:ar l'Atlas du Max Planck Institut, vol 2, planches 225 B, 241 E, 120 N et 121 L. La présence de cémentite intergranulaire dans une matrice principalement perlitique emp che que le fil machine obtenu de cette manière puisse être tréfilé directement: il doit être marked fication of the characteristics of transformation by continuous cooling of the composition hypereutecto 1 of, with formation of cementite pro-eutectoid intergranular before perlite This is confirmed, not only by the patent cited, in which it is said that the upper limit of the content in carbon is fixed by the need to avoid the formation of pro-eutectoid cementite, but also by the publication of the University of Michigan, "Transformr: ation and Hardenability of Steels Symposium", 1967, pages 155-157 and p: ar Atlas du Max Planck Institut, vol 2, boards 225 B, 241 E, 120 N and 121 L. The presence of intergranular cementite in a mainly pearlitic matrix prevents the wire rod obtained in this way from being drawn directly: it must be
trempé au plomb afin d'éliminer la cémentite interranulaire. lead soaked to remove interranular cementite.
en raison de la formation de cavités en chevron caractéristicues dans le réseau de cémentite au cours de l'étirage à froid Ces défauts aboutissent aux fractures typiques en coupe du fil lors due to the formation of characteristic chevron cavities in the cementite network during cold drawing These defects result in typical wire-cut fractures during
de la phase ultérieure de tréfilage, au cours d'autres opéra- of the subsequent wire drawing phase, during other operations
tions et/ou à l'usage Il est donc impossible de commercialiser et d'utiliser le produit aux niveaux de qualité désirés et exigés Btant donné que les hautes résistances de ces aciers tions and / or use It is therefore impossible to market and use the product at the desired and required quality levels, given that the high strengths of these steels
proviennent précisément de la forte teneur en carbone, il sen- come precisely from the high carbon content, it feels
blerait donc qu'avec la tendance marquée du carbone a la ségrégation au cours de la coulée continue, ce procédé soit would therefore blame that with the marked tendency of carbon to segregation during continuous casting, this process is
très difficile à appliquer.very difficult to apply.
Des expériences menées au cours des recherches aui ont abouti à la présente invention ont confirmé qu'il existe de sérieux problèmes d'aptitude au tréfilage avec le fil machine à haute résistance et, par suite, à forte teneur en carbone (C 0,80 %), du fait que celui-ci a de fortes chances de se Experiments carried out in the course of research which have led to the present invention have confirmed that there are serious problems of suitability for drawing with high tensile wire rod and therefore with a high carbon content (C 0.80 %), because it is likely to
rompre lors du tréfilage, en conséquence directe de la ségnéga- break during wire drawing, as a direct consequence of segnega-
tion axiale de la matière.axial tion of the material.
Le but de la présente invention est d'apporter une solution oui réduise au minimum le problème de la ségrégation du carbone lors de la solidification d'acier coulé en continu, de manière The object of the present invention is to provide a solution that minimizes the problem of carbon segregation during the solidification of continuously cast steel, so
à éviter la formation de cémentite pro-eutectolde intergranu- to avoid the formation of cementite pro-eutectolde intergranu-
laire dans le fil machine.wire in the wire rod.
Un autre but de l'invention est de modifier la structure de solidification de l'acier coulé en continu, de manière à réduire au minimum ou à éliminer complètement les difficultés typiques telles que les "ponts de solidification" et la porosit é Another object of the invention is to modify the solidification structure of the continuously cast steel, so as to minimize or completely eliminate the typical difficulties such as "solidification bridges" and porosity.
centrale, qui aboutissent elles aussi à une ségrégation locale. central, which also lead to local segregation.
Un autre but encore de l'invention est de fournir une cor m- Yet another object of the invention is to provide a cor m-
position d'acier qui, bien (que se situant dans des ga imes connues de dosage des constituants, rende possible la coulée en continu, tout en éliminant les problèmes résultant de la ségrégation et en assurant de hautes résistances du fil machine et des produits position of steel which, although (being in known ranges of dosage of constituents, makes possible continuous casting, while eliminating the problems resulting from segregation and ensuring high resistance of the wire rod and products
fabrioués à partir de celui-ci.made from it.
D'après l'un des aspects de la présente invention, il est nécessaire d'intervenir dans le procédé de coulée continue, de manière à réduire au minimum la ségrégation du carbone dans la According to one aspect of the present invention, it is necessary to intervene in the continuous casting process, so as to minimize the carbon segregation in the
zone axiale de la billette.axial zone of the billet.
Il existe également d'autres problèmes liés au procédé de coulée continue, qui surviennent au cours de la fabrication de fil machine et qui peuvent compliquer les choses En effet, étant Aonné oue le produit final est une barre ronde de petite section transversale, il est évident qu'il serait avantage'ux de produire des billettes coulées en continu de petite section transversale, de façon à réduire les frais ultérieurs de laminage Toutefois, en raison de l'utilisation de busettes à décharge constante et, par suite, sans l'aide de quenouilles, la coulée de billettes de There are also other problems associated with the continuous casting process, which arise during the production of wire rod and which can complicate matters. Indeed, being given that the final product is a round bar of small cross section, it is obvious that it would be advantageous to produce continuously cast billets of small cross section, so as to reduce the subsequent rolling costs, however, due to the use of constant discharge nozzles and, consequently, without the using cattails, casting billets
petite section exige, par rapport à la température de solidifi- small section requires, in relation to the solidification temperature
cation, un degré de surchauffage (/T) qui est beaucoup plus Alevi que ce qui est nécessaire pour la coulée de blooms de grand calibre Ce surchauffage prolonge les temps de solidification de la billette et, en raison de la tendance à la solidification cation, a degree of superheating (/ T) which is much higher than what is necessary for the casting of large caliber blooms This overheating prolongs the times of solidification of the billet and, because of the tendency to solidification
dans la coulée continue, aggrave le problème de ségrégation. in continuous casting, aggravates the segregation problem.
Il a été découvert que, dans le cas particulier de billet- It has been discovered that, in the particular case of billet-
tes pour fil machine, l'application de la technique consistant for wire rod, the application of the consistent technique
à ajouter des poudres ou grains de métal dans le moule techni- to add powders or grains of metal to the technical mold
que qui est connue par exemple d'après les demandes de brevet italien n 48510 A/73, 49007 A/77 et 49008 A/78 déposées par quelques-uns des auteurs de la présente invention ne fait oas Qu'accélérer la solidification, selon ce oui est indiqué dans ces demandes de brevet, en absorbant une partie-ou la totalité de la that which is known for example from Italian patent applications No. 48510 A / 73, 49007 A / 77 and 49008 A / 78 filed by some of the authors of the present invention does nothing but accelerate solidification, according to this yes is indicated in these patent applications, by absorbing some - or all of the
chaleur de surchauffage, mais fournit aussi un nombre considéra- superheat heat but also provides a considerable number
ble de noyaux de solidification, ce oui oermet d'obtenir une structure à grains fins Eéoiaxes, en évitant ainsi la formation de ros cristaux de structure basaltique, s'étendant depuis la peau de la billette vers le centre De cette manière, il est possible d' éviter la formation des %"ponts:e solidification" oui sont à l'origine de ségrégation dans des zones restreintes, et de réduire de façon marquée la formation de oorosité axlale et de cavités Le résultat global est une réduction notable de l'intensité et de la distribution de la ségrégation, plus comme ble of solidification nuclei, this yes allows to obtain a fine grain structure Eéoiaxes, thus avoiding the formation of ros crystals of basaltic structure, extending from the skin of the billet towards the center In this way, it is possible to avoid the formation of the% "bridges: solidification" yes are at the origin of segregation in restricted zones, and to reduce in a marked way the formation of axoral porosity and cavities The overall result is a notable reduction of the intensity and distribution of segregation more like
mentionné ci-dessus la formation d'une structure de solidifi- mentioned above the formation of a solidification structure
cation qui est plus favorable à l'obtention d'un ielleur produit cation which is more favorable for obtaining a better product
final.final.
Différents choix peuvent être faits, quant aux quantités, aux types et aux compositions des additions en poudre ou en prains, selon le modèle de la m achine de coulée continue, le Different choices can be made, as to the quantities, types and compositions of the powder or mash additions, depending on the model of the continuous casting machine, the
format du produit final et la qualité de celui-ci. format of the final product and the quality of it.
De façon générale, on peut dire que la grosseur des poudres peut se situer entre 0,01 et 1 mm, tandis que les grai:s peuvent être compris dans la gamme de O,1 à 2,5 mn La proportion de métal ajouté est de l'ordre de O,1 à 5 % en poids par rapport In general, it can be said that the size of the powders can be between 0.01 and 1 mm, while the greases: can be included in the range from 0.1 to 2.5 min. The proportion of metal added is of the order of 0.1 to 5% by weight relative to
à la fonte d'acier, tandis que la teneur en carbone des addi- to cast iron, while the carbon content of additives
tions en poudre ou en grains se situe entre 0,05 et 2 % en poids. powder or grain is between 0.05 and 2% by weight.
Les gammes granulométriques indiquées n'ont aucune influ- The size ranges indicated have no influence
ence du point de vue du procédé Le chiffre inférieur, dans le from a process point of view The lower number, in the
cas des poudres, indique simplement une limite pour une applica- in the case of powders, simply indicates a limit for an application
tion économique aisée, tandis que le chiffre supérieur relatif aux grains indique la limite de solubilité facile de la matière easy economic tion, while the upper figure relating to the grains indicates the limit of easy solubility of the material
solide dans le métal en fusion.solid in molten metal.
La gaminme donnée pour la proportion de métal ajouté est significative, en ce sens qu'une addition de moins de O,1 % The range given for the proportion of metal added is significant, in the sense that an addition of less than 0.1%
n'a guère d'effet sur la ralité du oroduit, alors qu'une addi- has little effect on the reality of the oroduit, whereas an addi-
tion de plus de 5 % de métal solide, avec les formats usuels des bi Ilettes et dans les conditions normales de surchauffage, ne se dissout pas conmpltement dans la masse fondue, ce qui tion of more than 5% solid metal, with the usual formats of bi Ilettes and under normal conditions of overheating, does not dissolve fully in the melt, which
fait oue des points de discontinuité sont formés. where discontinuity points are formed.
La petite quantité de poudre ajoutée ne modifie guère la composition de l'acier Toutefois, si une ségrégation marquée du carbone est à craindre, en raison du format des billettes, de la composition de l'acier ou du surchauffage, l'addition de métal solide à faible teneur ou à très faible teneur en carbone, au voisinage de la limite supérieure, favorise grandement la The small amount of powder added hardly changes the composition of the steel. However, if a marked carbon segregation is to be feared, due to the size of the billets, the composition of the steel or the overheating, the addition of metal solid with low or very low carbon content, near the upper limit, greatly promotes the
redistribution et l'homogénéisation du carbone dans la billette. redistribution and homogenization of carbon in the billet.
Enfin, de façon déjà comnnue en soi, les additions solides peuvent être également utilisées pour introduire des éléments d'alliage, tels que Cr et A 1 par exemple, afin de régler la Finally, already known per se, the solid additions can also be used to introduce alloying elements, such as Cr and A 1 for example, in order to adjust the
composition ou même pour obtenir un bon alliage. composition or even to get a good alloy.
D'après un autre aspect de la présente invention, il est désirable de donner une composition particulière à l'acier fondu, de manière à réduire encore les problèmes de ségrégation, According to another aspect of the present invention, it is desirable to give a particular composition to the molten steel, so as to further reduce the problems of segregation,
tout en maintenant une haute résistance mécanique du fil machi- while maintaining high mechanical strength of the machined wire
ne et des produits qui en dérivent La teneur en carbone est donc limitée à la gamme de 0,68 à 0,76 % et la haute résistance ne and products derived therefrom The carbon content is therefore limited to the range of 0.68 to 0.76% and the high resistance
mécanique est restituée par l'addition de chrome dans une pro- mechanics is restored by the addition of chromium in a pro-
portion comprise entre 0,20 et 0,50 %. portion between 0.20 and 0.50%.
Les raisons de ces limites analytiques proviennent du fait qu'au-dessous de 0,68 % de carbone, on obtient des valeurs peu satisfaisante de la résistance mécanique, tandis qu'au-delà de The reasons for these analytical limits come from the fact that below 0.68% of carbon, unsatisfactory values of the mechanical resistance are obtained, while beyond
0,76 % de carbone, il peut se produire des phénomènes indésira- 0.76% carbon, undesirable phenomena may occur
bles de ségrégation dans le fil machine Pour ce qui est du chrome, une addition de moins de 0,20 % ne garantit pas les résultats voulus, tandis qu'avec plus de 0,50 %, la part du carbone dans la composition de l'eutectoide baisse encore, d'o il résulte que la ségrégation du carbone, inévitable bien que wheat segregation in the wire rod For chromium, an addition of less than 0.20% does not guarantee the desired results, while with more than 0.50%, the share of carbon in the composition of the eutectoid drops further, from which it follows that carbon segregation, inevitable although
minime, pourrait aboutir à la formation de cémentite pro-eutec- minimal, could lead to the formation of pro-eutectic cementite
toide intergranulaire au moment o le fil machine est refroidi, intergranular roof when the wire rod is cooled,
ce qui annulerait les avantages de la présente invention. which would negate the advantages of the present invention.
Un certain nombre de bains de fusion à usage commercial ont été préparés, puis étirés en fil machine de 11,5 mm de diamètre et en fil d'environ 4 mm de diamètre Les compositions A number of commercial baths have been prepared and then drawn into 11.5 mm diameter wire rod and approximately 4 mm diameter wire. The compositions
des aciers étaient les suivantes.steels were as follows.
Bain de fusion O % Cr% ?n% Sif A 1 S% J% Fusion bath O% Cr%? N% Sif A 1 S% J%
A 0,65 0,40 0,80 0,25 0,065 0,010 0,019 Q A 0.65 0.40 0.80 0.25 0.065 0.010 0.019 Q
B 0,70 0,30 0,78 0,25 0,062 0,011 0,018 B 0.70 0.30 0.78 0.25 0.062 0.011 0.018
C 0,71 0,50 0,80 0,25 0,064 0,010 0,019 C 0.71 0.50 0.80 0.25 0.064 0.010 0.019
D 0,75 0,40 0,80 0,26 0,061 0,010 0,CO O D 0.75 0.40 0.80 0.26 0.061 0.010 0, CO O
B 0,75 0,60 0,80 0,25 0,064 0,010 0,019 B 0.75 0.60 0.80 0.25 0.064 0.010 0.019
F 0,80 0,30 0,81 0,30 0,050 0,013 0,018 F 0.80 0.30 0.81 0.30 0.050 0.013 0.018
Les résultats obtenus après laminage et tréfilage direct ont été les suivants Bain del Fil machine R Nxmm 2 Fil R Nxmm-2 The results obtained after rolling and direct drawing were the following Bain del Machine wire R Nxmm 2 Wire R Nxmm-2
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Toron ' R Nxmm-2 Aptitude au tréfilage Bonne Très bonne Très bonne Très bonne Mauvais e Mauvaise Défauts de tréfilage Aucun Aucun Aucun Fracture en cupule Fracture en cupule Comme on peut le voir' manifestement, analytique très n'est possible, étroite qui a été indiquée hii l'obtenir les résultats en dehors de la ganmme précédemment, il vo-ulus quant à la Strand 'R Nxmm-2 Wire drawing ability Good Very good Very good Very good Poor e Bad Wire drawing faults None None None Cup fracture Cup fracture As can be seen' obviously, very analytical is not possible, narrow which has been indicated hii get the results outside the ganmme previously it vo-ulus as to the
qualité, ni de tréfiler directement le fil machine En particu- quality, nor to draw the wire rod directly In particular
lier, il est visible qu'avec 0,65 % de carbone, même avec une teneur en chrome relativement élevée, la résistance voulue n'est pas atteinte, tant dans le fil machine que dans le fil tréfilé, tandis qu'avec plus rle 0,76 % de carbone ou plus de 0,50 % de chrome, l'aptitude au tréfilage devient mauvaise et il peut se bind, it is visible that with 0.65% carbon, even with a relatively high chromium content, the desired resistance is not achieved, both in the wire rod and in the drawn wire, while with more rle 0.76% carbon or more than 0.50% chromium, the drawing ability becomes poor and may
produire des ruptures du fil.produce wire breaks.
fusion A B C D Ffusion A B C D F
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