PROCEDES ET DISPOSITIFS PERMETTANT DE TRAITER THERMIQUEMENT DES FILS METALLIQUES EN LES FAISANT PASSER SUR DES CABESTANS.
L'invention concerne les procédés et les dispositifs permettant de traiter thermiquement des fils métalliques. De tels procédés et dispositifs permettent par exemple la perlitisation de fils d'acier de façon à obtenir une structure perlitique fine, à une vitesse importante, par exemple au moins ég'ale à 15 m/s.
Il e :onnu par le brevet SU-A-1 224 347 d'effectuer un traitement de perlitisation en faissant passer un fil d'acier sur des cabestans lisses placés dans l'air ambiant, de façon à effectuer ce traitement à une vitesse notablement plus élevée que dans une installation classique de patentage au plomb, et sans avoir les inconvénients de cette technique au plomb, qui sont notamment les dangers concernant l'hygiène et la protection de l'environnement. L'expérience montre que le procédé décrit da ce brevet conduit à l'obtention de produits ayant une valeur d'usage nettement moins bonne que celle que l'on peut obtenir avec le patentage au plomb. En effet la courbe de refroidissement comporte une zone de recalesceπce importante, par exemple une remontée de température de 50*C pour des fils ayant un diamètre de 3 mm. Cette recalescence importante est due au mauvais coefficient de transfert thermique entre le fil et le cabestan, qui conduit à un écart de température important entre le fil et le cabestan lorsque la pointe de puissance thermique provoquée par la transformation de l'austénite en perlite se produit. Or la présence d'une recalescence supérieure à 20*C au cours du traitement thermique ne permet pas d'obtenir une valeur d'usage élevée des fils, en particulier lorsqu'ils ont des diamètres importants.
Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de traiter thermiquement un fil métallique en faisant passer le fil sur des cabestans, de façon à avoir en même temps une vitesse importante de défilement du fil et un bon échange thermique entre le fil et le cabestan.
En conséquence l'invention concerne un procédé permettant de traiter thermiquement au moins un fil métallique à l'aide de cabestans, ce procédé étant caractérisé par les points suivants : a) on fait passer le fil sur au moins deux cabestans conduisant la chaleur comportant des gorges, le fil étant moufle, croisé dans ces gorges, la largeur des gorges étant légèrement supérieure à celle du fil, un gaz, dans les gorges, étant au contact du fil et des cabestans ;
b) on chauffe ou en refroidit les cabestans par l'intermédiaire d'au moins un gaz, disposé entre les cabestans et au moins une pièce, ce gaz étant au contact des cabestans et de la pièce, cette pièce qui conduit la chaleur, étant située à l'extérieur des cabestans, en faisant circuler un fluide caloporteur au contact de la pièce ;
c) on choisit l'épaisseur de la couche de gaz, entre les cabestans et la pièce, en fonction du traitement thermique à effectuer.
L'invention concerne également un dispositif permettant de traiter thermiquement au moins un fil métallique à l'aide de cabestans, le dispositif étant caractérisé par les points suivants ;
a) il comporte au moins deux cabestans conduisant la chaleur et comprenant des gorges, des moyens permettant de faire défiler le fil dans les gorges des cabestans, le fil étant moufl croisé dans ces gorges, la largeur des gorges étant légèrement supérieure à celle du fil et un gaz, dans les gorges, au contact du fil et des cabestans ;
b) il comporte des moyens permettant de chauffer ou de refroidir les cabestans, ces moyens comprenant :
- au moins une pièce conduisant la chaleur et située à l'extérieur des cabestans ;
- des moyens permettant de faire circuler un fluide caloporteur au contact de la pièce ;
- un gaz disposé entre les cabestans et la pièce, au contact des cabestans et de la pièce ;
c) il comporte des moyens permettant de faire varier l'épaisseur de la couche de gaz entre les cabestans et la pièce, en fonction du traitement thermique à effectuer.
L'invention concerne également les installations de traitement thermique de fils métalliques comprenant au moins un dispositif conforme à l'invention.
L'invention concerne également les fils métalliques traités avec le procédé et/ou le dispositif et/ou les installations conformes à l'invention, ainsi que les articles renforcés par ces fils, de tels articles étant par exemple des articles en caoutchouc et/ou en matières plastiques, notamment des courroies, des tuyaux, des enveloppes de pneumatiques.
L'invention sera aisément comprise à l'aide des exemples non limitatifs qui suivent et des figures toutes schématiques relatives à ces exemples.
Sur le dessin :
- La figure 1 représente en coupe un dispositif conforme à l'invention comportant deux cabestans comportant des gorges, cette coupe étant schématisée par les segments de ligne droite I-I à la figure 2 ;
La figure 2 représente selon une autre coupe le dispositif conforme à l'invention représenté à la figure 1, la coupe de la figure 2 étant schématisée par les segments de ligne droite II-II à la figure 1 ;
La figure 3 est une vue de face des deux cabestans du dispositif conforme à l'invention représenté aux figures 1 et 2, avec le fil moufle sur ces cabestans, les autres parties du dispositif étant supposées enlevées ;
La figure 4 est une vue latérale des deux cabestans du dispositif conforme à l'invention représenté aux figures 1 et 2, avec le fil moufle sur ces cabestans, les autres parties du dispositif étant supposées enlevées ;
La figure 5 est une coupe d'une portion d'un des cabestans représentés aux figures 3 et 4, cette coupe étant schématisée par les segments de lignes droites V-V à la figure 3 ;
La figure 6 représente plus en détail en coupe une des gorges du cabestan représenté à la figure 5, la coupe étant effectuée dans les mêmes conditions qu'à la figure 5 ;
La figure 7 représente une installation complète comportant six dispositifs conformes à l'invention, cette installation permettant d'effectuer un traitement de perlitisation ;
La figure 8 représente l'évolution, en fonction du temps, de la température du fil et des cabestans dans l'installation représentée à la figure 7 ;
La figure 9 représente l'évolution de la transformation de l' austénite en perlite au cours du temps lors du. traitement du
fil dans l'installation représentée à la figure 7 ;
- La figure 10 représente en coupe une portion de la structure perlitique du fil traité dans l'installation représentée à la figure 7.
Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 1 conforme à l'invention mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention Ce dispositif 1 comporte deux cabestans 2,3 sur lesquels s'enroule le fil 4 à traiter. Les cabestans 2,3 conducteurs de la chaleur sont réalisés par exemple avec des matières métalliques. L'axe de rotation du cabestan 2 est référencé xx' et l'axe du cabestan 3 est référencé yy'. Les axes xx' et yy' sont parallèles entre eux et situés par exemple dans un même plan vertical. La figure 1 est une coupe du dispositif 1 suivan le plan vertical passant par les axes x ' et yy' ; la figure 2 est une coupe du dispositif 1 suivant un plan vertical perpendiculaire aux axes xx' et yy' ; la figure 3 est une vue d face des cabestans 2 et 3, avec le fil 4 moufle sur ces cabestans et la figure 4 est une vue latérale de ces cabestans et 3 avec le fil 4 moufle sur ces cabestans, les autres parties du dispositif 1 étant supposées enlevées sur ces figures 3 et 4. La coupe de la figure 1 est schématisée par les segments de ligne droite I-I à la figure 2, et la coupe de la figure 2 est schématisé par les segments de ligne droite II-II à la figure 1. L'axe xx' est représenté par la lettre x aux figures 2 et 3 et l'axe yy' est représenté par la lettre y aux figures 2 et 3. Le fil 4 arrive, dans la direction de la flèche Fa, au point 5 du cabestan inférieur 2 (figure 3). Le cabestan 2 est actionné en rotation autour de l'axe xx' par un moteur non représenté sur le dessin dans un but de simplification, la rotation du cabestan 2 étant schématisée par la flèche F2. Le fil 4 est entraîné par le cabestan 2 jusqu'au point 6 où il quitte le cabestan 2 et se dirige dans le sens de la flèche F2-3 vers le cabestan supérieur
3 non motorisé. Il prend contact au point 7 avec le cabestan 3 qui le soutient jusqu'au point 8, la rotation du cabestan 3 autour de l'axe yy' étant schématisée par la flèche F3.
Le fil 4 quitte alors le cabestan 3 et se déplace dans le sens de la flèche F3-2 jusqu'au cabestan 2 qu'il contacte au point 9. Le cabestan 2 entraîne alors le fil 4 une nouvelle fois dans sa rotation en direction du cabestan 3. Le mouflage du fil 4 sur les cabestans 2 et 3 est croisé, c'est-à-dire que la rotation F3 du cabestan 3, entraîné par le fil 4, est de sens opposé à la rotation F2 du cabestan 2, les directions F2-3 et F3-2 se croisant, sans qu'il y ait de contact entre les portions successives du fil 4 entre les cabestans 2 et 3. Ce trajet est répété plusieurs fois, le fil 4 effectuant ainsi plusieurs parcours en forme de huit sur les deux cabestans 2 et 3. Le fil
4 quitte enfin la paire de cabestans 2,3 au point 10 du cabestan inférieur 2, dans le sens de la flèche Fs (figure 3).
Le contact du fil 4 avec les cabestans 2 et 3 s'effectue dans des gorges 11 pratiquées sur ces cabestans.
La figure 5 est une coupe d'une portion du cabestan 2, selon un plan passant par l'axe xx' de ce cabestan, cette coupe étant schématisée par les segments de lignes droites V-V à la figure 3.
Cette coupe présente des gorges 11 dont une est représentée agrandie à la figure 6, avec le fil 4 disposé dans cette gorge, la coupe de la figure 6 étant effectuée selon le même plan que la figure 5. Le cabestan 2 comporte par exemple sept gorges 11, chacune de ces gorges ayant pour axe l'axe xx' du cabestan 2. Dans le plan de la figure 6, la largeur J de la gorge 11 est légèrement supérieure au diamètre Df du fil 4, la gorge 11 ayant un fond 110 dont la forme est un demi-cercle de diamètre J à la
figure 6. Toutes les gorges 11 des cabestans 2 et 3 ont la même forme et la même largeur J.
Le jeu radial (J-Df)/2 et l'écartement p entre les gorges 11 (pas des gorges) doivent être suffisamment grands pour que le fil 4 puisse aller de la gorge 11 d'un cabestan à la gorge 11 correspondante de l'autre cabestan, sans qu'il y ait de frottement du fil 4 sur lui-même aux endroits où les portions d fil 4 se croisent, entre les cabestans 2,3 (fig. 5 et 6), ces valeurs pouvant être choisies par l'homme de l'art en fonction de l'application.
De préférence les gorges 11 du cabestan 3 non entraîné sont localisées sur des anneaux 12 d'axe yy'. Ces anneaux qui conduisent la chaleur et sont réalisés par exemple en matière métallique sont désolidarisés mécaniquement du corps 13 du cabestan 3 (figure 1). Le corps 13 tourne librement autour de l'axe yy' et les anneaux 12 peuvent tourner librement autour de l'axe yy' , indépendamment du corps 13, ces anneaux 12 glissant sur la surface cylindrique 14 du corps 13. D'autre part les anneaux 12 peuvent tourner librement les uns par rapport aux autres. Cette disposition permet d'améliorer le contact entre le fil 4 et le cabestan 3 et d'améliorer la tension du fil 4 entre les cabestans 2, 3.
Le chauffage ou le refroidissement des cabestans 2,3 est effectué par une pièce conduisant la chaleur, par exemple un plateau 15 métallique à deux parois 16, 17 entre lesquelles s'écoule un fluide caloporteur 18, par exemple un liquide, notamment de l'eau, la paroi 16 étant disposée du côté des cabestans 2, 3. Les moyens permettant la circulation du fluide 18 en+ *e les parois 16, 17 sont moyens connus, comportant par ex iple une pompe, et ils ne t pas représentés sur le dessin dans un but de simplificat . Le fluide 18 arrive par la
tubulure 19, il circule entre les parois 16, 17 puis sort du plateau 15 par la tubulure 20, l'écoulement du fluide 18 étant schématisé par les flèches F„_. Les cabestans 2,3 sont montés sur des arbres 21 tournant dans des paliers 22, 23. Les arbres 21 traversent les parois 16, 17 et ils sont séparés de façon étanche du fluide 18 (figure 1). Les paliers 22 sont entourés chacun par un manchon 24 dans lequel circule un fluide 25 de refroidissement, la circulation de ce fluide 25 n'étant pas représentée dans un but de simpli ication. Le fluide 25 peut être le fluide 18, qui est alors lui-même un fluide de refroidissement, le manchon 24 communiquant alors avec l'intérieur du plateau 15 où circule le fluide 18.
Les cabestans 2,3 sont placés dans une enceinte 26 contenant un gaz 27 de préférence non oxydant, par exemple de l'hydrogène ou un mélange d'hydrogène et d'azote. Les échanges thermiques entre les cabestans 2,3 et le fluide caloporteur 18 s'effectuent par l'intermédiaire du gaz 27 formant une couche 28, d'épaisseur H, située entre la face 160, sensiblement plane, de la paroi 16 d'une part, et chaque face 130, sensiblement plane, des cabestans 2, 3 d'autre part. Les faces 130 sont disposées sensiblement dans un même plan qui est perpendiculaire aux axes xx' , yy' et sensiblement parallèle à la face 160 qui limite donc en partie l'enceinte 26, le gaz 27 étant au contact des cabestans 2,3 et de la face 160. Lorsque le traitement thermique du fil 4 est un réchauffement, le fluide 18, s'il est utilisé, est un fluide chauffant, la chaleur allant du fluide 18 vers le gaz 27, puis du gaz 27 vers les cabestans 2,3, enfin de ces cabestans vers le fil 4. Lorsque le traitement du fil 4 est un refroidissement, le fluide 18 est un fluide réfrigérant, et la chaleur s'écoule en sens inverse, depuis le fil 4 vers le fluide 18. Le gaz 27 en contact direct avec le plateau 15 et les cabestans 2,3 permet cet échange thermique, le plateau 15 étant réalisé avec une matière conduisant la chaleur, par exemple une
matière métallique. Les éléments filetés 29 permettent de faire varier la distance H, en déplaçant les cabestans 2,3 le long de leurs axes respectifs xx' et yy' . Dans ce but, les éléments filetés 29 sont vissés dans les filetages femelles 30, dans des parties fixes 31 du dispositif 1. La modification de l'épaisseur H de la couche 28 du gaz 27 de couplage thermique est obtenu en agissant sur le levier 32 qui entraîne en rotation les éléments filetés 29, ce qui provoque un déplacement axial de ces éléments filetés 29, ce déplacement axial étant transmis aux arbres 21 par l'intermédiaire des épaulements 33 usinés sur les arbres 21. Le levier 32 permet d'actionner simultanément les deux arbres 21 des cabestans 2,3 par des moyens connus 34, schématisés par des lignes pointillées à la figure 1, ces moyens étant par exemple une courroie crantée ou une chaîne. Les échanges thermiques s'opèrent entre le fil 4 et les cabestans 2 ou 3 d'une part par contact direct le long de la ligne 35 de contact entre le fil et les cabestans, sur le fond 110 de la gorge 11 et d'autre part en passant au travers du gaz 27 qui se trouve dans les gorges 11 au contact du fil 4 et des cabestans 2,3, ce flux thermique étant schématisé par les flèches F27 (figure 6) dans le cas d'un refroidissement du fil 4. Au lieu d'utiliser un gaz unique 27 pour les gorges 11 et la couche 28, on pourrait utiliser deux gaz différents, ayant des conductibilités thermiques différentes ; mais pour des raisons de simplicité, il est préférable d'avoir un gaz 27 unique comme représente dans le cas du dispositif 1. De même, il serait possible d'utiliser plusieurs pièces 15 dans le dispositif 1, mais il est préférable de n'en utiliser qu'une, dans un but de simplification.
La limitation du jeu radial (J-Df)/2 permet de faciliter les échanges thermiques entre le fil 4 et les cabestans 2,3.
Lorsque le traitement thermique consiste à refroidir rapidement un fil de diamètre important, le gaz 27 doit être bon conducteur
de la chaleur, car sans cela, l'épaisseur H de la couche 28 de gaz 27, entre le plateau 15 et les cabestans 2,3 pourrait être du même ordre que les dilations des matériaux constituant l'installation. On a de préférence 1 mm ≤ H ≤ 200 mm.
De préférence, le gaz 27 dans l'enceinte 26, est donc dans la couche 28, ne subit pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans 2,3.
Les cabestans 2,3 sont placés dans une enceinte 36 isolée extérieurement par un élément 37. Lorsque le dispositif 1 est destiné à effectuer un traitement thermique sur un fil 4 déjà chaud, l'enceinte 36 est par exemple équipée d'éléments électriques chauffants 38 répartis régulièrement sur son périmètre. Les éléments chauffants 38, par exemple des résistances, permettent alors le chauffage des cabestans 2,3 au démarrage du dispositif 1 et ainsi d'obtenir des mises en régime très rapides. Les arbres 21 sont protégés thermiquement par des boucliers thermiques 39. Ces éléments 38 peuvent aussi servir par exemple lorsque le traitement thermique est un traitement de chauffage, le fluide 18 pouvant alors ne pas être utilisé.
Lorsque le traitement thermique comporte des régimes éloignés de 1' isothermicité, il est préférable d'adapter les diamètres d'enroulement sur les gorges des cabestans aux variations de longueur du fil 4 avec sa température, c'est-à-dire que le diamètre d'enroulement De du fil à l'entrée d'un cabestan 2,3 est différent du diamètre d'enroulement Ds du fil à la sortie de ce cabestan, De et De correspondant donc à deux gorges extrêmes de ce cabestan. À titre d'exemple, la figure 5 montre une disposition correspondant à un refroidissement du fil 4 lors de son passage sur le cabestan 2, le diamètre De étant supérieur au diamètre D*. Dans le cas d'un échauffement, la disposition serait inverse, avec, dans ce cas De < De. Pour faciliter les
échanges thermiques, la distance E entre les axes xx' et yy' des cabestans 2,3 est la plus faible possible en tenant compte de l'encombrement de ces cabestans, et en évitant les contacts entre les diverses portions du fil 4 entre ces cabestans 2,3.
Les cabestans 2,3 et le plateau 15 conducteurs de la chaleur sont réalisés par exemple en bronze en acier ou en fonte.
La figure 7 représente une installation complète 100 conforme à l'invention permettant de traiter thermiquement un fil 4 en acier pour lui faire subir un traitement d'austénitisation suivi d'un traitement de perlitisation.
Cette installation complète 100 comporte un dispositif 50 et six paires de cabestans référencés Pi à P6 identiques au dispositif 1 conforme à l'invention précédemment décrit. Les dispositifs Pi à P6 conformes à l'invention permettent de refroidir le fil 4 ou de le maintenir à une température pratiquement constante, le fluide caloporteur 18 étant par exemple de l'eau. Pour la simplicité du dessin seuls les cabestans des paires Pi à P6 et le fil 4 à traiter sont représentés sur cette figure 7.
La figure 8 représente l'évolution de la température du fil 4 et des cabestans 2,3 lors d'un traitement thermique de perlitisation, le fil 4 étant en acier, la température T correspondant à l'axe des ordonnées et le temps "t" à l'axe des abscisses. Le fil 4 pénètre dans le dispositif 50 où il subit un traitement d'austénitisation. Ce dispositif 50 comporte deux cabestans 51, 52 sur lesquels est moufle le fil 4, et on fait passer un flux magnétique alternatif dans les boucles de fil 4 ainsi formées, ce flux étant produit par l'inducteur 53. On produit ainsi un courant électrique induit dans le fil 4, ce qui permet de chauffer ce fil à une température supérieure à la température de transformation AC3 de façon à obtenir une
structure d' austénite homogène, la température Tfi atteinte par le fil 4 dans le dispositif 50 étant par exemple de l'ordre de 900 à 1000'C.
Le fil 4 qui sort de l'installation 50 arrive ensuite sur le cabestan 2 de la paire de cabestan Pi. Les cabestans 2,3 de la paire Pi sont maintenus à une température Tci de l'ordre de 450 à 650*C. Sur la figure 8, l'origine 0 des temps correspond à l'arrivée du fil 4 sur la paire Pi. Au bout d'un temps ti inférieur à 4 secondes le fil 4 atteint une température Tf2 proche de celle des cabestans de la paire Pi. Ce refroidissement rapide permet donc la transformation d'austénite stable en austénite métastable. Le fil 4 passe ensuite successivement sur les quatre paires P2 à Ps dont le rôle est de maintenir le fil 4 à une température qui ne varie pas de plus de 10*C par excès ou par défaut de la température donnée Tf2, la température Tf du fil 4 étant alors par exemple comprise dans l'intervalle Tf2 - 8*C, Tf2 + 8*C, et ceci pendant toute la durée de la transformation de l' austénite métastable en perlite et pendant environ 1 à 3 secondes suivant cette transformation. Le but de cette partie de l'installation est d'une part d'éviter la recalescence durant la période pendant laquelle se produit la pointe de puissance thermique due à la transformation d'austénite en perlite (qui conduirait à la formation de perlite grossière), d'autre part d'éviter un refroidissement prématuré avant que la transformation soit totale. Un refroidissement prématuré avant que la transformation soit totale risquerait de conduire à un produit contenant de la bainite donc à un fil fragile et d'une valeur d'usage médiocre en particulier en ce qui concerne l'endurance.
Les temps de passage du fil 4 dans les paires P2 à Ps sont référencés respectivement t2 à tε, les "températures des cabestans des paires P2 à Ps sont référencées respectivement Tc2
à Tes. La somme t2+t3+t4+tε est -dr exemple de l'ordre de 4 à 10 secondes. Pour les quatre paires P2 à Ps, les diamètres d'enroulement du fil 4 sur chaque cabestan ne varient pas entre l'entrée et la sortie, c'est-à-dire que l'on a toujours De = Ds .
La figure 9 montre l'évolution de la transformation de l'austénite en perlite au cours du temps. Le temps "t" correspond à l'axe des abscisses, et le % de transformation en perlite à l'axe des ordonnées. La transformation pendant le temps t2 est lente, la perlitisation ne commençant que vers la fin de ce temps t2, la puissance à échanger est donc faible et la température Tc2 de la deuxième paire P2 est légèrement inférieure à la température visée pour la transformation (Tf2). ' a transformation pendant le temps t3 est très rapide, la jouissance à échanger est donc plus importante, et la température Tc3 de la troisième paire P3 est sensiblement plus basse que la température Tc2 de la deuxième paire P2. La transformation pendant le temps t4 se produit à une vitesse sensiblement identique à celle du temps t2, la température Tc4 de la quatrième paire P4 est donc très proche de Tc2. Durant le temps tε il n'y a pas de transformation métallurgique sensible du po- ' de vue thermique, la température TcS de la cinquième paire Pε .... donc sensiblement égale à Tf2. Le but de ce maintien en température pendant le temps ts étant de s'assurer que la transformation en perlite est bien terminée avant le refroidissement correspondant au temps te.
De préférence, lors d . refroidissement initial correspondant au temps ti, on a les relations suivantes :
Kl ≥ 0,3 (1)
K2 ≥ 0,85 (2)
0,5 _ K3 _ 1,5 (3)
2xl0'4 ≤ K4_≤ 6xl0"4 (4)
avec par définition :
K2 = De/E (6)
K3 = 100 (De/Ds - 1) (7)
K4 = (VχDf2χH)/(L2 xDe2) (8)
où Li est la conductibilité thermique du gaz qui se trouve dans les gorges 11 au contact du fil 4 et des cabestans 2,3, L2 est la conductibilité thermique du gaz constituant la couche 28 de gaz 27, ces conductibilités Li et L2 étant déterminées à 600*C et exprimées en watts.m . *K~ -Lorsqu'on utilise un même gaz 27 dans les gorges 11 et dans la couche 28, Li et L2 sont identiques, et représentés par L ; Df est le diamètre du fil exprimé en millimètres ; J est la largeur des gorges 11 exprimée en millimètres ; E est l'entraxe des cabestans exprimé en millimètres ; De est le diamètre d'enroulement du fil 4 à l'entrée d'un cabestan quelconque 2,3 ; Ds est le diamètre d'enroulement du fil 4 à la sortie du même cabestan, De et De étant exprimés en millimètres ; V est la vitesse de défilement du fil exprimée en mètres par seconde ; H est l'épaisseur de la couche 28 du gaz 27, exprimée en millimètres.
De préférence, dans au moins un des couples P2 à Pε correspondant à la phase pratiquement isotherme, les relations suivantes sont vérifiées :
K2 ≥ 0,85 (9) K3 = 0 (10)
De façon avantageuse, les relations suivantes sont en outre
vérifiées dans au moins un des couples P2 à P4 Kl * 0,3 (11) 0,5xl0~3 ≤ K4 ≤ 9xl0~3(12).
Les relations (1) à (12) sont données dans le cas où le gaz 27 dans l'enceinte 26, et donc dans la couche 28, ne subit pratiquement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rotation des cabestans 2,3.
L' isothermicité obtenue durant les phases t2 à ts ne peut être qu'améliorée si le nombre d'éléments utilisés est supérieur à 4 mais cela conduit à un investissement plus élevé qui n'est pas nécessaire pour obtenir d'une part une isothermicité à ± 8*C, d'autre part la qualité du fil annoncée.
La section de refroidissement final permet le refroidissement du fil d'une température Tf2 de l'ordre de 450 à 650*C à une température Tf3 de l'ordre de 100 à 200*C er. un temps te de l'ordre de 3 à 6 secondes, elle comporte une paire de cabestans moufles croisés, le cabestan inférieur 2 est motorisé, le cabestan supérieur 3 ne l'est pas, le diamètre d'enroulement De sur la première gorgp du cabestan inférieur est supérieur au diamètre Ds de la dernière gorge du cabestan inférieur, les cabestans sont maintenus à une température Tcβ de l'ordre de 50 à 150'C.
Les exemples qui suivent ont été réalisés avec l'installation 100 précéderaient décrite, en utilisant pour chaque couple Pi à 56 un gaz 27 unique. On a donc Li = L2 = L. Comme précédemment indiqué, pour chaque couple de cabestan, le gaz 27 dans l'enceinte 26, et donc dans la couche 28, ne subit p— ~ ^ quement pas d'autres mouvements que ceux qui sont dus à la rot___ion des cabestans 2,3.
La composition des aciers utilisés est donnée dans le tableau 1
TABLEAU 1
(Les chiffres correspondent à des % en poids)
Les cabestans 2,3 de l'ensemble des paires Pi à Pβ ont été réalisés en acier réfractaire X 12 Cr Ni 25 21 (THERMAX 4845 de Thyssen) Cr = 25 % Ni = 20 % . Les caractéristiques de cet acier sont les suivantes :
Conductibilité thermique à 500*C : 19 w.m-1.*K *
Dilatation thermique à 400*C 17.10 6m.m \ *K
Le taux de recouvrement Tr est le rapport entre la longueur de fil en contact avec les fonds de gorge et la longueur totale de fil située entre le premier point de contact 5 à l'arrivée sur l'élément de transfert thermique et le dernier point 10 à la sortie, c'est-à-dire entre les points 5 et 10 précédemment définis (figure 3).
Le rapport des sections est par définition
R section du fil avant tréfilage "section du fil après tréfilage
La déformation rationnelle est par définition ε = Log(R)
Log désignant le logarithme népérien.
Le temps d'incubation est le temps nécessaire pour que 1 % d'austénite métastable se transforme en perlite, ce temps étant compté à partir du commencement du refroidissement (arrivée du fil 4 sur la paire P ) .
Le temps de transformation est le temps nécessaire pour passer de 1 % à 99 % de perlite.
EXEMPLE 1
Les conditions d'essais sont les suivantes :
- Acier Type 1,
- Temps d'incubation = 3 secondes environ,
- Temps de transformation = 3 secondes environ,
- Diamètre du fil : Df = 1,1 mm,
- Vitesse V de défilement du fil : 15 m/s.
- Gaz 27 :
. Pour les éléments de transfert thermique P à P4 : H2 + N2 avec 75 % de H2 et 25 % de N2 en volume (NH3 craqué). . Pour l'élément de maintien isotherme Pε : N2 pur. . Pour l'éléir t de refroidissement final P6 : H2 pur.
Un seul gaz est utilisé pour chaque élément de transfert thermique, dans un but de simplification technologique, c'est—à—dire que Li = L2 = L mais en cas de nécessité il est possible d'utiliser des gaz différents pour le couplage thermique fil 4/cabestan 2 ou 3 et pour le couplage thermique cabestan 2 ou 3/plateau refroidisseur 15.
Refroidissement primaire période ti
Première paire de cabestans Pi
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil
Diamètre des cabestans à la sortie du fil
Entre—axe des cabestans
Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 287 tours/minute Temps de séjour : ti = 2,94 secondes Nombre de spires : 7
Température initiale du fil : Tf = 930*C Température finale du fil : Tf2 = 580*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 520*C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de 2,4 m /h
Epaisseur de la lame 28 de gaz 27 de couplage thermique : H = 7,8 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Kl = 0,424
K2 = 0,959
K3 = 0,7
K4 ≈ 4,99xl0"4
Maintien isotherme Périodes t2, 3_, t,j t.ε
Deuxième paire P2 de cabestans période t2
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : De = 1 000 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : De = 1 000 mm Entre-axe des cabestans : E = 1 050 mm
Taux de recouvrement des cabestans : Tr = 0,898 Pas des gorges : p = 10 mm
Largeur des gorges : J = 1,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 289 tours/minute.
Temps de séjour : t2 = 1,26 secondes Nombre de spires : 3
La température du fil a été maintenue à 580 ± 5*C.
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 545*C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de : 0,15 m3/h.
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 100 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Kl = 0,424 K2 = 0,^52 K3= 0 K4 ≈ 6,4βxl0"3
Troisième paire P3 de cabestans période t3
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : De = 1000 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : D» = 1000 mm
Entre-axe des cabestans : E = 1050 mm
Taux de recouvrement des cabestans Tr : 0,898
Pas des gorges : p = 10 mm
Largeur des gorges : J = 1,7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 289 tours/minute.
Temps de séjour : t3 = 1,26 secondes Nombre de spires : 3
La température du fil a été maintenue à 580 ± 6*C.
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 417*C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de : 0,7 m3/h.
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 16,5 mm. Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Kl = 0,424 K2 = 0,952 K3 = 0
Quatrième paire P4 de cabestans période t4 : identique à la deuxième paire de cabestans.
Cinquième paire Pε de cabestans période tε
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges Largeur des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 480 tours/minute.
Temps de séjour : ts = 1,26 secondes Nombre de spires : 5
La température du fil a été maintenue à 580 ± 2°C.
Les îbestans ont été maintenus à une température de : 585 ± 5*C grt ^tux résistances électriques 38, la circulation d'eau a été coui
L'épaisseur 9 de la lame de gaz de couplage thermique a été mainte αe au maximum afin de limiter la consommation d'électricité soit : H = 50 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Refroidissement final période te
Sixième paire P6 de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : De = 1000 mm Diamètre des cabestans à la sortie du fil : De = 993 mm Entre-axe des cabestans : E = 1050 mm Taux de recouvrement des cabestans : Tr = 0,894
Pas des gorges : p = 10 mm Largeur des gorges : J = 1 , 7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 287 tours/minute
Temps de séjour : te = 4,19 secondes Nombre de spires : 10
Température initiale du fil : Tf2 = 580*C Température finale du fil : Tf3 = 193'C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 170*C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de : 2,13 m3/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 1,5 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Ki = 0,424
K2 = 0,952
K3 = 0,7
K4 = 9,08xl0~5
Après traitement thermique, le fil 4 a une résistance à la rupture en traction de 1200 MPa (mégapascals).
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,17 mm. La résistance à la rupture
en traction pour ce fil tréfilé est de 3 000 MPa
R = 41,87 ε = 3,73
EXEMPLE 2
Cet exemple est identique au précédent à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 au lieu d'un acier du type 1. Le temps d'incubation et le temps de transformation sont sensiblement les mêmes que dans l'exemple précédent.
Après traitement thermique le fil a une résistance à la rupture en traction de 1350 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,17 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3500 MPa.
R = 41,87 ε = 3,73
EXEMPLE 3
Les conditions de cet essai sont les suivantes
- Acier Type 1
- Temps d' incubation= 3 secondes environ
- Temps de transformation = 3 secondes environ
- Diamètre du fil : Df = 1,83 mm
- Vitesse V de défilement du fil : 15 m/s
Gaz 27 :
Pour les éléments de transfert thermique P à P4 : H2 pur.
Pour l'élément de maintien isotherme Pε : N2 pur.
Pour l'élément de refroidissement final Pe : H2 pur.
Refroidissement primaire période tl
Première paire Pi de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil
Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans
Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges Largeur des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 191 tours/minute
Temps de séjour : tl = 3,16 secondes Nombre de spires : 5
Température initiale du fil : Tfi = 930*C Température finale du fil : Tf2 = 580*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 540*C à l'aide d'un débit d'eau à 25 ' C de : 7,16 ra3/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 7 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique : Kl = 0,488 K2 = 0,959
K3 = 0 , 67
K4 = 3 , 67x10 '
Maintien isotherme Périodes t2, t.3j t_AΛ tε
Deuxième paire P2 de cabestans période t2
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges P = 11 mm Largeur des gorges J = 2,3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 192 tours/minute.
Temps de séjour : t2 = 1,26 secondes Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 5*C. Les cabestans ont été maintenus à une température de 549*C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de : 0,4 m3/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 123 mm paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Troisième paire P3 de cabestans période t3
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges p = 11 mm Largeur des gorges J = 2,3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 192 tours/minute
Temps de séjour : t3 = 1,26 secondes Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 6*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 436°C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de 1,85 m /h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 20 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique
Quatrième paire P4 de cabestans période t4
Identique à la deuxième paire de cabestans
Cinquième paire Pε de cabestans période tε
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil : De = 900 mm
Diamètre des cabestans à la sortie du fil : De = 900 mm
Entre-axe des cabestans : E = 945 mm
Taux de recouvrement des cabestans : Tr = 0,898
Pas des gorges : p = 11 mm
Largeur des gorges : J = 3 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 320 tours/minute.
Temps de séjour : ts = 1,51 secondes
Nombre de spires : 4
La température du fil a été maintenue à 580 ± 2°C.
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 585 ± 5*C grâce aux résistances électriques 38, la circulation d'eau a été coupée.
L'épaisseur H de la lame de gaz de couplage thermique a été maintenue au maximum afin de limiter la consommation d'électricit soit : H = 50 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Kl = 0,0233 K2 = 0,952 K3 = 0 K4 = 0,062
Refroidissement final période t6
Sixième paire Pe de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans Taux de recouvrement des cabestans Pas des gorges Largeur des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 192 tours/minute
Temps de séjour : t6 = 4,4 secondes Nombre de spires : 7
Température initiale du fil : Tf2 = 580*C Température finale du fil : Tf3 = 211*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 170 *C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de 5,88 m /h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 1,7 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Après traitement thermique, le fil 4 a une résistance à la rupture en traction de 1200 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,28 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3050 MPa
R = 42,72 ε = 3,75
Exemple 4
Cet exemple est identique au précédent à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 au lieu d'un acier du type 1. Le temps d'incubation et le temps de transformation sont sensiblement les mêmes que dans l'exemple précédent.
Après traitement thermique, le fil a une résistance à la rupture en traction de 1 345 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,28 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3 480 MPa
R = 42,72 ε = 3,75
Exemple 5
Les conditions de cet exemple sont les suivantes :
- Acier type 1
- Temps d'incubation = 3,5 secondes environ
- Temps de transformation = 3 secondes environ
- Diamètre du fil : Df = 2,35 mm
- Vitesse V de défilement du fil : 15 m/s
- Gaz 27 :
. Pour les éléments de transfert thermique 1 à 4 et 6 : H2 pur, . Pour l'élément de maintien isotherme 5 : N2 pur, . Un seul gaz est utilisé pour chaque élément de transfert thermique, dans un but de simplification technologique.
Refroidissement primaire période tl
Première paire Pi de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil
Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans
Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges largeur des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 136 tours/minute
Temps de séjour : ti = 3,54 secondes Nombre de spires : 4
Température initiale du fil : Tf = 930*C Température finale du fil : Tf2 = 580'C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 558*C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de 9,95 m /h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 10 mm
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Maintien isotherme Périodes t2, t Δ t_4_, t_s
Deuxième paire P2 de cabestans période t2
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges largeur des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 137 tours/minute
Temps de séjour : t2 = 1,77 secondes Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 5*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 550*C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de : 0,66 m3/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 147 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique
Kl = 0,51 K2 = 0,95
K3 = 0
- 3
K4 = 6 , 57x10
Troisième paire P3 de cabestans période t3
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil
Diamètre des cabestans à la sortie du fil Entre-axe des cabestans
Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges largeur des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 137 tours/minute
Temps de séjour : t3 = 1,77 secondes Nombre de spires : 2
La température du fil a été maintenue à 580 ± 6*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 443"C à l'aide d'un débit d'eau à 25*C de : 3 m /h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 25 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique
Quatrième paire P4 de cabestans période t4 Identique à la deuxième paire P2 de cabestans Cinquième paire Ps de cabestans période ts
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil
Diamètre des cabestans à la sortie du fil
Entre-axe des cabestans
Taux de recouvrement des cabestans
Pas des gorges
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 239 tours/minute.
Temps de séjour : ts = 2 secondes Nombre de spires : 4
La température du fil a été maintenue à 580 ± 2*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 585 ± 5*C grâce aux résistances électriques 38, la circulation d'eau a été coupée.
L'épaisseur H de la lame de gaz de couplage thermique a été maintenue au maximum afin de limiter la consommation d'électricité soit : H = 100 mm. Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique :
Refroidissement final période ts
Sixième paire Pe de cabestans
Diamètre des cabestans à l'entrée du fil De = 2100 mm.
Diamètre des cabestans à la sortie du fil De = 2085 mm Entre-axe des cabestans E = 2210 mm Taux de recouvrement des cabestans Tr = 0,8645
Pas des gorges p = 12 mm largeur des gorges J = 2, 7 mm
Vitesse de rotation du cabestan 2 : 137 tours/minute
Temps de séjour : te = 5,28 secondes Nombre de spires : 6
Température initiale du fil : Tf2 = 580'C Température finale du fil : Tf3 » 204*C
Les cabestans ont été maintenus à une température de : 170*C à l'aide d'un débit d'eau à 25'C de : 9,5 m3/h
Epaisseur de la lame de gaz de couplage thermique : H = 2,2 mm.
Paramètres principaux de l'élément de transfert thermique
Après traitement thermique, le fil 4 a une résistance à la rupture en traction de 1 195 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,35 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 2 950 MPa
R = 45 , 1 ε = 3 , 81
Exempl e 6
Cet exemple est identique au précédent à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 au lieu d'un acier du type 1. Le temps d'incubation et le temps de transformation sont sensiblement les mêmes que dans l'exemple précédent.
Après traitement thermique le fil a une résistance à la rupture en traction de 1 355 MPa.
Ce fil est ensuite laitonné puis tréfilé de façon connue pour obtenir un diamètre final de 0,35 mm. La résistance à la rupture en traction pour ce fil tréfilé est de 3 510 MPa.
R = 45,1 ε = 3,81
Exemple 7
Cet exemple est identique à l'exemple 1 à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 1 du point de vue composition mais avec un temps d'incubation de 3,8 secondes et un temps de transformation de 3,8 secondes à 580*C.
L'installation est identique à celle utilisée pour l'exemple 1 à part le nombre de spires qui est passé de 7 à 8 sur la première paire Pi de cabestans, de 3 à 4 sur la troisième paire P3 de cabestans.
Les résistances à la rupture après traitement thermique et après tréfilage ne diffèrent pas de plus de 2 % de celles de l'exemple 1 Exemple 8
Cet exemple est identique à l'exemple 6 à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 du point de vue composition mais avec un temps d'incubation de 4,4 secondes et un temps de transformation de 6 secondes à 580*C.
L'installation est identique à celle de l'exemple 6 à part le nombre de spires qui est passé de 4 à 5 sur la première paire P de cabestans, de 2 à 3 sur la troisième paire P3 de cabestans.
Les résistances à la rupture après traitement thermique et après tréfilage ne diffèrent pas de plus de 2 % de celles de l'exemple 1 Exemple 9
Cet exemple est identique à l'exemple 2 à l'exception du fait que l'on utilise un acier du type 2 du point de vue composition mais avec un temps d'incubation de 4 secondes et un temps de transformation de 3 secondes à 580*C.
Dans cet exemple, la régulation automatique a fait passer la deuxième paire P2 de cabestans en mode chauffage, c'est-à-dire que la circulation d'eau de refroidissement a été coupée et les résistances électriques de chauffage 38 ont été mises en service de façon à éviter le refroidissement du fil qui se serait produit sur la deuxième paire de cabestans entre l'arrivée du fil et le moment ou celui-ci est le siège d'un dégagement de chaleur dû à la transformation de l'austénite en perlite.
Les résistances à la rupture après traitement thermique et après tréfilage ont diminué de moins de 2 % par rapport à celles de l'exemple 2, ce qui est dû au fait d'une isothermicité un peu moins bonne.
L' adaptabilité peut être améliorée en améliorant
1 ' isothermicité, c'est-à-dire en augmentant le nombre de paires de cabestans, mais le faible gain en résistance du fil que l'on peut en attendre ne justifie pas en général la dépense effectuée.
Le fil 4 traité conformément à l'invention dans l'installation 100 comporte la même structure que celle qu'on obtient par le procédé connu de patentage au plomb, c'est-à-dire une structure perlitique fine. Cette structure comporte des lamelles de céraeπtite séparées par des lamelles de ferrite. A titre d'exemple, la figure 10 représente en coupe une portion 70 d'une telle structure perlitique fine. Cette portion 70 comporte deux lamelles de cémentite 71, pratiquement parallèles, séparées par une lamelle de ferrite 72. L'épaisseur des lamelles de cémentite 71 est représentée par "i" et l'épaisseur des lamelles de ferrite 72 est représentée par "e". La structure perlitique est fine, c'est—à-dire que la valeur moyenne de la somme i + e est au plus égale à 1000 Â, avec un écart type de 250 A.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits.