WO2023072902A1 - Procédé de production d'un fil métallique pour le renforcement d'articles de caoutchouc - Google Patents

Procédé de production d'un fil métallique pour le renforcement d'articles de caoutchouc Download PDF

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WO2023072902A1
WO2023072902A1 PCT/EP2022/079715 EP2022079715W WO2023072902A1 WO 2023072902 A1 WO2023072902 A1 WO 2023072902A1 EP 2022079715 W EP2022079715 W EP 2022079715W WO 2023072902 A1 WO2023072902 A1 WO 2023072902A1
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WO
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wire
diameter
metal wire
producing
metal
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/079715
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Inventor
Gaëtan COUSINET
Xavier DEPARIS
Pierre MORISOT
Original Assignee
Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
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Publication date
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16—Polishing
    • C25F3/22—Polishing of heavy metals
    • C25F3/24—Polishing of heavy metals of iron or steel
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
    • D07B1/06—Ropes or cables built-up from metal wires, e.g. of section wires around a hemp core
    • D07B1/0606—Reinforcing cords for rubber or plastic articles
    • D07B1/0666—Reinforcing cords for rubber or plastic articles the wires being characterised by an anti-corrosive or adhesion promoting coating
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
    • D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
    • D07B2201/00—Ropes or cables
    • D07B2201/20—Rope or cable components
    • D07B2201/2001—Wires or filaments
    • D07B2201/201—Wires or filaments characterised by a coating
    • D07B2201/2011—Wires or filaments characterised by a coating comprising metals
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    • D07B2201/201—Wires or filaments characterised by a coating
    • D07B2201/2013—Wires or filaments characterised by a coating comprising multiple layers

Definitions

  • the present invention relates to the field of processes for the production of a metal wire which can be used for the reinforcement of rubber articles and to the use of such metal wires.
  • Rubber articles such as tires, tracks or conveyor belts are reinforced by means of reinforcement plies consisting of metal reinforcements arranged parallel side by side. These metal reinforcements can each consist of a metal wire or an assembly of metal wires. Such reinforcements are, for example and in a non-limiting manner, for tires, metal wires whose diameter can range from 0.15 to 0.5 mm, or assemblies of two or more metal wires, for example for vehicles lightweight an assembly of two metal wires with a diameter of 0.30 mm (“2.30” assembly).
  • the drawing process conventionally comprises a first step of drawing in a dry environment, in which a wire rod from the steelworks, with a diameter typically ranging from 4.5 to 6.5 mm, is drawn in a series of dies in a gaseous medium, for example air, up to a diameter typically ranging from 0.6 to 3.0 mm.
  • the wire obtained can then undergo a heat treatment in order to adjust the microstructure of the steel, possibly be coated with a metallic coating, for example brass, before being drawn in a humid environment to a final diameter which may range from 0.06mm to 0.4mm.
  • wires must have, among other characteristics, sufficient mechanical resistance to correctly reinforce the rubber articles and present a sufficiently regular surface condition to limit the wear of the wire drawing dies, to avoid breakage problems.
  • Document US 4,859,289 also aims to improve the surface condition of the wire before its coating, in particular with a view to limiting the separation between the coating and the wire, by applying to the wire an electro-polishing treatment in a bath of sulfuric acid and phosphoric acid.
  • the yarn processed in the example has a roughness Ra of 0.9 ⁇ m.
  • This treatment has the disadvantage of using acids whose handling and reprocessing can be problematic.
  • electro-polishing in an acid bath applied to wires that can be used in the reinforcement of rubber articles does not make it possible to reach very low levels of roughness.
  • the invention relates to a process for the production of a steel wire which can be used for the reinforcement of rubber articles, comprising at least the following successive steps: a. A step of electro-polishing a metal wire of diameter dl in which the metal wire passes continuously through a deep eutectic solvent bath while being subjected to an anodic current, the current density being between 10 and 50 A/ dm 2 , the residence time of the wire in the deep eutectic solvent bath being between 10 s and 3 min; b. A step of drawing the metal wire to a diameter d2.
  • the invention also relates to the use of a metal wire resulting from the production process according to the invention in a rubber article chosen from pneumatic tires, non-pneumatic tires, caterpillars and conveyor belts.
  • the compounds comprising carbon mentioned in the description can be of fossil origin or biobased. In the latter case, they can be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass. This concerns in particular polymers, plasticizers, fillers, etc.
  • part by weight per hundred parts by weight of elastomer (or phr) is meant within the meaning of the present invention, the part, by mass per hundred parts by mass of elastomer.
  • any interval of values denoted by the expression “between a and b” represents the domain of values going from more than a to less than b (i.e. limits a and b excluded) while any interval of values denoted by the expression “from a to b” signifies the range of values going from a to b (that is to say including the strict limits a and b).
  • FIG.1 There is shown in Figure 1 a diagram of a method of producing a metal wire according to the invention.
  • the method for producing a metal wire according to the invention comprises a step a) of electropolishing a metal wire of diameter dl in which the metal wire passes continuously through a deep eutectic solvent bath where it is subjected to a anodic current, in the presence of a current density ranging from 10 to 50 A/dm 2 , the residence time of the metal wire in the deep eutectic solvent bath being between 10 s and 3 min.
  • the current density in the bath is expressed in amperes per dm 2 of wire surface immersed in the bath.
  • the current density ranges from 10 to 50 A/dm 2 , preferably from 15 and 30 A/dm 2 .
  • the electro-polishing step makes it possible to dissolve the roughness peaks of the metallic wire, and thus to reduce the overall roughness of the latter.
  • the residence time of the wire in the bath of eutectic solvent must be sufficient for the electro-polishing to be carried out satisfactorily, without being too great for the baths to have a size compatible with the typical running speeds of wire-drawing processes. industrial.
  • the residence time of the wire in the deep eutectic solvent bath ranges from 10 s to 3 min, preferably from 20 s to 150 s.
  • the diameter d1 ranges from 0.6 to 3.0 mm.
  • a deep eutectic solvent is formed by the mixing between two or more compounds in an exact proportion which corresponds to the eutectic point. This mixture behaves like a pure substance.
  • the deep eutectic solvent is chosen from an eutectic mixture of choline chloride and ethylene glycol and an eutectic mixture of choline chloride and glycerol.
  • HSE risks the health-safety-environment type
  • the handling of the solvent is facilitated compared to the use of acids.
  • the preferred deep eutectic solvents make it possible to reduce in a particularly effective manner the surface defects of a steel wire intended for the reinforcement of rubber articles, in particular pneumatic tires.
  • a deep eutectic solvent prepared by simply mixing the constituent compounds in the right proportions, at a temperature sufficient for all the constituents to be in the liquid phase.
  • a deep eutectic solvent consisting of choline chloride and ethylene glycol is prepared by diluting choline chloride powder in ethylene glycol at a temperature of approximately 105°C and then cooling the resulting mixture.
  • the solvent obtained has a composition corresponding to the eutectic point, namely an ethylene glycol ⁇ choline chloride molar ratio equal to 2 ⁇ 1.
  • the temperature of the deep eutectic solvent bath ranges from 50°C to 100°C, preferably from 50°C to 80°C. Below 50°C, the conductivity of the solvent is lower and the current density necessary to implement the electro-polishing treatment in a satisfactory period of time becomes excessive. By limiting the temperature of the bath, the solvent is allowed to remain below the eutectic point while minimizing the energy cost as well as operational risks such as burns.
  • the surface of the metal wire has, at the end of step a), an arithmetic average roughness Ra of less than or equal to 0.3 ⁇ m, Ra being measured according to the ISO4287 standard of 2009.
  • the diameter of the metal wire at the end of step a) is 5 ⁇ m to 25 ⁇ m less than the diameter of the metal wire entering step a). This reduction in diameter is linked to electro-polishing which removes the roughness of the wire.
  • the dissolved part of the metal wire precipitates at the bottom of the bath, allowing it to retain its effectiveness over long treatment periods.
  • the electro-polishing step can be introduced into a wire-drawing process as well known to those skilled in the art without there being any need to modify the other steps of the process. Its implementation in an industrial scheme is therefore very simple.
  • the method according to the invention comprises a step of drawing the metal wire to a diameter d2.
  • This step well known to those skilled in the art, is often referred to as “draw drawing in a wet environment”.
  • the step of drawing the metal wire to a diameter d2 is carried out by passing the metal wire successively through several dies whose passage diameters are progressively decreasing.
  • the number of dies, and consequently the number of successive reductions in diameter is a function of the ductility of the metal wire and of the diameter d2 to be achieved. The lower this is, the greater the number of dies may be.
  • Yarn pulling means positioned downstream of each die make it possible to exert a pulling force sufficient to pull the yarn through each die.
  • the traction means and the dies are immersed in a liquid bath of drawing lubricant, for example as described in document WO 2008/113481.
  • the metal wire circulates in a liquid medium, for example an aqueous solution.
  • a liquid medium for example an aqueous solution.
  • the drawing lubricant during drawing in a wet environment is in liquid form.
  • the traction means for example capstans, are exposed to the liquid medium, for example the aqueous solution.
  • the metal wire undergoes from 1 to m drawing operations (m varying for example from 8 to 23) with the aim of reducing the diameter of the metal wire by an intermediate diameter dl or slightly less than dl, the step of electro-polishing that may have led to a slight decrease in the diameter of the metal wire, towards the final diameter d2 as well as to increase the maximum breaking stress of the metal wire.
  • the diameter d2 ranges from 0.06 to 0.4 mm.
  • a yarn can be used for the reinforcement of a rubber article, for example a rubber article chosen from pneumatic tires, non-pneumatic tires, caterpillars and conveyor belts.
  • non-pneumatic tire is meant a tire whose shape is maintained by a means other than a gas, for example air, pressurized.
  • a non-pneumatic tire can be kept in shape using semi-rigid stays.
  • such a yarn can be used as such, or in the form of an assembly of several yarns. The assembly can be carried out by any method known to those skilled in the art such as cabling, twisting or other.
  • we can cite conventionally used assemblies such as assemblies 2.30 (two wires of 30 hundredths) or 19.18 (cable with three layers comprising a core wire, a second layer of 6 wires and a third layer of 12 wires ).
  • the drawing operations form an uninterrupted series of drawing operations in a wet environment of the wire from the intermediate diameter d1 to the final diameter d2.
  • Each operation 1 to m is a drawing operation in a wet environment in which the metal wire is passed through a die of diameter smaller than the diameter of the wire upstream of the die.
  • the metal wire has a diameter downstream of the die that is smaller than the diameter upstream of the die.
  • the diameter of each downstream die is less than the diameter of the die located upstream.
  • uninterrupted series of wire-drawing operations it is meant that the metal wire makes a series of successive passes through several wire-drawing dies, each pass through each wire-drawing die corresponding to a wire-drawing operation. Apart from the last pass, each pass in a die is followed directly by a pass in the die which succeeds it.
  • the metal wire does not undergo any operation, in particular heat treatment or coating, other than a drawing operation. In other words, the metal wire does not undergo any operation, in particular heat treatment or coating, between two directly successive series drawing operations.
  • Step ab) of forming a metallic coating Preferably, the process for producing a metal wire according to any one of the preceding claims comprising, between step a) of electro-polishing and step b) of drawing, a step ab) of forming, at the surface of the metal wire from step a), a metal coating selected from the group formed by copper, zinc, nickel, cobalt, tin, iron, aluminum, manganese, a alloy of two of these metals and an alloy of three of these metals, preferably chosen from the group formed by an alloy of copper and zinc, an alloy of copper and tin, and a ternary alloy formed by copper, zinc , and a metal selected from nickel, cobalt, tin and iron.
  • a metal coating selected from the group formed by copper, zinc, nickel, cobalt, tin, iron, aluminum, manganese, a alloy of two of these metals and an alloy of three of these metals, preferably chosen from the group formed by an alloy of copper and zinc, an alloy of copper and
  • This step is well known to those skilled in the art and can be carried out, for example and when the coating is brass, by successive operations of copper deposition, zinc deposition, then thermal diffusion.
  • the method according to the invention preferably comprises, prior to step a), a step pa) of reducing the diameter of the metal wire from a diameter d to a diameter dl.
  • the diameter d preferably ranges from 4.5 to 6.5 mm.
  • This step can be carried out according to any method known to those skilled in the art.
  • this step can be carried out by rolling, by passing the metal wire through a succession of pairs of rollers, each pair being oriented at an angle with respect to the preceding pair, for example oriented perpendicularly.
  • this step is carried out by drawing.
  • This wire drawing step well known to those skilled in the art, is often referred to as “dry wire drawing”. It typically includes several operations.
  • a metal wire of initial diameter d ranging from 4.5 to 6.5 mm, preferably made of steel and having a maximum breaking stress of between 300 MPa and 700 MPa is unwound.
  • the wire, called wire rod is stored in the form of a bundle on a reel from which it is unwound using automated unwinding means, for example an unwinder.
  • the micro-structure of the steel is then ferritic-pearlitic.
  • the wire rod is passed through several successive pulleys and through two straighteners each formed by several pulleys, the pulleys of each straightener being mounted in rotation along an axis perpendicular to the axis of rotation of the pulleys of the other straightener.
  • the wire rod is coated with a layer of a drawing lubricant before starting the actual drawing, in n drawing operations, n possibly varying from 6 to 12, for example.
  • the purpose of the n drawing operations is to reduce the diameter of the metal wire from the initial diameter d to an intermediate diameter d1.
  • the drawing operations preferably form an uninterrupted series of drawing operations in a dry environment of the metal wire from the initial diameter d to the intermediate diameter d1.
  • Each drawing operation is a drawing operation in a dry environment in which the metal wire is passed through a die of diameter smaller than the diameter of the wire upstream of the die.
  • the metal wire has a diameter downstream of the die that is smaller than the diameter upstream of the die.
  • the diameter of each die is smaller than the diameter of the die located upstream.
  • Means for pulling the metal wire positioned downstream of each die make it possible to exert a pulling force sufficient to pull the wire through each die.
  • a wire-drawing lubricant in powder form is used.
  • the metal wire circulates in a gaseous medium, for example ambient air.
  • the wire-drawing lubricant during wire-drawing in a dry environment is in powder form.
  • the traction means for example capstans, are exposed to the gaseous environment, for example ambient air.
  • uninterrupted series of wire-drawing steps it is meant that the metal wire performs a series of successive passes through several wire-drawing dies, each pass through each wire-drawing die corresponding to a wire-drawing operation. Apart from the last pass, each pass in a die is followed directly by a pass in the die which succeeds it.
  • the metal wire does not undergo any other operation, in particular heat treatment or coating, than a drawing operation. In other words, the metal wire does not undergo any operation, in particular heat treatment or coating, between two directly successive wire drawing operations in the series.
  • the metal wire can optionally be wound on a reel during a winding operation, prior to its treatment in the subsequent stages of the method according to the invention.
  • the coiling can be used to store the metal wire temporarily, or to transport it to the place of implementation of the other steps of the method according to the invention.
  • the metal wire is then then unwound in an unwinding operation before feeding the next step of the method according to the invention.
  • the metal wire is subjected to a heat treatment operation. If a winding operation is implemented after the drawing operations in a dry environment, the heat treatment operation is implemented after the unwinding operation.
  • the heat treatment operation makes it possible to modify the metallographic structure of the metal wire of intermediate diameter dl to regenerate the structure of the wire rod.
  • a person skilled in the art knows how to find the various parameters of this step, for example in “The basic principles of the heat treatment of steels”, André Constant and Guy Henry, ISBN 2-85330-083-8.
  • the metal wire of intermediate diameter d1 is heated to a temperature greater than or equal to the austenitization temperature of the steel, here greater than or equal to 850°C.
  • the austenitization temperature it must reach.
  • the austenitization is not sufficient, non-recrystallized bands remain and the austenite obtained is not homogeneous, which is detrimental to subsequent drawing.
  • the austenitization is too high, the microstructure obtained during subsequent cooling is an acicular ferrite (known as Windmanstatten) and not a ferrito-pearlitic structure.
  • the metal wire of intermediate diameter d1 is then cooled so as to impart to the steel a pearlitic or ferrito-pearlitic microstructure.
  • the metal wire is cooled to prevent the formation of a microstructure other than a pearlitic, ferritic or ferrito-pearlitic structure. Too fast a cooling rate would lead to an acicular, bainitic or martensitic ferritic microstructure.
  • a person skilled in the art knows how to determine the cooling rate as a function of the chemical composition steel, the austenitization temperature using charts available in particular in the document "Atlas of transformation curves for French-made steels", IRDIS, 1974.
  • metal wire is meant an object having a very long length relative to its section, this section being observed along a plane perpendicular to the longest length of the wire.
  • the section of the metal wire can be circular, oval or polygonal, for example square or rectangular, the angles being able, in the case of a polygonal shape, to be rounded.
  • the shape of the section of the wire is conferred on the one hand by during step pa) of reduction in diameter when this is implemented, and on the other hand during step b) of wire drawing metallic.
  • the section of the metal wire is circular, oval or rectangular.
  • diameter of the wire is meant the greatest length of the section of the wire.
  • the metal wire is a steel wire.
  • Suitable steel is any steel usable for the reinforcement of rubber articles selected from pneumatic tires, non-pneumatic tires, caterpillars and conveyor belts. Such a steel must in particular be able to be drawn to diameters ranging from 0.6 mm to 2.5 mm, in particular for use as "rod wire", or even to be able to be drawn to diameters ranging from 0 0.06 to 0.4 mm to be used, alone or in assembly, as a reinforcing element in rubber articles, for example in carcass plies or crown plies.
  • a carbon steel when a carbon steel is used, its carbon content (% by weight of steel) is within a range of 0.1% to 1.1%, its silicon content (% by weight of steel) is within a range of 0% to 1%, its chromium content (% by weight of steel) is within a range of 0% to 1%, the contents of elements Mn, Cu, Mo, Al, P and S each being less than 1% (% by weight of steel), the rest of the composition of the steel being iron and the inevitable impurities.
  • the invention applies in particular to steel cord type steels with normal resistance (called “NT” for “Normal Tensile”), high resistance (called “HT” for “High Tensile”), very high resistance (called “ST” for “Super Tensile”) and ultra high resistance (called “UT” for “Ultra Tensile”), the resistances NT, HT, ST and UT being defined in accordance with the ISO 17832:2018 _ 05 standard.
  • the total elongation at break (At) of the wire once drawn, sum of the elastic elongation and the plastic elongation is preferably greater than 2.0%.
  • the depths of hollows of a carbon steel wire for tire reinforcement with a diameter of 1.75 mm, comprising 0.86% by mass of carbon and a mechanical strength of 1300 MPa, are measured.
  • the hollow depth Sv measurement is carried out in accordance with the ISO 25178 standard of 2015.
  • the mechanical resistance is measured according to the ASTM D4975-14 standard.
  • the 1.75 mm diameter wire is obtained by drawing a 5.5 mm diameter wire rod in a dry environment using 12 successive dies allowing a gradual reduction in the diameter of the wire.
  • the table below presents the results obtained on the wire obtained by drawing in the conventional manner (dry drawing) as well as on the wire treated by electro-polishing.
  • the electropolished wire differs from the control wire only in that it is subjected, after drawing identical to the control wire, to a treatment by electro-polishing.
  • the electropolishing treatment is carried out by continuously scrolling the wire through a deep eutectic solvent bath of a mixture of ethylene glycol and choline chloride in a molar ratio of 2'1, at a temperature of 70°C in the presence with a current density of 20.7 A/dm 2 , the residence time of the wire in the bath being 60 seconds.
  • the number of surface defects is measured by eddy current, a well-known method in the field of metallurgy for the analysis of surface defects. To do this, the wire passes through an electro-magnetic coil supplied with a current. A fault is detected by varying the amplitude and phase of the generated eddy current.
  • the treatment according to the invention makes it possible to significantly reduce the depth of the surface defects as well as the number of surface defects.
  • control wire as well as the wire having undergone an electro-polishing treatment of example 1 are drawn in a step of wet drawing by passing through a succession of 19 dies.
  • Wear is determined by measuring the evolution of the diameter of the wire leaving the last die as a function of time. The more the die is worn, the more this diameter will increase. The test is interrupted when the pilot wire reaches the tolerance limit.
  • the evolution of the diameter of the control yarn and of the yarn obtained by the process according to the invention are represented in FIG. 2. It is observed that the diameter of the yarn obtained by the process according to the invention evolves less rapidly than the diameter of the control yarn. , allowing prolonged use of the dies.
  • Example 3 improvement in resistance to rotational bending
  • a wire of the state of the art and a wire obtained according to the process of the invention were compared during a rotary bending test carried out in a dry atmosphere and in a humid atmosphere (at least 60% relative humidity). .
  • This test measures the maximum endurance stress in rotary bending in a dry or wet environment (60% relative humidity) (respectively SigmaD and Sigma D2) of each wire tested.
  • the rotary bending test (“Hunter fatigue test”) is a known fatigue test; it has been described in patent US Pat. No. 2,435,772 and used for example in patent application EP-A-220,766 to test the fatigue-corrosion resistance of metal wires intended for reinforcing tire casings.
  • ⁇ a sample of the wire to be tested, of determined length, is held at each of its two ends by two parallel jaws. In one of the jaws, the wire can rotate freely while it remains fixed in the second jaw which is motorized.
  • the bending of the wire makes it possible to apply a given bending stress to it, the intensity of which varies with the imposed radius of curvature, itself a function of the useful length of the sample (for example from 70 to 250 mm) and of the distance between the two jaws (for example from 30 to 115 mm).
  • the test is conducted as follows : a first stress o is chosen and the fatigue test is launched for a maximum number of 10 5 cycles, at the rate of 3000 rotations per minute.
  • breaking the cable here is meant the breaking of at least one wire constituting the cable.
  • E the Young's modulus of the material (in MPa)
  • cp the diameter of the broken wire (in mm)
  • control threads are obtained in a conventional manner.
  • the wires obtained by the method according to the invention differ from the control wires only in that they have undergone an electropolishing treatment before the drawing step in a wet environment.
  • the yarn obtained by the method according to the invention has a significantly lower decline while having a breaking strength similar to the control yarn, and this for all the diameters and carbon contents tested.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de production d'un fil métallique en acier utilisable pour le renforcement d'articles de caoutchouc comprenant au moins une étape d'électro-polissage d'un fil métallique de diamètre d1 par passage en continu dans un bain de solvant eutectique profond, en présence d'une densité de courant comprise entre 10 et 50 A/dm², le temps de séjour du fil dans le bain de solvant eutectique profond étant compris entre 10 s et 3 min.

Description

PROCÉDÉ DE PRODUCTION D’UN FIL MÉTALLIQUE POUR LE RENFORCEMENT D’ARTICLES DE CAOUTCHOUC
Domaine technique de l'invention
La présente invention est relative au domaine des procédés de production d’un fil métallique utilisable pour le renforcement d’articles de caoutchouc et à l’utilisation de tels fils métalliques.
Art antérieur
Les articles de caoutchouc tels que les bandages pneumatiques, les chenilles ou les bandes transporteuses sont renforcés au moyen de nappes de renforcements constituées de renforts métalliques agencés parallèlement côte à côte. Ces renforts métalliques peuvent être chacun constitués d’un fil métallique ou d’un assemblage de fils métalliques. De tels renforts sont par exemple et de manière non limitative, pour des bandages pneumatiques, des fils métalliques dont le diamètre peut aller de 0,15 à 0,5 mm, ou des assemblages de deux fils métalliques ou plus, par exemple pour des véhicules légers un assemblage de deux fils métalliques de diamètre 0,30 mm (assemblage « 2.30 »).
Ces fils métalliques sont produits, de manière bien connue de l’homme du métier, par tréfilage. Le procédé de tréfilage comprend de manière classique une première étape de tréfilage en milieu sec, dans lequel un fil machine issue de l’aciérie, d’un diamètre allant typiquement de 4,5 à 6,5 mm, est tréfilé dans une série de filières en milieu gazeux, par exemple de l’air, jusqu’à un diamètre allant typiquement de 0,6 à 3,0 mm. Le fil obtenu peut ensuite subir un traitement thermique afin d’ajuster la microstructure de l’acier, être éventuellement revêtu d’un revêtement métallique, par exemple du laiton, avant d’être tréfilé en milieu humide jusqu’à un diamètre final pouvant aller de 0,06 mm à 0,4 mm.
Ces fils doivent avoir, parmi d’autres caractéristiques, une résistance mécanique suffisante pour renforcer correctement les articles de caoutchouc et présenter un état de surface suffisamment régulier pour limiter l’usure des filières de tréfilage, éviter les problèmes de casse.
L’intérêt d’améliorer l’état de surface du fil avant son revêtement par un alliage promoteur d’adhésion a déjà été identifié. Ainsi, le document JP 07268787 décrit un fil dont le creux maximal mesuré selon la direction radiale du fil est de 15 pm, ceci ayant pour effet d’améliorer la résistance à la fatigue du fil. Toutefois, ce document n’enseigne aucun dispositif autre qu’une attention particulière devant être portée au tréfilage du fil pour l’obtention de cet état de surface.
Diverses méthodes existent, qui permettent de diminuer la rugosité de surface d’un élément métallique. Par exemple, on peut procéder à un grenaillage, avec le risque d’incorporer des corps étrangers dans l’élément traité, raccourcir le temps d’utilisation des filières ou réaliser un tréfilage en mode sec sans utiliser de lubrifiant, ce qui induit une hausse correspondante des coûts de tréfilage due au remplacement plus fréquent des filières.
Le document US 4,859,289 vise également à améliorer l’état de surface du fil avant son revêtement, notamment dans l’optique de limiter la séparation entre le revêtement et le fil, en appliquant au fil un traitement d’électro-polissage dans un bain d’acide sulfurique et d’acide phosphorique. Le fil traité dans l’exemple présente une rugosité Ra de 0,9 pm. Ce traitement présente l’inconvénient de mettre en œuvre des acides dont la manipulation et le retraitement peuvent être problématiques. De plus, l’électro-polissage en bain acide appliqué à des fils pouvant être utilisés dans le renforcement d’articles de caoutchouc ne permet pas d’atteindre de très faibles niveaux de rugosité.
Poursuivant ses recherches, la demanderesse a découvert qu’un procédé d’électro-polissage mis en œuvre dans des conditions particulières permettait d’améliorer la productivité des étapes de tréfilage tout en améliorant la résistance en endurance d’un fil métallique utilisable pour le renforcement d’articles de caoutchouc.
Description détaillée de l’invention
L’invention concerne un procédé de production d’un fil métallique en acier utilisable pour le renforcement d’articles de caoutchouc comprenant au moins les étapes successives suivantes ■ a. Une étape d’électro-polissage d’un fil métallique de diamètre dl dans laquelle le fil métallique passe en continu dans un bain de solvant eutectique profond en étant soumis à un courant anodique, la densité de courant étant comprise entre 10 et 50 A/dm2, le temps de séjour du fil dans le bain de solvant eutectique profond étant compris entre 10 s et 3 min ; b. Une étape de tréfilage du fil métallique vers un diamètre d2.
L’invention concerne également l’utilisation d’un fil métallique issu du procédé de production selon l’invention dans un article de caoutchouc choisi parmi les bandages pneumatiques, les bandages non pneumatiques, les chenilles et les bandes transporteuses
Définitions Les composés comprenant du carbone mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. Sont concernés notamment les polymères, les plastifiants, les charges, etc.
Par l’expression "partie en poids pour cent parties en poids d’élastomère" (ou pce), il faut entendre au sens de la présente invention, la partie, en masse pour cent parties en masse d’élastomère.
Dans la présente invention, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages (%) en masse.
D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c’est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).
[Fig.1] On a représenté sur la figure 1 un diagramme d'un procédé de production d’un fil métallique selon l’invention.
Étape a) d’électro-polissage
Le procédé de production d’un fil métallique selon l’invention comprend une étape a) d’électropolissage d’un fil métallique de diamètre dl dans laquelle le fil métallique passe en continu dans un bain de solvant eutectique profond où il est soumis à un courant anodique, en présence d’une densité de courant allant de 10 à 50 A/dm2, le temps de séjour du fil métallique dans le bain de solvant eutectique profond étant compris entre 10 s et 3 min.
La densité de courant dans le bain est exprimée en ampère par dm2 de surface de fil immergé dans le bain. La densité de courant va de 10 è 50 A/dm2, préférentiellement de 15 et 30A/dm2.
L’étape d’électro-polissage permet de dissoudre les pics de rugosité du fil métallique, et ainsi de diminuer la rugosité globale de celui-ci. Le temps de séjour du fil dans le bain de solvant eutectique doit être suffisant pour que l’électro-polissage soit réalisé de manière satisfaisante, sans être trop important pour que les bains aient une taille compatible avec les vitesses de défilement typiques des procédés de tréfilage industriels. De manière préférée, le temps de séjour du fil dans le bain de solvant eutectique profond va de 10 s à 3 min, de préférence de 20 s à 150 s. De préférence, le diamètre dl va de 0,6 à 3,0 mm.
Un solvant eutectique profond est formé par le mélange entre deux ou plusieurs composés dans une proportion exacte qui correspond au point eutectique. Ce mélange se comporte comme un corps pur.
De préférence, le solvant eutectique profond est choisi parmi un mélange eutectique de chlorure de choline et d’éthylène glycol et un mélange eutectique de chlorure de choline et de glycérol. Un tel mélange présente très peu de risques de type hygiène-sécurité-environnement (dits « risques HSE »). Ainsi, outre un meilleur état de surface obtenu à l’issue de l’étape d’électro-polissage, la manipulation du solvant est facilitée par rapport à l’usage d’acides. Les solvants eutectiques profonds préférés permettent de réduire de manière particulièrement efficace les défauts de surface d’un fil d’acier destiné au renforcement d’articles de caoutchouc, en particulier de bandages pneumatiques.
Un solvant eutectique profond et préparé par simple mélange des composés le constituant dans les bonnes proportions, à une température suffisante pour que tous les constituants soient en phase liquide. À titre d’exemple, un solvant eutectique profond constitué de chlorure de choline et d’éthylène glycol est préparé en diluant la poudre de chlorure de choline dans l’éthylène glycol à une température d’environ 105°C puis en refroidissant le mélange obtenu. Le solvant obtenu présente une composition correspondant au point eutectique, à savoir un ratio molaire ethylène glycol ■ chlorure de choline égal à 2 ■ 1.
De préférence, la température du bain de solvant eutectique profond va de 50°C à 100°C, de préférence de 50°C à 80°C. En dessous de 50°C, la conductivité du solvant est plus faible et la densité de courant nécessaire pour mettre en œuvre le traitement d’électro-polissage dans un laps de temps satisfaisant devient excessive. En limitant la température du bain, on permet au solvant de rester sous le point eutectique tout en minimisant le coût énergétique ainsi que les risques opérationnels tels que les brûlures.
De préférence, la surface du fil métallique présente, à l’issue de l’étape a), une rugosité moyenne arithmétique Ra inférieure ou égale à 0,3 pm, Ra étant mesuré selon la norme ISO4287 de 2009. De préférence, le diamètre du fil métallique à l’issue de l’étape a) est inférieur de 5 |im à 25 pm au diamètre du fil métallique en entrée de l’étape a). Cette réduction de diamètre est liée à f électro-polissage qui supprime les aspérités du fil.
La partie dissoute du fil métallique précipite en fond de bain, permettant à celui-ci de conserver son efficacité sur de longues périodes de traitement.
L’étape d’électro-polissage peut être introduite dans un procédé de tréfilage tel que bien connu de l’homme du métier sans qu’il soit besoin de modifier les autres étapes du procédé. Son implémentation dans un schéma industriel est donc très simple.
Étape b) de tréfilage du fil métallique
Le procédé selon l’invention comprend une étape de tréfilage du fil métallique vers un diamètre d2. Cette étape, bien connue de l’homme du métier, est souvent désignée sous le terme de « tréfilage en milieu humide ».
L’étape de tréfilage du fil métallique vers un diamètre d2 est réalisée en faisant passer le fil métallique successivement dans plusieurs filières dont les diamètres de passage sont progressivement décroissants. Le nombre de filières, et par conséquent le nombre de diminutions successives de diamètre, est fonction de la ductilité du fil métallique et du diamètre d2 à atteindre. Plus celui-ci sera faible, plus le nombre de filières pourra être important.
Des moyens de traction du fil positionnés en aval de chaque filière, par exemple des cabestans à étages, permettent d'exercer une force de traction suffisante pour tirer le fil à travers chaque filière. Les moyens de tractions et les filières sont immergés dans un bain liquide de lubrifiant de tréfilage, par exemple tel que décrit dans le document WO 2008/113481.
Par tréfilage en milieu humide, on comprend que le fil métallique circule dans un milieu liquide, par exemple une solution aqueuse. De préférence, le lubrifiant de tréfilage lors d'un tréfilage en milieu humide est sous forme liquide. Lors d'un tréfilage en milieu humide, les moyens de tractions, par exemple des cabestans, sont exposés au milieu liquide, par exemple la solution aqueuse.
Ainsi, le fil métallique subit de 1 à m opérations de tréfilage (m variant par exemple de 8 à 23) ayant pour but de réduire le diamètre du fil métallique d’un diamètre intermédiaire dl ou légèrement inférieur à dl, l’étape d’électro-polissage ayant pu conduire à une légère diminution du diamètre du fil métallique, vers le diamètre final d2 ainsi que d'augmenter la contrainte maximale à rupture du fil métallique.
De préférence, le diamètre d2 va de 0,06 à 0,4 mm. Un tel fil peut être utilisé pour le renforcement d’un article de caoutchouc, par exemple un article de caoutchouc choisi parmi les bandages pneumatiques, les bandages non pneumatiques, les chenilles et les bandes transporteuses. Par bandage non pneumatique, on entend un bandage dont la forme est maintenue par un moyen autre qu’un gaz, par exemple de l’air, mis sous pression. Par exemple, un tel bandage non pneumatique peut être maintenu en forme à l’aide de haubans semi-rigides. Pour ces usages, un tel fil peut être utilisé en tant que tel, ou sous forme d’un assemblage de plusieurs fils. L’assemblage peut être réalisé par toute méthode connue de l’homme du métier telle que câblage, retordage ou autre. Parmi ces assemblages, on peut citer des assemblages classiquement utilisés tels que les assemblages 2.30 (deux fils de 30 centièmes) ou 19.18 (câble à trois couches comprenant un fil d’âme, une deuxième couche de 6 fils et une troisième couche de 12 fils).
De manière préférée, les opérations de tréfilage forment une série ininterrompue d’opérations de tréfilage en milieu humide du fil du diamètre intermédiaire dl vers le diamètre final d2. Chaque opération 1 à m est une opération de tréfilage en milieu humide dans laquelle on fait passer le fil métallique dans une filière de diamètre inférieur au diamètre du fil en amont de la filière. Ainsi, le fil métallique présente un diamètre en aval de la filière inférieur au diamètre en amont de la filière. Le diamètre de chaque filière avale est inférieur au diamètre de la filière située en amont. Pour la série ininterrompue d’opérations de tréfilage en milieu humide du fil métallique du diamètre intermédiaire dl vers le diamètre final d2, on définit la déformation rationnelle e'=2.In(dl/d2).
Par série ininterrompue d’opérations de tréfilage, on entend que le fil métallique effectue une série de passages successifs dans plusieurs filières de tréfilage, chaque passage dans chaque filière de tréfilage correspondant à une opération de tréfilage. Mis à part le dernier passage, chaque passage dans une filière est suivi directement par un passage dans la filière qui lui succède. Dans une série ininterrompue d’opérations de tréfilage, le fil métallique ne subit aucune opération, en particulier de traitement thermique ou de revêtement, autre qu'une opération de tréfilage. En d'autres termes, le fil métallique ne subit aucune opération, en particulier de traitement thermique ou de revêtement, entre deux opérations directement successives de tréfilage de la série.
Étape ab) de formation d’un revêtement métallique De préférence, le procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant, entre l’étape a) d’électro-polissage et l’étape b) de tréfilage une étape ab) de formation, à la surface du fil métallique issu de l’étape a), d’un revêtement métallique choisi dans le groupe formé par le cuivre, le zinc, le nickel, le cobalt, l’étain, le fer, l’aluminium, le manganèse, un alliage de deux de ces métaux et un alliage de trois de ces métaux, préférentiellement choisi dans le groupe formé par un alliage de cuivre et de zinc, un alliage de cuivre et d’étain, et un alliage ternaire formé par le cuivre, le zinc, et un métal choisi parmi le nickel, le cobalt, l’étain et le fer.
Cette étape est bien connue de l’homme du métier et peut être réalisée, par exemple et lorsque le revêtement est du laiton, par des opérations successives de dépôt du cuivre, de dépôt du zinc, puis de diffusion thermique.
Étape pa) de réduction du diamètre d’un fil métallique
Le procédé selon l’invention comprend de manière préférée, préalablement à l’étape a), une étape pa) de réduction du diamètre du fil métallique d’un diamètre d vers le diamètre dl.
Le diamètre d va préférentiellement de 4,5 à 6,5 mm.
Cette étape peut être réalisée selon toute méthode connue de l’homme du métier. Par exemple, cette étape peut être réalisée par laminage, en passant le fil métallique dans une succession de paires de rouleaux, chaque paire étant orientée avec un angle par rapport à la paire précédente, par exemple orientée perpendiculairement.
Dans un arrangement préféré, cette étape est réalisée par tréfilage. Cette étape de tréfilage, bien connue de l’homme du métier, est souvent désignée sous le terme de « tréfilage en milieu sec ». Elle comprend typiquement plusieurs opérations.
Dans une première opération de déroulage, on déroule un fil métallique de diamètre initial d allant de 4,5 à 6,5 mm, préférentiellement en acier et présentant une contrainte maximale à la rupture comprise entre 300 MPa et 700 MPa. Le fil, appelé fil machine, est stocké sous forme d'une botte sur un dévidoir à partir duquel on le déroule grâce à des moyens automatisés de déroulage, par exemple un dérouleur. La micro-structure de l'acier est alors ferrito-perlitique.
Puis, dans une opération de décalaminage du fil machine, on fait passer le fil machine dans plusieurs poulies successives et dans deux dresseurs formés chacun par plusieurs poulies, les poulies de chaque dresseur étant montées en rotation selon un axe perpendiculaire à l'axe de rotation des poulies de l'autre dresseur. On enlève ainsi une couche d'oxydes de fer, appelé calamine, présente en surface du fil machine.
Ensuite, on revêt le fil machine d'une couche d'un lubrifiant de tréfilage avant de commencer le tréfilage proprement dit, dans n opérations de tréfilage, n pouvant par exemple varier de 6 à 12.
Les n opérations de tréfilage ont pour but de réduire le diamètre du fil métallique du diamètre initial d vers un diamètre intermédiaire dl.
Les opérations de tréfilage forment préférentiellement une série ininterrompue d'opérations de tréfilage en milieu sec du fil métallique du diamètre initial d vers le diamètre intermédiaire dl. Chaque opération de tréfilage est une opération de tréfilage en milieu sec dans laquelle on fait passer le fil métallique dans une filière de diamètre inférieur au diamètre du fil en amont de la filière. Ainsi, le fil métallique présente un diamètre en aval de la filière inférieur au diamètre en amont de la filière. Le diamètre de chaque filière est inférieur au diamètre de la filière située en amont. Pour la série ininterrompue d'étapes de tréfilage en milieu sec du fil du diamètre initial dvers le diamètre intermédiaire dl, on définit la déformation rationnelle e=2.In(d/dl).
Des moyens de traction du fil métallique positionnés en aval de chaque filière, par exemple des cabestans, permettent d'exercer une force de traction suffisante pour tirer le fil à travers chaque filière. On utilise un lubrifiant de tréfilage sous forme pulvérulente.
Par tréfilage en milieu sec, on comprend que le fil métallique circule dans un milieu gazeux, par exemple l'air ambiant. Le lubrifiant de tréfilage lors d'un tréfilage en milieu sec est sous forme pulvérulente. Lors d'un tréfilage en milieu sec, les moyens de tractions, par exemple des cabestans, sont exposés au milieu gazeux, par exemple l'air ambiant.
Par série ininterrompue d'étapes de tréfilage, on entend que le fil métallique effectue une série de passages successifs dans plusieurs filières de tréfilage, chaque passage dans chaque filière de tréfilage correspondant à une opération de tréfilage. Mis à part le dernier passage, chaque passage dans une filière est suivi directement par un passage dans la filière qui lui succède. Dans une série ininterrompue d'opérations de tréfilage, le fil métallique ne subit aucune autre opération, en particulier de traitement thermique ou de revêtement, qu'une opération de tréfilage. En d'autres termes, le fil métallique ne subit aucune opération, en particulier de traitement thermique ou de revêtement, entre deux opérations directement successives de tréfilage de la série.
À l’issue des opérations de tréfilage en milieu sec, le fil métallique peut éventuellement être enroulé sur une bobine lors d’une opération d’enroulage, préalablement à son traitement dans les étapes ultérieures du procédé selon l’invention. La mise en bobine peut être utilisée pour stocker le fil métallique de manière temporaire, ou pour le transporter vers le lieu de mise en œuvre des autres étapes du procédé selon l’invention. Le fil métallique est alors ensuite déroulé dans une opération de déroulage avant d’alimenter l’étape suivante du procédé selon l’invention.
De manière préférée, le fil métallique est soumis à une opération de traitement thermique. Si une opération d’enroulage est mise en œuvre à l’issue des opérations de tréfilage en milieu sec, l’opération de traitement thermique est mise en œuvre après l’opération de déroulage.
L’opération de traitement thermique permet de modifier la structure métallographique du fil métallique de diamètre intermédiaire dl pour régénérer la structure du fil machine. L'homme du métier sait comment trouver les différents paramètres de cette étape, par exemple dans « Les principes de base du traitement thermique des aciers », André Constant et Guy Henry, ISBN 2-85330-083-8.
Lors de cette opération, on chauffe le fil métallique de diamètre intermédiaire dl à une température supérieure ou égale à la température d'austénitisation de l'acier, ici supérieure ou égale à 850°C. En fonction de la composition chimique de l'acier, l'homme du métier sait, notamment comme décrit dans « Précis de métallurgie », ISBN 2-12-260121-6, quelle température d'austénitisation il doit atteindre. Ainsi, si l'austénitisation n'est pas suffisante, il subsiste des bandes non recristallisées et l'austénite obtenue n'est pas homogène ce qui nuit au tréfilage ultérieur. Si l'austénitisation est trop importante, la micro-structure obtenue lors refroidissement ultérieur est une ferrite aciculaire (dite de Windmanstatten) et pas une structure ferrito-perlitique.
On refroidit ensuite le fil métallique de diamètre intermédiaire dl de façon à conférer à l'acier une micro-structure perlitique ou ferrito-perlitique. De façon bien connue de l'homme du métier, on refroidit le fil métallique pour éviter la formation de microstructure autre qu'une structure perlitique, ferritique ou ferrito-perlitique. Une vitesse de refroidissement trop rapide conduirait à une micro-structure ferritique aciculaire, bainitique ou martensitique. L'homme du métier sait déterminer la vitesse de refroidissement en fonction de la composition chimique de l'acier, de la température d'austénitisation au moyen d'abaques disponibles notamment dans le document "Atlas des courbes de transformation des aciers de fabrication française", IRDIS, 1974.
Fil métallique
Par « fil métallique », on entend un objet présentant une très grande longueur par rapport à sa section, cette section étant observée selon un plan perpendiculaire à la plus grande longueur du fil. La section du fil métallique peut être de forme circulaire, ovale ou polygonale, par exemple carrée ou rectangulaire, les angles pouvant, dans le cas d’une forme polygonale, être arrondis. La forme de la section du fil est conférée d’une part par lors de l’étape pa) de réduction de diamètre lorsque celle-ci est mise en œuvre, et d’autre part lors de l’étape b) de tréfilage du fil métallique. De préférence, la section du fil métallique est de forme circulaire, ovale ou rectangulaire. Par « diamètre du fil », on entend la plus grande longueur de la section du fil.
De préférence, le fil métallique est un fil en acier. Comme acier convient tout acier utilisable pour le renforcement d’articles de caoutchouc choisi parmi les bandages pneumatiques, les bandages non pneumatiques, les chenilles et les bandes transporteuses. Un tel acier doit en particulier pouvoir être tréfilé jusqu’à des diamètres allant de 0,6 mm à 2,5 mm, notamment pour une utilisation en tant que « fil tringle », voire pouvoir être tréfilé jusqu’à des diamètres allant de 0,06 à 0,4 mm pour être utilisé, seul ou en assemblage, comme élément de renforcement dans les articles de caoutchouc, par exemple dans les nappes carcasses ou les nappes de sommet.
Selon un mode de réalisation préférentiel, lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone (% en poids d’acier) est comprise dans un domaine de 0,1% à 1,1%, sa teneur en silicium (% en poids d’acier) est comprise dans un domaine de 0% à 1%, sa teneur en chrome (% en poids d’acier) est comprise dans un domaine de 0% à 1%, les teneurs en éléments Mn, Cu, Mo, Al, P et S étant chacune inférieures à 1% (% en poids d’acier), le reste de la composition de l’acier étant le fer et les impuretés inévitables.
L'invention s’applique en particulier à des aciers du type steel cord à résistance normale (dit « NT » pour « Normal Tensile »), à haute résistance (dit « HT » pour « High Tensile »), à très haute résistance (dit « ST » pour « Super Tensile ») et à ultra haute résistance (dit « UT » pour « Ultra Tensile »), les résistances NT, HT, ST et UT étant définies conformément à la norme ISO 17832 :2018_05. L’allongement total à la rupture (At) du fil une fois tréfilé, somme de l’allongement élastique et de l’allongement plastique, est de préférence supérieur à 2,0%. Exemples
Exemple 1 - Réduction de la profondeur des creux
On mesure les profondeurs de creux d’un fil d’acier carbone pour renforcement de pneumatiques de diamètre 1,75 mm, comprenant 0,86% en masse de carbone et de résistance mécanique 1300 MPa. La mesure de profondeur de creux Sv est réalisée conformément à la norme ISO 25178 de 2015. La résistance mécanique est mesurée selon la norme ASTM D4975- 14.
Le fil de diamètre 1,75 mm est obtenu par tréfilage en milieu sec d’un fil machine de diamètre 5,5 mm au moyen de 12 filières successives permettant une réduction progressive du diamètre du fil.
On présente dans le tableau ci-dessous les résultats obtenus sur le fil obtenu par tréfilage de manière classique (tréfilage à sec) ainsi que sur le fil traité par électro-polissage.
Le fil électropoli diffère du fil témoin uniquement en ce qu’il est soumis, après un tréfilage identique au fil témoin, à un traitement par électro-polissage. Le traitement par électropolissage est réalisé en faisait défiler le fil en continu dans un bain de solvant eutectique profond d’un mélange d’éthylène glycol et de chlorure de choline dans un ratio molaire 2'1, à une température de 70°C en présence d’une densité de courant de 20,7 A/dm2, le temps de séjour du fil dans le bain étant de 60 secondes.
On mesure le nombre de défauts de surface par courant de Foucault, méthode bien connue dans le domaine de la métallurgie pour l’analyse des défauts de surface. Pour ce faire, le fil passe dans une bobine électro-magnétique alimentée par un courant. Un défaut est détecté par variation de l’amplitude et de la phase du courant de Foucault généré.
[Tableau 1]
Figure imgf000012_0001
Le traitement selon l’invention permet de réduire nettement la profondeur des défauts de surface ainsi que le nombre de défauts de surface. Exemple 2 - réduction de l’usure des filières en tréfilage humide
Le fil témoin ainsi que le fil ayant subi un traitement d’électro-polissage de l’exemple 1 sont tréfilés dans une étape de tréfilage humide par passage dans une succession de 19 filières.
On détermine l’usure en mesurant l’évolution du diamètre du fil en sortie de dernière filière en fonction du temps. Plus la filière est usée, et plus ce diamètre va augmenter. Le test est interrompu lorsque le fil témoin atteint la limite de tolérance. L’évolution du diamètre du fil témoin et du fil obtenu par le procédé selon l’invention sont représentées sur la figure 2. On observe que le diamètre du fil obtenu par le procédé selon l’invention évolue moins rapidement que le diamètre du fil témoin, permettant une utilisation prolongée des filières.
Exemple 3 - amélioration de la résistance en flexion rotative
On a comparé un fil de l'état de la technique et un fil obtenu selon le procédé de l’invention au cours d'un test de flexion rotative réalisé en atmosphère sèche et en atmosphère humide (au moins 60% d'humidité relative). Ce test permet de mesurer la contrainte maximale d'endurance en flexion rotative en milieu sec ou humide (60% d’humidité relative) (respectivement SigmaD et Sigma D2) de chaque fil testé.
Le test de flexion rotative ("Hunter fatigue test") est un test de fatigue connu ; il a été décrit dans le brevet US-A-2 435 772 et utilisé par exemple dans la demande de brevet EP-A-220 766 pour tester la résistance en fatigue-corrosion de fils métalliques destinés au renforcement d'enveloppes de pneumatiques.
Le principe du test est le suivant ■ un échantillon du fil à tester, de longueur déterminée, est maintenu à chacune de ses deux extrémités par deux mors parallèles. Dans l'un des mors, le fil peut tourner librement alors qu'il reste fixe dans le second mors qui est, lui, motorisé. La mise en flexion du fil permet de lui appliquer une contrainte de flexion donnée o dont l'intensité varie avec le rayon de courbure imposé, fonction lui-même de la longueur utile d'échantillon (par exemple de 70 à 250 mm) et de la distance entre les deux mors (par exemple de 30 à 115 mm).
Pour tester l'endurance du fil ainsi précontraint, on lui fait alors subir, en actionnant le mors motorisé, un grand nombre de cycles de rotation autour de son propre axe, de manière à solliciter chaque point de la circonférence de sa section transversale alternativement en extension et en compression (+ o - o). En pratique, le test est conduit de la manière suivante : on choisit une première contrainte o et on lance le test de fatigue pour un nombre maximal de 105 cycles, à raison de 3000 rotations par minute. Selon le résultat obtenu - i.e. rupture ou non-rupture du câble au bout de ces 105 cycles maximum - on applique une nouvelle contrainte o (inférieure ou supérieure à la précédente, respectivement) sur une nouvelle éprouvette, en faisant varier cette contrainte o selon la méthode dite de l'escalier (Dixon & Mood Journal of the American statistical association, 43, 1948, 109-126). On effectue ainsi 17 itérations au total, le traitement statistique des essais défini par cette méthode de l'escalier conduit à la détermination d'une limite d'endurance - notée oa ■ qui correspond à une probabilité de rupture du fil de 50% au bout des 105 cycles de fatigue.
On utilise pour ce test une machine de flexion rotative de la société Bekaert, modèle type RBT équipé d'un détecteur électrique de casse. On entend ici par rupture du câble la rupture d'au moins un fil constitutif du câble.
La formule permettant de calculer la contrainte o est la suivante ■ o — 1,198 E (p / C
E étant le module d'Young du matériau (en MPa), cp étant le diamètre du fil cassé (en mm), et C étant la distance (en mm) entre les deux mors (C = Lo/2,19 avec Lo: longueur utile de l'échantillon).
Les fils témoins sont obtenus de manière classique. Les fils obtenus par le procédé selon l’invention diffèrent des fils témoins uniquement en ce qu’ils ont subi un traitement d’électropolissage avant l’étape de tréfilage en milieu humide.
On mesure pour chaque fil sa résistance à la rupture après vieillissement à 150°C pendant 60 min, Rm, exprimée en MPa et mesurée selon la norme ASTM D4975 ainsi que sa déchéance, correspondant à la perte de résistance du fil et calculée selon :
Déchéance (%)= (Sigma-Sigma2)/Sigma x 100
Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous.
[Tableau 2]
Figure imgf000015_0001
Le fil obtenu par le procédé selon l'invention présente une déchéance significativement plus faible tout en présentant une résistance à la rupture similaire au fil témoin, et ce pour tous les diamètres et teneurs en carbone testées.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé de production d’un fil métallique en acier utilisable pour le renforcement d’articles de caoutchouc comprenant au moins les étapes successives suivantes : a. Une étape d’électro-polissage d’un fil métallique de diamètre dl dans laquelle le fil métallique passe en continu dans un bain de solvant eutectique profond choisi parmi un mélange eutectique de chlorure de choline et d’éthylène glycol et un mélange eutectique de chlorure de choline et de glycérol en étant soumis à un courant anodique, la densité de courant étant comprise entre 10 et 50 A/dm2, le temps de séjour du fil dans le bain de solvant eutectique profond étant compris entre 10 s et 3 min ; b. Une étape de tréfilage du fil métallique vers un diamètre d2.
[Revendication 2] Procédé de production d’un fil métallique selon la revendication précédente dans lequel le diamètre dl va de 0,6 à 3,0 mmm.
[Revendication 3] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la température du bain de solvant eutectique profond va de 50°C à 100°C, de préférence de 50°C à 80°C.
[Revendication 4] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la surface du fil métallique présente, à l’issue de l’étape a), une rugosité moyenne arithmétique Ra inférieure ou égale à 0,3 pm, Ra étant mesuré selon la norme ISO 4287 de 2009.
[Revendication 5] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le diamètre du fil métallique à l’issue de l’étape a) est inférieur de 5 |im à 25 |im au diamètre du fil en entrée de l’étape a).
[Revendication 6] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le diamètre d2 va de 0,06 à 0,4 mm.
[Revendication 7] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant, entre l’étape a) d’électro-polissage et l’étape b) de tréfilage une étape ab) de formation, à la surface du fil métallique issu de l’étape a), d’un revêtement métallique choisi dans le groupe formé par le cuivre, le zinc, le nickel, le cobalt, l’étain, le fer, l’aluminium, le manganèse, un alliage de deux de ces métaux et un alliage de trois de ces métaux, préférentiellement choisi dans le groupe formé par un alliage de cuivre et de zinc, un alliage de cuivre et d’étain, et un alliage ternaire formé par le cuivre, le zinc, et un métal choisi parmi le nickel, le cobalt, l’étain et le fer.
[Revendication 8] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant, préalablement à l’étape a), une étape pa) de réduction du diamètre du fil métallique d’un diamètre d vers le diamètre dl.
[Revendication 9] Procédé de production d’un fil métallique selon la revendication précédente dans lequel le diamètre d va de 4,5 à 6,5 mmm.
[Revendication 10] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l’étape pa) de réduction du diamètre est réalisée par tréfilage.
[Revendication 11] Procédé de production d’un fil métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fil métallique est utilisable pour le renforcement d’un article de caoutchouc choisi parmi les bandages pneumatiques, les bandages non pneumatiques, les chenilles et les bandes transporteuses.
[Revendication 12] Utilisation d’un fil métallique issu du procédé de production selon l’une quelconque des revendications précédentes dans un article de caoutchouc choisi parmi les bandages pneumatiques, les bandages non pneumatiques, les chenilles et les bandes transporteuses.
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