EP0524160A2 - Procédé de fabrication de fil d'acier dur - Google Patents

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EP0524160A2
EP0524160A2 EP92870086A EP92870086A EP0524160A2 EP 0524160 A2 EP0524160 A2 EP 0524160A2 EP 92870086 A EP92870086 A EP 92870086A EP 92870086 A EP92870086 A EP 92870086A EP 0524160 A2 EP0524160 A2 EP 0524160A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
temperature
transformation
final
process according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP92870086A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0524160A3 (en
Inventor
Marios Economopoulos
Emile Grethen
Nicole Lambert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Original Assignee
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL filed Critical Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Publication of EP0524160A2 publication Critical patent/EP0524160A2/fr
Publication of EP0524160A3 publication Critical patent/EP0524160A3/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/18—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section in a continuous process

Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing hard steel wire, in particular wire of small diameter, for example less than 2 mm.
  • hard steel is meant here a steel containing at least 0.4%, and preferably at least 0.6% carbon.
  • a conventional method of manufacturing this type of wire generally comprises at least three stages, namely a preliminary drawing reducing the section of the wire to an intermediate diameter, a heat treatment, and a final drawing which gives the wire its final dimensions.
  • This situation is encountered in particular in the manufacture of "Steelcord" type wire used in particular for the reinforcement of rubber articles.
  • the first step comprises two successive drawing operations, which reduce the diameter of the wire respectively from 5.5 mm to 2.8 mm during the first operation, then from 2.8 mm to 0.9 - 1.7 mm during the second operation.
  • the first of the operations, therefore applied to the wire coming from the wire train, itself comprises descaling or pickling, rinsing, coating of lubricant and drying, and finally the first drawing itself.
  • the wire is then wound and possibly stored, before being subjected to the second of the above operations; this essentially comprises a unwinding, a finer drawing and a winding, followed by a new storage.
  • the second stage of the conventional process usually consists of lead patenting, which involves unwinding the wire, possible cleaning, heating to the required temperature, the patenting proper, then rinsing, drying, depositing a layer. of brass, a new rinse with drying, then a winding and a storage.
  • the third step is the final drawing which gives the wire its final dimensions.
  • the object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks by means of a method which makes it possible on the one hand to eliminate the two preliminary drawing operations and on the other hand to increase the speed of the heat treatment.
  • the process of the invention also aims to harmonize the respective speeds of the first two stages of the process, so that these two stages can be carried out successively in a single continuous line.
  • a method for manufacturing hard steel wire which comprises a first step of reducing the cross-section of the wire, a heat treatment of the wire and a final step of reducing the cross-section of the wire, is characterized in that said first step consists of hot rolling said wire in a plurality of passes from its initial diameter to a first predetermined intermediate diameter, said wire being heated to a temperature above its austenitization temperature before said first step and during at least part of it, in that said wire is cooled to a temperature at which it has a metastable austenite structure, in that the wire is kept at this temperature for a period less than the incubation time of the allotropic transformation of austenite into perlite, this duration generally being less than 10 seconds, in that one laminates the wire to a second intermediate diameter during said holding period and before the allotropic transformation of the metastable austenite, in that the wire is cooled to room temperature, and in that one performs reduction of the final section of the wire by drawing.
  • the rolling of the wire is carried out by means of laminating rollers.
  • These rollers can for example be mounted in pairs, with their axes of rotation angularly offset by 90 degrees between two pairs of successive rollers.
  • the present description refers specifically to this particular arrangement. They can however be mounted in any suitable manner, known per se, for example in cages of three rollers angularly offset by 120 degrees.
  • These rollers can be driven either by means of a single axis or by individual motors. This last case is particularly interesting, because it makes it possible to carry out a control of the traction in the wire between the pairs or the cages of rollers.
  • the wire produced by a conventional wire train has a diameter of 5.5 mm, sometimes 5 mm.
  • the subsequent rolling by rolling rollers according to the invention reduces the wire to a diameter less than 2 mm, and preferably between 0.8 mm and 1.7 mm.
  • the heating of the wire is carried out by direct passage of electric current through the wire before it enters the pairs of laminating rollers and during at least part of its path in these laminating rollers.
  • the wire is heated to a temperature between 950 ° C. and 1100 ° C.
  • This heating by Joule effect has several advantages such as a high thermal efficiency, a fast and precise control of the temperature of the wire as well as the possibility of controlling the atmosphere in order to avoid oxidation of the wire.
  • the electric current is applied to the wire by means of rollers.
  • the main difficulty in heating a wire using the Joule effect is in the contact between the rollers and the wire, and more particularly in the "hot" contact.
  • the rollers must exert a certain pressure on the wire, with the risk of deform it, particularly on hot contact.
  • such a deformation does not however constitute a drawback, since the hot rollers are precisely laminating rollers.
  • the wire in the stable austenitic state is rolled to a first intermediate diameter of the order of 2 to 3 mm.
  • Heating the wire by direct current flow during rolling makes it possible to very precisely regulate the rolling temperature, if necessary for each rolling pass individually. This precise regulation in turn makes it possible to carry out relatively complex thermomechanical treatments intended to improve the properties of the final product.
  • Cooling is an important step in the wire manufacturing process, as it conditions the structure and therefore the properties of the product.
  • the cooling of a hard steel wire comprises a first cooling down to the temperature optimal transformation, maintaining at this temperature for the time necessary for the allotropic transformation and final cooling to room temperature.
  • the cooling of the wire has a particular character, because it includes a treatment which consists in deforming the steel while it is in conditions where it has a metastable austenite structure .
  • a treatment which consists in deforming the steel while it is in conditions where it has a metastable austenite structure .
  • Such a treatment well known in the art, under the name of ausforming, makes it possible to increase to a certain extent the breaking load of the steel compared with a lead patenting treatment.
  • it has never received industrial application because of the technological difficulties that high-wire drawing presents.
  • the wire is cooled to a temperature between 650 ° C and 450 ° C, and preferably of the order of 540 ° C, the temperature being chosen according to the composition of the steel so that this one has a metastable austenite structure.
  • This cooling is preferably rapid, in order to reduce the duration of the operation and the length of the device required, and to avoid the start of allotropic transformation of the austenite into perlite before or during the ausforming treatment; it therefore has no metallurgical effect, provided that it is sufficiently rapid and short.
  • This duration is preferably less than 10 seconds.
  • the wire is then rolled very quickly at this temperature, in a time generally less than 1 second, in such a way that the rolling is finished before the allotropic transformation of the metastable austenite into perlite begins.
  • the rolling is finished when the wire has reached a second predetermined intermediate diameter, which is the diameter required for the final drawing operation. This diameter is preferably between 0.8 mm and 1.7 mm.
  • the reduction rate applied by the ausforming treatment is at least 15%.
  • the wire After the ausforming rolling, the wire is still maintained at the aforementioned temperature for a sufficient time to ensure the allotropic transformation of the austenite.
  • it is advantageous to cool the wire for example by air circulation, in order to eliminate the recalescence of wire and thus to carry out an isothermal transformation. It may be recalled that recalescence is the heating which the wire undergoes under the effect of the heat released by the allotropic transformation, which is an exothermic phenomenon.
  • the duration of this maintenance is less than 10 seconds, and it is preferably about 1 second. It is advantageously chosen so that the allotropic transformation is carried out at a rate of at least 90%
  • the wire is then cooled to room temperature. This cooling no longer having a metallurgical effect, it is advantageously carried out in as short a time as possible, preferably with water, in order to minimize the length of the production line.
  • the wire undergoes the usual brass plating operation to receive a bonding layer of the drawing lubricant.
  • the line for manufacturing a hard steel wire by the process of the invention essentially consists of a first group of pairs of rollers 1, a cooling device 2, a second group of pairs of rollers 3, a temperature-maintaining device 4, a final cooling device 5, a brass-plating device 6, a calibration cage 7 and a final wire drawing bench 8.
  • the group of rollers 1 first comprises two pairs of rollers 11 and 12, which are simple electrical contact rollers, connected respectively to the two poles of a current source symbolized here by the secondary winding of a transformer 13. These rollers 11, 12 are essentially electrical contacts for heating the wire.
  • This group of rollers 1 then comprises a plurality of pairs of rollers, such as 14 and 15, the axes of rotation of which are angularly offset by 90 degrees between two pairs of successive rollers.
  • These pairs of rollers 14, 15, preferably ten to twelve in number, are connected to the terminals of electric current sources symbolized here by secondary windings of transformers 16.
  • the pairs of rollers 14, 15 have a double function, namely bring the heating current to wire 9 and laminate the wire to the first intermediate diameter.
  • the pair of rollers 11 and the first pair of rollers 14 are connected to earth.
  • the cooling device 2 can be of any known type. It must be able to cool the wire from the end of rolling temperature to the austing temperature, i.e. from the stable austenitic structure to a metastable austenitic structure in a time compatible with the operating speed of line. To this end, an air blast cooling device is preferably used.
  • the pairs of rollers 17, 18 of group 3 are also angularly offset by 90 degrees relative to each other. Their number, preferably between two and six, is chosen so that the ausforming rolling is carried out while the austenite is in the metastable state.
  • the distance between two successive pairs of rollers, or cages, is for example 400 mm.
  • In 4 is a device for holding the wire at the transformation temperature, for example at about 540 ° C. for about 1 second.
  • This device comprises means for cooling the wire, preferably in air, to combat the recalescence of the wire, that is to say its heating during the allotropic transformation.
  • the final cooling which follows the completion of the allotropic transformation, is carried out in a device 5, of conventional type.
  • This cooling has no metallurgical effect on the wire; it can therefore be carried out as quickly as possible, preferably with water.
  • a brass plating device 6 precedes a calibration cage by drawing 7, intended to eliminate the ovalization of the wire resulting from rolling in the rollers.
  • the wire drawing bench 8 of the conventional type, gives the wire its final dimensions.
  • the diagram drawn in the lower part of the figure illustrates, schematically and without any particular scale, the evolution of the temperature of the wire during its treatment by the method of the invention.
  • the horizontal axis OX represents the path traveled by the wire, and the vertical axis indicates the temperature of the wire in the various parts of this path.
  • the wire From its initial temperature T0, which is generally room temperature, the wire is preheated to an austenitization temperature T a between the pairs of rollers 11 and 12 (section OA). It is maintained at this temperature during its rolling in the pairs of rollers 14, 15 (section AB), then it enters the cooling device. 2. It is cooled there to the transformation temperature T t in a time compatible with the speed of the line, but which can be short because this cooling must not have a metallurgical effect (section BC). At point C of its path, the wire has reached its transformation temperature, but this transformation does not start instantly. There is a very short time, generally less than 1 second, during which the wire remains austenitic at this temperature; this structure, known as metastable austenite, therefore disappears quickly to transform into perlite.

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Abstract

On lamine le fil à chaud en une pluralité de passes depuis son diamètre initial jusqu'à un premier diamètre intermédiaire prédéterminé, le fil étant chauffé à une température supérieure à sa température d'austénitisation, de préférence entre 950°C et 1100°, avant et pendant au moins une partie de ce laminage. On refroidit le fil jusqu'à une température à laquelle il présente une structure d'austénite métastable, de préférence comprise entre 650°C et 450°C. On le maintient à cette température pendant une durée inférieure au temps d'incubation de la transformation allotropique de l'austénite en perlite. On applique un traitement d'ausforming en laminant le fil jusqu'à un second diamètre intermédiaire prédéterminé pendant cette période de maintien et avant le début de la transformation allotropique de l'austénite métastable. On opère ensuite, à au moins 90 %, la transformation isotherme du fil. Enfin, on refroidit le fil jusqu'à la température ambiante et on effectue la réduction de section finale du fil par tréfilage. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fabrication de fil d'acier dur, en particulier de fil de faible diamètre, par exemple inférieur à 2 mm. Par acier dur, on entend ici un acier contenant au moins 0,4 %, et de préférence au moins 0,6 % de carbone.
  • Un procédé conventionnel de fabrication de ce type de fil comprend généralement au moins trois étapes, à savoir un tréfilage préliminaire réduisant la section du fil jusqu'à un diamètre intermédiaire, un traitement thermique, et un tréfilage final qui donne au fil ses dimensions définitives. Cette situation se rencontre notamment dans la fabrication du fil de type "Steelcord" utilisé en particulier pour le renforcement d'articles en caoutchouc. Typiquement, la première étape comporte deux opérations de tréfilage successives, qui ramènent le diamètre du fil respectivement de 5,5 mm à 2,8 mm au cours de la première opération, puis de 2,8 mm à 0,9 - 1,7 mm au cours de la deuxième opération. Ces valeurs, dont les dernières constituent le diamètre intermédiaire précité, ne sont données qu'à titre indicatif, sans effet de limitation sur l'invention qui sera décrite plus loin.
  • La première des opérations, donc appliquée au fil venant du train à fil, comprend elle-même un décalaminage ou décapage, un rinçage, un enduisage de lubrifiant et un séchage, et enfin le premier tréfilage proprement dit. Le fil est ensuite bobiné et éventuellement entreposé, avant d'être soumis à la deuxième des opérations précitées; celle-ci comprend essentiellement un débobinage, un tréfilage plus fin et un bobinage, suivi d'un nouvel entreposage.
  • La deuxième étape du procédé conventionnel consiste habituellement en un patentage au plomb, qui implique un débobinage du fil, un nettoyage éventuel, un chauffage à la température requise, le patentage proprement dit, puis un rinçage, un séchage, le dépôt d'une couche de laiton, un nouveau rinçage avec séchage, puis un bobinage et un entreposage.
  • Enfin, la troisième étape est le tréfilage final qui donne au fil ses dimensions définitives.
  • En pratique, les deux premières étapes imposent l'exploitation en parallèle de deux lignes de tréfilage et d'une ligne de patentage-laitonnage; celles-ci exigent une main d'oeuvre importante et occasionnent des frais très élevés de manipulation et d'entreposage.
  • D'autre part, ce procédé pose des problèmes d'environnement, liés à l'utilisation de savons comme lubrifiants de tréfilage et au traitement des effluents qui en résultent.
  • La discordance entre les vitesses élevées des lignes de tréfilage d'une part et la faible vitesse de la ligne de patentage-laitonnage d'autre part doit être compensée par l'installation d'un plus grand nombre de brins dans les lignes plus lentes. Outre les frais de main d'oeuvre qui en résultent, l'exploitation de nombreux brins en parallèle présente divers inconvénients d'ordre technique, tels que :
    • difficulté de contrôler individuellement les tractions dans chaque brin, avec le risque de ruptures relativement fréquentes;
    • nécessité de traiter en parallèle des fils de diamètres différents et par conséquent, impossibilité d'appliquer le cycle thermique le plus approprié pour chaque diamètre;
    • impossibilité de contrôler individuellement la température d'austénitisation de chaque brin, même à diamètre égal.
  • Enfin, le peu de flexibilité du patentage au plomb limite les possibilités métallurgiques du procédé.
  • La présente invention a pour but de porter remède aux inconvénients précités, au moyen d'un procédé qui permet d'une part de supprimer les deux opérations de tréfilage préliminaire et d'autre part d'augmenter la vitesse du traitement thermique. A cet égard, le procédé de l'invention a aussi pour objet d'harmoniser les vitesses respectives des deux premières étapes du procédé, de façon à pouvoir effectuer ces deux étapes successivement dans une ligne continue unique.
  • Conformément à la présente invention, un procédé de fabrication de fil d'acier dur, qui comprend une première étape de réduction de la section du fil, un traitement thermique du fil et une étape finale de réduction de la section du fil, est caractérisé en ce que ladite première étape consiste en un laminage à chaud dudit fil en une pluralité de passes depuis son diamètre initial jusqu'à un premier diamètre intermédiaire prédéterminé, ledit fil étant chauffé à une température supérieure à sa température d'austénitisation avant ladite première étape et pendant au moins une partie de celle-ci, en ce que l'on refroidit ledit fil jusqu'à une température à laquelle il présente une structure d'austénite métastable, en ce que l'on maintient le fil à cette température pendant une durée inférieure au temps d'incubation de la transformation allotropique de l'austénite en perlite, cette durée étant généralement inférieure à 10 secondes, en ce qu'on lamine le fil jusqu'à un second diamètre intermédiaire pendant ladite période de maintien et avant la transformation allotropique de l'austénite métastable, en ce que l'on refroidit le fil jusqu'à la température ambiante, et en ce que l'on effectue la réduction de section finale du fil par tréfilage.
  • Le laminage du fil est effectué au moyen de galets lamineurs. Ces galets peuvent par exemple être montés par paires, avec leurs axes de rotation angulairement décalés de 90 degrés entre deux paires de galets successives. La présente description se réfère spécialement à ce montage particulier. Ils peuvent cependant être montés de toute façon appropriée, connue en soi, par exemple en des cages de trois galets angulairement décalés de 120 degrés. Ces galets peuvent être entraînés soit au moyen d'un axe unique, soit par des moteurs individuels. Ce dernier cas est particulièrement intéressant, car il permet d'effectuer un contrôle de la traction dans le fil entre les paires ou les cages de galets.
  • Habituellement, le fil produit par un train à fil conventionnel présente un diamètre de 5,5 mm, parfois de 5 mm. Le laminage ultérieur par des galets lamineurs suivant l'invention, réduit le fil jusqu'à un diamètre inférieur à 2 mm, et de préférence compris entre 0,8 mm et 1,7 mm.
  • Dans le présent procédé, le chauffage du fil est réalisé par passage direct de courant électrique dans le fil avant son entrée dans les paires de galets lamineurs et pendant au moins une partie de son trajet dans ces galets lamineurs. Pour assurer l'austénitisation de l'acier, on chauffe le fil jusqu'à une température comprise entre 950°C et 1100°C. Ce chauffage par effet Joule présente plusieurs avantages tels qu'un rendement thermique élevé, un contrôle rapide et précis de la température du fil ainsi que la possibilité de contrôler l'atmosphère afin d'éviter l'oxydation du fil.
  • De façon connue en soi, le courant électrique est appliqué au fil par l'intermédiaire de galets. Habituellement, la principale difficulté du chauffage d'un fil par effet Joule se situe dans le contact entre les galets et le fil, et plus particulièrement au contact "chaud". En effet, pour faire passer le courant électrique de chauffage dans de bonnes conditions, c'est-à-dire sans détériorer l'état de surface du fil, il faut que les galets exercent une certaine pression sur le fil, avec le risque de déformer- ce dernier, particulièrement au contact chaud. Dans le cadre de la présente invention, une telle déformation ne constitue cependant pas un inconvénient, puisque les galets chauds sont précisément des galets lamineurs.
  • Dans un premier groupe de galets lamineurs, le fil à l'état austénitique stable est laminé jusqu'à un premier diamètre intermédiaire de l'ordre de 2 à 3 mm.
  • Le chauffage du fil par passage direct du courant pendant le laminage permet de réguler de façon très précise la température de laminage, le cas échéant pour chaque passe de laminage individuellement. Cette régulation précise permet à son tour de réaliser des traitements thermomécaniques relativement complexes destinés à améliorer les propriétés du produit final.
  • Le refroidissement constitue une étape importante du processus de fabrication du fil, car il conditionne la structure et par conséquent les propriétés du produit. D'une manière générale, le refroidissement d'un fil d'acier dur comprend un premier refroidissement jusqu'à la température optimale de transformation, un maintien à cette température pendant le temps nécessaire à la transformation allotropique et un refroidissement final jusqu'à la température ambiante.
  • Dans le procédé de l'invention, le refroidissement du fil présente un caractère particulier, du fait qu'il comporte un traitement qui consiste à déformer l'acier alors qu'il se trouve dans des conditions où il présente une structure d'austénite métastable. Un tel traitement, bien connu dans la technique, sous l'appellation d'ausforming, permet d'augmenter dans une certaine mesure la charge de rupture de l'acier par rapport à un traitement de patentage au plomb. Toutefois, il n'a jamais reçu d'application industrielle à cause des difficultés technologiques que présente le tréfilage à haute température.
  • Ces difficultés sont résolues, suivant l'invention, par le fait que le traitement d'ausforming est réalisé par laminage dans des paires de galets lamineurs.
  • A cet effet, le fil est refroidi jusqu'à une température comprise entre 650°C et 450°C, et de préférence de l'ordre de 540°C, la température étant choisie en fonction de la composition de l'acier pour que celui-ci présente une structure d'austénite métastable. Ce refroidissement est de préférence rapide, afin de réduire la durée de l'opération et la longueur du dispositif requis, et d'éviter un début de transformation allotropique de l'austénite en perlite avant ou pendant le traitement d'ausforming; il n'a donc pas d'effet métallurgique, pour autant qu'il soit suffisamment rapide et court. Cette durée est de préférence inférieure à 10 secondes.
  • Le fil est ensuite laminé très rapidement à cette température, en un temps généralement inférieur à 1 seconde, de telle façon que le laminage soit terminé avant que débute la transformation allotropique de l'austénite métastable en perlite. A cet égard, le laminage est terminé lorsque le fil a atteint un second diamètre intermédiaire prédéterminé, qui est le diamètre requis pour l'opération de tréfilage final. Ce diamètre est de préférence compris entre 0,8 mm et 1,7 mm. Le taux de la réduction appliquée par le traitement d'ausforming est d'au moins 15 %.
  • Après le laminage d'ausforming, le fil est encore maintenu à la température précitée pendant une durée suffisante pour assurer la transformation allotropique de l'austénite. Pendant ce maintien, il est avantageux de refroidir le fil, par exemple par circulation d'air, afin d'éliminer la recalescence de fil et de réaliser ainsi une transformation isotherme. On peut rappeler que la recalescence est le réchauffement que subit le fil sous l'effet de la chaleur dégagée par la transformation allotropique, qui est un phénomène exothermique. La durée de ce maintien est inférieure à 10 secondes, et elle est de préférence d'environ 1 seconde. Elle est avantageusement choisie pour que la transformation allotropique soit effectuée à raison d'au moins 90 %
  • Le fil subit ensuite un refroidissement jusqu'à la température ambiante. Ce refroidissement n'ayant plus d'effet métallurgique, il est avantageusement effectué en un temps aussi court que possible, de préférence à l'eau, afin de réduire au maximum la longueur de la ligne de fabrication.
  • Après le refroidissement final, le fil subit l'opération habituelle de laitonnage pour recevoir une couche d'accrochage du lubrifiant de tréfilage.
  • A ce stade, il est d'ailleurs avantageux de prévoir une passe de calibrage du fil par tréfilage, afin d'éliminer l'ovalisation de la section résultant du laminage par les galets lamineurs et d'améliorer les tolérances sur le diamètre.
  • On effectue ensuite les opérations de tréfilage final conventionnel.
  • Il est préférable d'utiliser le même lubrifiant pour le tréfilage de calibrage et pour le tréfilage final, afin que le fil ne doive pas subir de nettoyage de surface après le calibrage.
  • On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, en faisant référence à la figure unique annexée, qui montre dans sa partie supérieure (a) une ligne continue pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention et dans sa partie inférieure (b) l'évolution de la température du fil le long de cette ligne. Cette figure constitue une représentation schématique de l'installation, dans laquelle on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention.
  • La ligne de fabrication d'un fil d'acier dur par le procédé de l'invention se compose essentiellement d'un premier groupe de paires de galets 1, d'un dispositif de refroidissement 2, d'un second groupe de paires de galets 3, d'un dispositif de maintien à température 4, d'un dispositif de refroidissement final 5, d'un dispositif de laitonnage 6, d'une cage de calibrage 7 et d'un banc de tréfilage final 8.
  • Ces équipements seront décrits successivement, dans l'ordre où ils sont traversés par le fil 9 circulant dans le sens de la flèche 10.
  • Le groupe de galets 1 comporte d'abord deux paires de galets 11 et 12, qui sont de simples galets de contact électriques, reliés respectivement aux deux pôles d'une source de courant symbolisée ici par l'enroulement secondaire d'un transformateur 13. Ces galets 11, 12 sont essentiellement des contacts électriques permettant d'effectuer le chauffage du fil.
  • Ce groupe de galets 1 comprend ensuite une pluralité de paires de galets, telles que 14 et 15, dont les axes de rotation sont angulairement décalés de 90 degrés entre deux paires de galets successives. Ces paires de galets 14, 15, de préférence au nombre de dix à douze, sont raccordées aux bornes de sources de courant électrique symbolisées ici par des enroulements secondaires de transformateurs 16. Les paires de galets 14, 15 ont une double fonction, à savoir amener le courant de chauffage au fil 9 et laminer le fil jusqu'au premier diamètre intermédiaire.
  • Pour des raisons de sécurité, la paire de galets 11 et la première paire de galets 14 sont raccordées à la terre.
  • Le dispositif de refroidissement 2 peut être de tout type connu. Il doit être capable de refroidir le fil depuis la température de fin de laminage à la température d'ausforming, c'est-à-dire de la structure austénitique stable à une structure austénitique métastable en un temps compatible avec la vitesse d'exploitation de la ligne. A cet effet, on utilise de préférence un dispositif de refroidissement par soufflage d'air.
  • Les paires de galets 17, 18 du groupe 3 sont également décalées angulairement de 90 degrés l'une par rapport à l'autre. Leur nombre, de préférence compris entre deux et six, est choisi pour que le laminage d'ausforming soit effectué pendant que l'austénite est à l'état métastable. La distance entre deux paires de galets, ou cages, successives, est par exemple de 400 mm.
  • En 4 se trouve un dispositif de maintien du fil à la température de transformation, par exemple à environ 540°C pendant environ 1 seconde. Ce dispositif comporte des moyens de refroidissement du fil, de préférence à l'air, pour combattre la recalescence du fil, c'est-à-dire son réchauffement pendant la transformation allotropique.
  • Le refroidissement final, qui suit l'achèvement de la transformation allotropique, est effectué dans un dispositif 5, de type conventionnel. Ce refroidissement n'a aucun effet métallurgique sur le fil; il peut donc être effectué aussi rapidement que possible, de préférence à l'eau.
  • Enfin, un dispositif de laitonnage 6 précède une cage de calibrage par tréfilage 7, destinée à éliminer l'ovalisation du fil résultant du laminage dans les galets.
  • Le banc de tréfilage 8, du type conventionnel, donne au fil ses dimensions définitives.
  • Le diagramme tracé dans la partie inférieure de la figure illustre, de manière schématique et sans échelle particulière, l'évolution de la température du fil au cours de son traitement par le procédé de l'invention. L'axe horizontal OX représente le trajet parcouru par le fil, et l'axe vertical indique la température du fil dans les différentes parties de ce trajet.
  • A partir de sa température initiale T₀, qui est généralement la température ambiante, le fil est préchauffé jusqu'à une température d'austénitisation Ta entre les paires de galets 11 et 12 (tronçon OA). Il est maintenu à cette température pendant son laminage dans les paires de galets 14, 15 (tronçon AB), puis il pénètre dans le dispositif de refroidissement 2. Il y est refroidi jusqu'à la température de transformation Tt en un temps compatible avec la vitesse de la ligne, mais qui peut être court parce que ce refroidissement ne doit pas avoir d'effet métallurgique (tronçon BC). Au point C de son trajet, le fil a atteint sa température de transformation, mais cette transformation ne commence pas instantanément. Il s'écoule un temps très bref, généralement inférieur à 1 seconde, au cours duquel le fil reste austénitique à cette température; cette structure, dite austénite métastable, disparaît donc rapidement pour se transformer en perlite. C'est pendant cette très courte période que l'on effectue un nouveau laminage du fil, dans le groupe de galets 3 (tronçon CC′). Le fil passe ensuite dans le dispositif de maintien à température 4, où il subit la transformation allotropique (tronçon C′D). Finalement, il est refroidi jusqu'à la température ambiante (tronçon DE) pour les opérations finales.

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication de fil d'acier dur, qui comprend une première étape de réduction de la section du fil, un traitement thermique du fil et une étape finale de réduction de la section du fil, caractérisé en ce que ladite première étape consiste en un laminage à chaud dudit fil en une pluralité de passes depuis son diamètre initial jusqu'à un premier diamètre intermédiaire prédéterminé, ledit fil étant chauffé à une température supérieure à sa température d'austénitisation avant ladite première étape et pendant au moins une partie de celle-ci, en ce que l'on refroidit ledit fil jusqu'à une température à laquelle il présente une structure d'austénite métastable, en ce que l'on maintient le fil à cette température pendant une durée inférieure au temps d'incubation de la transformation allotropique de l'austénite en perlite, en ce que l'on lamine le fil jusqu'à un second diamètre intermédiaire prédéterminé pendant ladite période de maintien et avant la transformation allotropique de l'austénite métastable, en ce que l'on refroidit le fil jusqu'à la température ambiante, et en ce que l'on effectue la réduction de section finale du fil par tréfilage.
  2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe le fil par passage direct de courant électrique, jusqu'à une température comprise entre 950°C et 1100°C
  3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on contrôle la température du fil individuellement dans chaque passe de laminage.
  4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on lamine le fil dans le domaine austénitique stable jusqu'à un premier diamètre intermédiaire compris entre 2 mm et 3 mm.
  5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on refroidit le fil depuis sa température de fin de laminage à chaud jusqu'à une température comprise entre 650 °C et 450°C, en une durée inférieure à 10 secondes.
  6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on lamine le fil à sa température de transformation en une durée inférieure à 1 seconde, avec un taux de réduction de section d'au moins 15 %, jusqu'à un second diamètre intermédiaire prédéterminé.
  7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on maintient le fil à sa température de transformation pendant une durée inférieure à 10 secondes, pour assurer au moins 90 % de la transformation allotropique dans le fil.
  8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le refroidissement final est un refroidissement à l'eau.
  9. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte :
    - un premier groupe (1) de galets lamineurs, en ce que ces galets sont raccordés à au moins une source de courant électrique (12;16) et constituent des contacts électriques transmettant le courant électrique audit fil (9);
    - un dispositif de refroidissement (2), de préférence à l'eau, pour ramener le fil à sa température de transformation;
    - un second groupe de galets lamineurs (3) comprenant de 2 à 6 cages, pour laminer le fil à sa température de transformation;
    - un dispositif (4) de maintien à la température de transformation, avec des moyens de refroidissement du fil à l'air;
    - un dispositif (5) de refroidissement final du fil, de préférence à l'eau;
    - un dispositif de laitonnage (6);
    - un banc de tréfilage final (8).
  10. Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte une cage de calibrage par tréfilage (7) placée avant le banc de tréfilage final (8).
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