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La présente invention est relative à une barre d'acier et à un fil d'acier obtenu à partir de celle-ci, en utilisant plus particulièrement des alliages convenant pour la production de fil d'acier par des procédés de "patenting" ou "patentage" et d'étirage du fil.
Le fil d'acier "patenté" est obtenu par une combi- naison de procédas impliquant un traitement thermique préli- minaire, suivi d'un usinage à froid, par étirage dans des filières.
Le traitement thermique est connu sous la dénomi- nation "patentage" et, dans le procédé classique, on fait passer, de manière continue, le fil ou la barre d'acier à travers une zone de chauffage (par exemple par passage dans un four chauffé à l'électricité ou au gaz ou entre des contacts électriques, de façon que la chauffage se fasse par résistance électrique), après quoi la barre ou le fil est refroifi à l'air ou dans un milieu de refroidissement liquide, tel que du plomb fondu ou un mélange de sels main- tenu à une température intermédiaire spécifique, qui dépend de la composition de l'acier à traiter.
Au cours du chauffage, l'acier est porté à une température supérieure à sa tempéra- ture critique supérieure (Ac) et une transformation en aus- ténite se produit.
Lors du refroidissement dans de l'air ou dans un milieu de refroidissement liquide, l'austénite se transforme en autres constituants, dont la nature dépend, de manière critique, de la température à laquelle s'opère la transforma- tion. Dans le procédé de "patentage" normal, les constituants
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formée sont de la ferrite (fer presque pur) et de .a cémen- tite (carbure de fer), le ferrite existant en tan que telle (ferrite pro-eutectoide) et/ou conjointement @ac la cémen- tite sous la forme de perlite ou de bainite. Oare la fer- rite pro-eutectolde, dont la quantité dépend de la composi- tion chimique et dela vitesse de refroidisseme@, la strc- ture la plus intéressante (pour la production @e fil) contient un maximum de fine perlite.
La perlite est en stituée de pla- quettes ou de lamelles de cémentite et de ferate; la dis- tance entre les plaquettes ou lamelles désige sous l'appel- lation de "espace interlamellaire de la perlit(n et l'épais- seur des plaquettes varient selon la températu" à laquelle elles sont formées. Il est idéalement ouhaita@le que la perlite présente une finesse uniforme dans tout\' la section de la barre ou du fil, après le patentage.
Après le traitement thermique, la barre ou le fil est nettoyé et enrobé, de façon à le munir d'une s'.rface convenant pour le traitement final consistant à l'ét@á rer dans une filière ou une série de filières. Le procées d'éti- rage réduit la section transversale et augmente la résistance à la traction du métal par un mécanisme dénommé trempe d'uei- nage. L'augmentation de la résistance à la traction est en relation avec la réduction de la section au cours de l'éti- rage et la limite jusqu'à laquelle la ré duction peut s'effec- tuer et, par conséquent, la résistance à la traction.finale sont, en partie, fonction de la qualité du traitement ther- mique antérieur.
La présente invention concerne, dans un de ses aspects, une barre d'acier "patentée" convenant pour la production d'un fil d'acier aynt une résistance améliorée à la traction, en comparaison du fil d'acier au carbone
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normal, cette barre d'acier étant constitué d'un alliage contenant, en poids
Carbone 0,25 - 1,2 %
Silicium 0,1 - 0,35 %
Soufre 0,5 % max.
Phophore 0,05 % max.
Manganèse 1.5 % max.
Molybdène 0,02 - 0,30 %
Restant : fer et matières résiduaires normales.
Les matières résiduaires normales peuvent être pour certains métaux :
Nickel 0,4 % max.
Chrome 0,3 % max.
Etain 0,05 % max.
Cuivre 0,3 % max.
L'invention concerne aussi un fil d'acier "patenté" obtenu à partir de cette barre.
L'invention est décrite davantage dans.la suite du présent mémoire' en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : - la figure 1 est un diagramme de transformation isothermique pour un acier au carbone normal - la figure 2 est un schéma indiquant la relation entre la dureté et la distance dans la section transversale d'une barre ;
la figure 3 montre la relation entre la résistance à la traction et la réduction de la section transversale pour un fil en cours d'étirage - la figure 4 est un diagramme de transformation isothermique pour un alliage d'acier au carbone contenant
0,52 % de molybdène, et
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* la figure 5 est un diagramme de transformation isothermiques pour un acier à 0,77 % de carbone auquel on a ajouté 0,15 % en poids de molybdène.
A la figure 1, les températures en degrés centigrades sont données en ordonnée et le temps en secondes est donné en abscisse.
La courbe x représente le début de la transforma- tion en austénite et la courbe y représente la fin de la transformation en austénite.
La courbe A est une courbe de refroidissement idéal, dans le cas où la matière est refroidie jusqu'à la tempéra- ture de transformation désirée avant que celle-ci ne commence en fait à se manifester et où la transformation'de l'austénite en perlite s'opère à une température constante, ce qui permet d'obtenir une structure parfaitement uniforme dans toute la section traitée thermiquement (transformation isothermique).
Avec les aciers au carbone normaux, ce résultat n'est pas facile à atteindre, parce qu'il est très difficile de refroidir toutes les parties de la section transversale, en particulier dans les barres pour fils de calibres élevés, jusqu'à la température voulue avant que la transformation commence, en raison du fait que la durée qui s'écoule avant le début de la transformation, c'est-à-dire la période d'in- cubation, est très courte à la température à laquelle il se forme une structure perlitique appropriée. La vitesse de refroidissement d'une barre épaisse ou d'un fil épais varie dans la section transversale, cette vitesse étant plus lente au centre qu'à l'extérieur.
Cette vitesse de refroidissement est, par conséquent, trop lente pour permettre à toute la section d'atteindre la température de.transformation désirée, avant que commence la transformation.
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Le refroidissement, dans ces conditions, peut être représente sur le diagramme de la figure 1 par la courbe B ; on voit ainsi que la transformation s'opère dans une gamme de températures et que, par conséquent, des perlit;es avec des espaces interlamellaires différents se forment dans la section.
En conséquence, la dureté et la résistance à la traction varient dans la section.
La variation de dureté pour un fil d'un diamètre de 5,54 mm en acier au carbone normal est montrée par la courbe V à la figure 2, où la dureté est indiquée en ordonnée et la distance dans la section transversale(en millimètres en abscisse.
Une autre limitation existe en ce qui concerne le traitement thermique (patentage), en ce sens qu'il est nécessaire que la transformation d'austénite en perlite soit. complète, avant que l'acier sorte du bain de refroidissement fondu. On peut voir, en considérant la figure 1, que la transformation est terminée en 5 à 10 secondes à 550 C pour des aciers au carbone normaux et que des vitesses de traitement élevées peuvent être obtenues.
Des additions de molybdène à de l'acier au carbone normal augmentent la période d'incubation et également la durée nécessaire pour la transformation d'austénite en per- lite. Ainsi, une addition de seulement 0,52 % de molybdène à un acier à 0,77 % de carbone donne les courbes montrées à la figure 4, où les températures en degrés centigrades sont données en ordonnée et le temps en secondes en abscisse.
Le temps nécessaire pour que la t@ansformation d'austénite en perlite soit complète à 550 C es;, de plusieurs heures et un temps de transformation aussi long rend le traitement thermique contirlu de ce type de matière entièrement inadéquat par des techniques classiques.
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Cependant, la demanderesse a cortaté que grâce à des additions réglées extrêmement petites de molybdène (à raison de 0,02 à 0,30 % en poids) il est passible d'augmenter la période d'incubation dans une mesure suffisante pour assu- rer une transformation isothermique dans des barres et fils ayant une grande épaisseur ou grosseur, de lanière 1 obtenir une structure de perlite uniforme dans toute la section de la matière, par opposition à la structure hésérogène obtenue avec l'acier au carbone normal, tout en mainttnant la durée de transformation d'austénite en perlite suif. amment faible pour permettre un travail en continu.
Ainsi, la figure 5 montre le diagramme de transfor- mation isothermique pour un acier à 0,77 % de caiione auquel on a ajouté 0,15 de molybdène en poids. A 18 figure 5, la température en degrés centigrades est indiquée en oionnée et le temps en secondes en abscisse.
Pour illustrer l'amélioration obtenue, on a @abriqué une barre d'un diamètre de 5,54 mm en utilisant le même cier au carbone que celui utilisé pour la courbe V de la figure 2, mais en ajoutant à cet acier 0,1 % en poids de molybdène.
La'barre a été soumise au même traitement thermiq@ de patentage que la barre précédente et une coupe transversa à été pratiquée dans cette barre. La dureté de l'acier dans cette coupe a été détermihée. Les résultats obtenus sont indiqués par la courbe W à la figure 2. La microstructure s'est révélée uniforme, en ce qui concerne l'espace interla- mellaire de perlite dans toute la section.
La résistance la traction de la barre a augmenté, comme on a pu le constater, de 10 tonnes/pouce carré, en comparaison de celle de la barre d'acier au carbone normal.
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Une autre limitation de la résistance à la traction que l'on peut obtenir est en relation avec la vitesse de trempe à l'usinage et avec le degré auquel la barre ou le fil peut être étiré.
La vitesse de trempe est commandée par la composi- tion chimique de la microstructure. Dans les aciers au carbone normaux,le facteur variable le plus important, en ce qui concerne la composition, est la teneur en carbone et la vitesse de trempe ou de durcissement à l'usinage augmente à mesure que croît la teneur en carbone. Cette particularité est pleinement utilisée dans la production, d'acier. Bien que l'on puisse faire varier la microstructure, pour obtenir des différences dans la vitesse de durcissement à l'usinage, d'autres considérations limitent la microstructure à un certain type, en sorte que ce facteur ne constitue, en pra- tique, pas un facteur variable à cet égard.
Le degré auquel la barre ou le fil peut être étiré dépend très fortement de la microstructure, une structure parfaitement uniforme étant optimale. Les limitations actuel- les en ce qui concerne l'uniformité de l'acier au carbone normal un déjà été discutées.
La courbe s de la figure 3 indique la mesure dans laquelle il a été possible d'étirer à froid la barre d'un diamètre de 5,54 mm en acier au carbone normal utilisée pour la courbe V de la figure 1. A la figure 3, la réduction en pour cent de la surface ou section est indiquée en abscisse, tandis que la résistance à la traction en tonnes/pouce carré est indiquée en ordonnée.
La barre d'acier contenant l'addition de 0,1 % de molybdène a été également étirée à froid, pour donner la courbe t de la figure 3, qui montre que cette matière a pu
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et!** étirée dans une plut forte mesure que la barre en acier au carbone normale ' @
On voit ainsi que cette très faible addition de molybdène à un acier au carbone sensiblement normal est bénéfique à deux égards ;
(a) elle permet d'obtenir une résistance à la trac- tion plus élevée après le traitement thermique de patentage ; (b) elle permet d'obtenir une plus grande augmenta- tion de résistance, cette augmentation étant supérieure à la normale, par suite d'une capacité plue grande de trempe ou de durcissement à l'usi- nage.
Bien que les propriétés améliorées dont il est ques- tion dans le présent mémoire soient en relation avec de peti- tes addition. de molybdène seulement, il est à noter que des améliorations peuvent aussi être obtenues par des additions réglées de molybdène avec du nickel et/ou du chrome.
REVENDICATIONS
1.- Barre d'acier "patentée" convenant pour la produc- tion d'un fil d'acier à résistance améliorée à la traction, en comparaison de celle d'un fil d'acier au carbone normal, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un alliage contenant, en poids
Carbone 0,25 - 1,2
Silicium 0,1 - 0,35 %
Soufre 0,5 % max.
Phosphore 0,05 % max.
Manganèse 1,5 % max.
Molybdène 0,02 - 0,30 %
Restant :: for et matières résiduaires normales.
2.- Fil obtenu par étirage de la barre suivant la @ J @