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Procédé de fabrication de fil machine.
La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication de .fil machine par refroidissement contrôlé, particulièrement adapté à la fabrication du fil machine dur.
Dans les trains à fil modernes, la vitesse de sortie et le poids des rouleaux vont sans cesse en croissant. Les problèmes de bobinage et de refroidissement du fil à la sortie du finisseur ont pris une importance capitale.
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Plusieurs procédés nouveaux de refroidissement sont apparus ; ces différents procédés permettant de refroidir le fil machine dans la "chaude" de laminage et d'obtenir des caractéristiques bien dé- terminées liées à la structure finale trouvent leur fondement théorique dans l'étude des courbes de transformation.
On sait d'autre part que le traitement de patentage au plomb fait également appel aux diagrammes de transformation isothermes et anisothermes.
Toute étude du refroidissement contrôlé se doit donc de débuter par l'établissement précis de ces courbes, qui en aucun cas, ne sont celles établies pour des conditions standards que l'on trouve dans la littérature, d'autant plus 'que les courbes de transformation sont forte- ment influencées par l'histoire thermique du métal, l'homogénéisation de l'austénite et la taille du grain avant transformation. Il est utile de rappeler à ce propos que contrairement à ce qui se passe dans le cas d'une austénisation classique dans un four, le grain austénitique à la sor- tie du train à fil est fortement écroui et recristallise avec des grains d'autant plus fins que le refroidissement subséquent est intense.
Grâce à un appareil de chauffage rapide, il a été possible de simuler le grain austénitique désiré en choisissant judicieusement la température d'austénisation,
En outre, cet appareil a également permis la simulation du refroidissement intensif à l'eau depuis la température de fin de laminage jusqu'à celle de dépose de spires sur le tapis, ainsi que le refroidissement plus lent ultérieur (air calme, air soufflé, bain fluidisé, etc...)
Il importe toutefois de souligner que la transposition en laboratoire des conditions industrielles nécessite une définition exacte de la température de début de refroidissement à l'air calme, soufflé, etc. ,..
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L'écart de la température peau-coeur dépend du type de rampe utilisée, du diamètre du fil et surtout de l'intensité du refroidisse- ment.
Comme sur échantillons de petites .dimensions (par exem- ple des petites pastilles de 0,5 mm d'épaisseur) la température est homo- gène, il faut, lors de la simulation, considérer la température mcyenue sur la section du fil machine, c'est-à-dire celle que l'on mesure après homogénéisation derrière le dernier tronçon à l'eau..
Bien que l'utilisation de petites pastilles, pour déterminer les courbes de transformation par simulation, ne permette pas de déter- miner l'évolution des différentes caractéristiques mécaniques (charge de rupture, striction...) en fonction des conditions de refroidissement, l'étude de la structure aux microscopes optique et électronique renseigne avec suffisamment de précision sur les caractéristiques mécaniques, puisque celles-ci sont directement liées à la structure du métal.
Si l'obtention d'un gros grain, même dans le cas d'un. acier calmé à l'aluminium, ne pose pas de problème (traitement d'austé- nisation classique dans un four), celle d'un grain fin est par contre beau- coup plus délicate.
Comme l'ont montré EILENDER et MINTROP, plus la- vitesse de chauffage est grande, plus les points de transformation sont déplacés vers les hautes températures. Un chauffage ultra-rapide réduit le temps de séjour dans le domaine austénitique et crée un état hors équi- libre très marqué qui devrait avoir pour effet d'augmenter sensible ment la vitesse de germination et de là, le nombre de grains austénitiques.
C'est le même phénomène qui apparaît lors du chauffage ultra-rapide du fil par résistance électrique ou par induction avant paten- tage.
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C'est sur ce principe que l'on s'est appuyé pour repro- duire le grain austénitique fin obtenu par un refroidissement intensif après la finisseur.
Pour contrarier toute croissance éventuelle du grain, le fil machine, hors duquel furent découpées les pastilles d'essais, fut traité légèrement en dessous de 700 C de façon à favoriser la précipita- tion de l'aluminium reste a l'état métallique par suite du refroidissement rapide du fil machine.
Dans le cas d'un acier à 0, 65% de carbone, la différence entre la taille de grain austénitique observé sur le fil machine refroidi suivant le procédé connu sous la dénomination de procédé STELMOR et la taille de grain austénitique obtenu par simulation rapide d'austéni.. sation à 1050 C et 950 C s'est révélée pratiquement nulle.
Le grain austénitique est matérialisé par un joint de ferrite proeutectolde.
Il est donc possible, par une austénisation très rapide à 950 C, d'obtenir sur pastilles un grain austénitique aussi fin que le pro- cédé STELMOR.
L'homogénéisation de l'austénite est également une que s- ' tion délicate. On a finalement choisi la température de 950 C, c'est-à- dire la température la plus élevée qui permettait d'obtenir le grain souhai- é, tout en nécessitant un temps très court pou: homogénéiser l'austénite et éviter toute décarburation.
En dehors de toutes ces considérations sur la reproduction des conditions de refroidissement, la taille du grain austénitique et l'ho- mogénéité de l'austénite, l'essai de simulation d'un procédé industriel doit, pour être valable, reproduire une structure analogue à celle obser- vée sur fil machine industriel.
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Au cours de ses recherches, le demandeur a constaté que, dans son cas, cette condition était satisfaite.
Au cours de ses recherches, le demandeur a utilisé un four dont la vitesse de chauffage maximale est de l'ordre de 200 C/sec.
Le refroidissement de l'échantillon est obtenu par soufflage, à l'aide d'une tuyère, d'azote ou d'hélium pour les très grandes vitesses.
L'intensité du refroidissement est réglable en modifiant la nature, la pression et le débit du gaz ainsi que l'épaisseur de l'échantil- lon qui peut varier de 0, 5 à 3 mm.
On enregistre simultanément, sur papier photographique, ! les courbes .température.temps et vitesse de refroidissement-temps (courbe dérivée de la précédente); ¯ !
Ainsi, par analyse thermique, on a pu déterminer avec pré- cision les points de début et de fin de transformation et tracer les diagram.. mes de transformation correspondant à chaque type de refroidissement.
Les essais ont porté sur deux nuances d'acier dont l'ana- lyse est reprise ci-dessous en 10-3 %.
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<tb>
C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Al <SEP> N2
<tb>
<tb>
<tb> 420 <SEP> 680 <SEP> 180 <SEP> 17 <SEP> 12 <SEP> 16 <SEP> 5,2
<tb>
<tb>
<tb> 690 <SEP> 675 <SEP> 190 <SEP> 26 <SEP> 17 <SEP> 33 <SEP> 7,3
<tb>
De façon a faire apparaître l'effet du grain austénitique sur la transformation, les essais ont été effectués en utilisant deux tem. pératures d'austénisation 950 et 1050 C.
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Pratiquement, cela équivaut à refroidir intensivement le fil directement ou après un certain temps après le finisseur.
Les diagrammes 1 à IV (T -temps) ci-annexés reprennent les résultats des essais de simulation réalisés sur l'acier à 0,70% de carbone ; ils correspondent respectivement : à un grain austénitique gros (austénisation rapide à 1050 C) ou fin (austénisation rapide à 950 C) à un refroidissement rapide jusqu'à 800 C puis à vitesse variable ou à un refroidissement rapide jusqu'à 600 C puis à vitesse varia- ble qui ont été @ jugésêtre les plus représentatifs.
Au cours de ses recherches, le demandeur a pu ainsi dégager l'influence de la température d'austénisation, c'est-à-dire l'influ- ence de la taille du grain austénitique, l'influence de la température de dépose, c'est-à-dire celle à partir de laquelle on commence à refroidir plus ou moins modérément et enfin l'influence de la vitesse de refroidis- sement final. a) Influence de la taille du grain austénitique.
Lorsque l'on compare les deux diagrammes s de transfor- mation relatifs à une même température de dépose et à une même vitesse de refroidissement mais à deux températures d'austénisation différentes, on constate : - que pour des températures de dépose, de l'ordre ou supérieures à.
700"C, on a un décalement vers les basses températures du point de début de transformation lorsque le grain austénitique est plus gros.
- que pour des températures de dépose, de l'ordre de 650 et 600 C, le temps d'incubation est plus long d'une demi seconde environ lorsque le grain est plus gros. Ce décalage des courbes n'a un effet sensible que pour les vitesses de refroidissement élevées.
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b) Influence de la température de dépose
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1) 1-rnp cqLrlndInt à celle de fin de lamina (900 à 100Ô Ç). # - --- - -gle
Une température de dépose de l'ordre de 950 C avec un maintien d'environ 10 secondes à cette température favorise l'obtention d'un grain austénitique plus gros.
Pour mettre en évidence l'effet d'une telle température de dépose, il faut donc considérer les diagrammes relatifs à une température d'austénisation de 1050 C. Comme il a été souligné au point a), la température de début de transformation est abaissée de dix à vingt de- grés, ce qui, pour une même vitesse de refroidissement, entraîne l'apparition d'une structure perlitique légèrement plus fine que pour des tem- pératures de dépose plus basses et des temps de séjour dans l'austénite plus courts.
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2) Température 22. ± E.!je- nJe¯1.8.g L..o..Q,:ç!.!..eoj1l!: ¯A.J
Il est apparu que, quelle que soit la température de dépose pour autant qu'elle reste supérieure au point A3, il n'y avait, pour la. même vitesse de refroidissement et les mêmes conditions initiales, aucune différence de structure.
En réalité, l'origine des temps, pour les diagrammess de transformation CCT établis, aurait dû être fixée à 730 C environ, température qui correspond au point A3.
En faisant de la sorte, on constate que les diagrammes établis pour des températures de dépose 800 - 750*C et même 700 C se superposent.
Dans les trois cas, pour une même vitesse de refroidissement, la transformation débute et finit à des températures analogues, dure le même temps et donne lieu à un réchauffement semblable.
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II est donc tout à fait normal d'obtenir dans ces conditions des structures -identiques.
Tout ceci revient à dire que seul intervient le séjour dans l'austénite métastable. Toutefois, comme en pratique à, la sortie du la- minoir la structure est écrouie, il n'est pas exclu que la- différence de séjour dans l'austénite, en agissant sur la taille du grain austénitique, ait un effets
Celui-ci pourrait être peu sensible, car le séjour a lieu à une température inférieure à 800 C et les différences de temps sont faibles.
S'il s'avère que le fait de disposer les spires à une tem- pérature comprise entre le point A3 et 800 C a peu d'effet sur la structure et les caractéristiques mécaniques du fil machine, il faut toutefois prendre en considération la différence de temps entre le moment où l'on dépose les.spires et celui où la transformation débute.
En effet, plus la température de dépose est basse et dans
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le cas des aciers hy,->oeut-zctordes, plus la teneur en C est faible, plus cttte différence de temps est courte. Il faut donc, dans le cas où il existe une zone d'égalisation de la température entre la zone de refroidissement intensif à l'eau et celle de refroidissement par air soufflé ou par tout autre moyen, -veiller à ce que le temps de séjour dans cette zone d'égalisation soit au plus égal au temps nécessaire pour atteindre, par refroidissement l'air calme, la température de début de transformation.
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t 3 'Î'e:
nérature de dose yférieure auoint A3,
Plus on s'approche de la température correspondant au nez perlitique de la courbe, plus le temps d'incubation diminue,
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Le temps d'action pour le refroidissement complémentaire s'en trouve de plus en plus réduit et la température de début de dépose est indépendante de la vitesse du refroidissement complémentaire (sauf pour les très grandes vitesses). La durée de la transformation diminue et devient elle aussi, dans une large mesure;-indépendante de la vitesse de transformation.
Ceci s'explique par le fait que l'on se trouve très nettement en position hors équilibre et que l'énergie thermodynamique disponible pour la germination est très importante. La transformation débute donc très rapidement et s'accomplit en un temps très court. c) Influence de la vitesse de refroidissement.
L'effet de la vitesse de refroidissement est fonction de la température de dépose.
1) Température de dépose supérieure à celle du nez perlitique.
On constate que plus la vitesse de refroidissement augmente plus la température de début de transformation s'abaisse (cfr. diagramme I en annexe). La du:rée de la transformation diminue et l'importance de la.
recalescence augmente.
Lorsque l'on approche du nez perlitique, le risque de terminer la transformation dans le domaine bainitique devient de plus en plus grand.
Lorsque la température de dépose est 650 C (cfr. diagramme HI),le temps d'incubation est fortement réduit, il en est de même du temps d'action du milieu refroidissant. Il faut déjà des vitesses de refroidissement supérieures à 40 C/sec pour atteindre le nez perlitique.
Il s'ensuiit que l'on retrouve les mêmes paramètres de Il s'ensuit que l'on retrouve les mêmes paramètres de transformation (température de début - durée - température de fin et im- portance de la recalescence) que pour.les autres températures de dépose, -
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mis à part que même pour les @ibles vitesses de refroidissement, la transformation débute en dessous de 650 C.
Si la température de dsbut de transformation est très importante, voir essentielle, elle n'est toutefois pas. suffisante pour obte nir une structure comparable à celle du patentage au plomb.
En effet, plus cette température s'abaissa, plus la durée de la transformation diminue, plus la recalescence est marquée, phéno- mène qui tempère l'effet global.
La vitesse de refroidissement finale joue dans ce cas un rôle très important en limitant la recalescence, mais comme la durée de transformation est très brève, le temps d'action du milieu réfrigérant est très limité.
Pour annihiler totalement l'effet de la recalescence, il faudrait des vitesses beaucoup plus importantes que celle de l'ordre de
40 C/sec nécessaire pour atteindre la température du nez perlitique.
Eh refroidissement continu, de telles vitesses sontim- pensables car elles provoqueraient la transformation dans le domaine bai- nitique, voir même martensitique ou elles entraineraient tout au moins, la fin de la. transformation dans le domaine baini@que (cfr. diagramme I).
Pour contrarier davantage le phénomène de recalescence, il faudrait un milieu réfrigérant très apte à absorber les fluctuations de température tout en empêchant de terminer la transformation dans le do- maine bainitique.
L'examen optique des structures montre que la quantité de ferrite proeutectoïde diminue lorsque la vitesse de refroidissement augmente et que la température de dépose varie de 700 à 800 C.
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Comme conséquence logique de limitation vers le haut de la température de transformation, lorsque la température de dépose
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est 650'C, la quantité de ferrite proeutectôîde, même pour des vitesses de refroidissement faibles (# 5 C/sec), est peu importante.
L'examen des micrographies électroniques se rapportant ¯ au diagramme I, montrent que plus la vitesse de refroidissement augmente, plus la structure s'affine.
La structure correspondant à la courbe "5" du diagramme
III est très proche de celle observée sur fil patenté au plomb.'
2) Température de dépose correspondant au nez perlitique.
Dans une très large gamme de vitesse de refroidissement, la température de début de transformation est indépendante de celle-ci.
Ceci s'explique par le fait que le temps d'incubation est réduit à environ une demi-seconde. II faut de très grandes vitesses pour abaisser sensi- blement le point de début de transformation, ce qui est illustré par le dia- gramme II en annexe (la courbe n 1 correspond à une température de dépose de 615 C environ). On constate que la durée de la transformation ne varie presque plus avec la vitesse de refroidissement.
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......... .¯.".r ¯ . ¯... .. ¯ ...¯
L'examen des structures montre l'absence totale de ferrite proeutectoïde, quelle que soit la vitesse de refroidissement. On constate également l'évolution des structures électroniques versla structure de patentage au fur et à mesure que la vitesse de refroidissement croît.
Celle-ci agit principalement sur la température de fin de .transformation et sur la température maximale de recalescence.
La micrographie électronique, relative à la courbe "5", correspondant à une vitesse de refroidissement d'environ 40 C/sec, mon- tre des plages perlitiques très fines, mais aussi des plages bainitiques très marquées.
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La température de transformation ne doit donc pas des-' cendre en dessous de 550 C.
La transformation schématisée par la courbe "4" a des paramètres fort voisins de celle schématisée par la courbe "5" du diagram- me 1 en annexe.
Les structures sont également fort semblables et s'appro- chent très fort de celle obtenue par patentage au plomb.
Pour cet acier, la zone idéale de transformation est donc comprise entre 600 et 550 c,
C'est sur la base des recherches qui viennent d'être som- mairemetn décrites, que le demandeur a mis au point le procédé de fabri- cation de fil objet de la présente invention. Ce procédé constitue un pro- grès vis-à-vis des procédés actuels de refroidissement contrôlé de fil machine à la sortie des laminoirs qui assurent déjà une structure régulière dans l'ensemble de la bobine mais fournit des produits dont les propriétés ne sont pas encore équivalentes à cellesque permet d'obtenir le procédé de patentage au plomb couramment employé en tréfilerie.
Le patentage au plomb présente cn effet l'avantage sur les refroidissements en continu d'avoir un effet variable en fonction de la température et, grâce à son coefficient de transfert très élevé, d'être bien adapte à absorber les variations de température notamment lors de la rcalescence pendant la transformation.
A première vue, il semble que la température de dépose des spires au-dessus du point A3 (température moyenne dans la section) n'a pas d'effet déterminant mais il ne faut pas perdre de vue que plus la température de dépose est élevée. plus le grain austénitique a tendance à être g ros ; ce qui, pour une même vitesse de refroidissement ultérieur, a pour effet de donner une structure perlitique plus fine. i
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D'autre part, plus la température de dépose des spires est basse (proche du nez perlitique), plus le temps d'incubation diminue et plus le phénomène de recalescence dû à la transformation est limité dans le temps.
La diminution du temps d'incubation réduit les possibilités d'action du milieu réfrigérant final:
Plus la température de dépose des spires est proche du nez perlitique, plus le dépôt de ferrite proeutectoïde est faible surtout dans le cas des refroidissanents ultérieurs lents (air calme).
La vitesse de refroidissement final à partir de la tempé- rature de dépose des spires est un élément très déterminant car c'est d'elle que dépendent tous les paramètres de la transformation et à ces paramètres correspondent des structures analogues.
Ceci est important et signifierait qu'en pratique, une certaine hétérogénéité de tempéraure dans la section du fil ne prêterait pas à conséquence pour autant que la vitesse de refroidissement soit la même dans toute la section.
Pour atteindre le nez perlitique (légèrement en dessous. de 600 C), 'il faut ces vitesses de refroidissement comprises entre 30 et
60 C/sec, de l'ordre de 40 C/sec.
La zone idéale de transformation semble localisée entre
550 et 600 C, mais il ne suffit pas de commencer la transformation à tem- pérature suffisamment basse, il faut aussilimiter le réchauffement (recalescence) dû à la transformation sans reporter la fin de transforma- tion à trop basse température.
Les paramètres de transformation, c'est-à-dire la tem- pérature de début et la température de fin de transformation, la tempéra- ture de réchauffement et la durée de transformation, ne sont pas indépen- dants. C'est ainsi que plus la température de transformation est basse, plus la durée de la transformation est courte, plus la recalescence tend à être importante.
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On peut contrarier la recalescence de façon plus efficace en choisissant un milieu réfrigérant dont l'effet est adapté aux fluctuations de température, autrement dit, un milieu à haut coefficient de transfert qui pourrait également limiter le risque de terminer la transformation à trop basse température (lit fluidisé, brouillard, etc.;..)
Quoi qu'il en soit, on peut approcher la structure de paten- tage au plomb, en utilisant une vitesse de refroidissement secondaire suffisante quelle que soit la température de dépose.
Toutes ces recherches de simulation montrent qu'il y a, dans ce domaine, encore beaucoup de possibilités non exploitées et d'étu- des à poursuivre en vue d'obtenir un fil machine en acier dur apte à donner un bon fil de tréfilerie sans devoir faire des opérations intermédiaires de patenta ge.
Une variante particulièrement avantageuse du procédé objet de l'invention consiste à refroidir intensément le fil jusqu'à une tem- pérature légèrement supérieure à 550 C et à le soumettre ensuite à un refroidissement qui limite la recalescence de telle façon que la transforma- tion s'effectue entièrement entre 550 et 600 C.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de fil machine par refroidisse- ment contrôlé caractérisé en ce que le fil est déposé en spires à une tem- pérature proche du nez perlitique des courbes de transformation.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Wire rod manufacturing process.
The present invention relates to a process for the manufacture of wire rod by controlled cooling, particularly suitable for the manufacture of hard wire rod.
In modern wire trains, the output speed and the weight of the rollers are constantly increasing. The problems of winding and cooling the wire as it exits the finisher have become of paramount importance.
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Several new cooling methods have appeared; these different processes, making it possible to cool the wire rod in the "hot" rolling process and to obtain well-defined characteristics linked to the final structure, find their theoretical basis in the study of transformation curves.
It is also known that the lead patenting treatment also makes use of isothermal and anisothermal transformation diagrams.
Any study of controlled cooling must therefore begin with the precise establishment of these curves, which in any case are not those established for standard conditions found in the literature, especially since the curves of transformation are strongly influenced by the thermal history of the metal, the homogenization of the austenite and the size of the grain before transformation. It is useful to recall in this connection that contrary to what happens in the case of a conventional austenization in a furnace, the austenitic grain at the exit of the wire train is strongly hardened and recrystallized with grains of as much finer than the subsequent cooling is intense.
Thanks to a rapid heating device, it was possible to simulate the desired austenitic grain by judiciously choosing the austenization temperature,
In addition, this device also allowed the simulation of intensive cooling with water from the end of rolling temperature to that of laying turns on the belt, as well as the subsequent slower cooling (still air, supply air, fluidized bed, etc ...)
It is important to stress, however, that the transposition of industrial conditions into the laboratory requires an exact definition of the temperature at which cooling begins in still air, blown air, etc. , ..
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The difference in the skin-core temperature depends on the type of ramp used, the diameter of the wire and above all the intensity of the cooling.
As on samples of small dimensions (for example small pellets 0.5 mm thick) the temperature is homogeneous, it is necessary, during the simulation, to consider the temperature maintained on the section of the wire rod, that is to say that which is measured after homogenization behind the last section with water.
Although the use of small pellets, to determine the transformation curves by simulation, does not make it possible to determine the evolution of the various mechanical characteristics (breaking load, necking, etc.) as a function of the cooling conditions, the he study of the structure with optical and electron microscopes provides sufficient precision on the mechanical characteristics, since these are directly related to the structure of the metal.
If obtaining a coarse grain, even in the case of one. steel calmed with aluminum does not pose a problem (conventional austenization treatment in an oven), that of a fine grain is on the other hand much more delicate.
As EILENDER and MINTROP have shown, the higher the heating rate, the more the transformation points are moved towards high temperatures. Ultra-rapid heating reduces the residence time in the austenitic domain and creates a very marked out-of-equilibrium state which should have the effect of substantially increasing the rate of germination and hence the number of austenitic grains.
It is the same phenomenon which appears during ultra-rapid heating of the wire by electric resistance or by induction before paten- ing.
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It is on this principle that we have relied to reproduce the fine austenitic grain obtained by intensive cooling after the finisher.
To thwart any possible growth of the grain, the wire rod, out of which the test pellets were cut, was treated slightly below 700 C so as to promote the precipitation of the aluminum, therefore remaining in the metallic state. rapid cooling of the wire rod.
In the case of a 0.65% carbon steel, the difference between the austenitic grain size observed on the machine wire cooled according to the process known under the name of the STELMOR process and the austenitic grain size obtained by rapid simulation of Austenization at 1050 C and 950 C was found to be practically nil.
The austenitic grain is materialized by a proeutectolde ferrite seal.
It is therefore possible, by very rapid austenization at 950 ° C., to obtain on pellets an austenitic grain as fine as the STELMOR process.
Homogenization of the austenite is also a delicate matter. We finally chose the temperature of 950 C, that is to say the highest temperature which made it possible to obtain the desired grain, while requiring a very short time to: homogenize the austenite and avoid any decarburization. .
Apart from all these considerations on the reproduction of the cooling conditions, the size of the austenitic grain and the homogeneity of the austenite, the simulation test of an industrial process must, to be valid, reproduce a similar structure. to that observed on industrial wire rod.
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During his research, the Applicant found that in his case this condition was met.
During his research, the applicant used an oven with a maximum heating rate of the order of 200 C / sec.
The sample is cooled by blowing, using a nozzle, nitrogen or helium for very high speeds.
The intensity of the cooling is adjustable by modifying the nature, pressure and flow rate of the gas as well as the thickness of the sample which can vary from 0.5 to 3 mm.
We record simultaneously, on photographic paper,! the .temperature.time and cooling speed-time curves (curve derived from the previous one); ¯!
Thus, by thermal analysis, it was possible to determine with precision the points of start and end of transformation and to draw the diagrams of transformation corresponding to each type of cooling.
The tests focused on two steel grades, the analysis of which is given below in 10-3%.
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<tb>
C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Al <SEP> N2
<tb>
<tb>
<tb> 420 <SEP> 680 <SEP> 180 <SEP> 17 <SEP> 12 <SEP> 16 <SEP> 5.2
<tb>
<tb>
<tb> 690 <SEP> 675 <SEP> 190 <SEP> 26 <SEP> 17 <SEP> 33 <SEP> 7.3
<tb>
In order to show the effect of the austenitic grain on the transformation, the tests were carried out using two tem. austenization peratures 950 and 1050 C.
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In practice, this is equivalent to intensively cooling the wire directly or after a certain time after the finisher.
The attached diagrams 1 to IV (T-temps) show the results of the simulation tests carried out on steel with 0.70% carbon; they correspond respectively: to a coarse austenitic grain (rapid austenization at 1050 C) or fine (rapid austenization at 950 C) to rapid cooling to 800 C then at variable speed or to rapid cooling to 600 C then to variable speed which have been found to be the most representative.
During his research, the applicant was thus able to identify the influence of the austenization temperature, that is to say the influence of the size of the austenitic grain, the influence of the deposition temperature, that is to say that from which one begins to cool more or less moderately and finally the influence of the final cooling rate. a) Influence of the size of the austenitic grain.
When we compare the two transformation diagrams relating to the same application temperature and to the same cooling rate but to two different austenization temperatures, we see: - that for application temperatures, order or greater than.
700 ° C, there is a shift towards low temperatures of the point of onset of transformation when the austenitic grain is larger.
- that for application temperatures, of the order of 650 and 600 C, the incubation time is longer than about half a second when the grain is larger. This shift in the curves only has a noticeable effect at high cooling rates.
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b) Influence of the dispensing temperature
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1) 1-rnp cqLrlndInt to that of end of lamina (900 to 100Ô Ç). # - --- - -gle
A deposition temperature of the order of 950 ° C. with a maintenance of approximately 10 seconds at this temperature promotes the production of a larger austenitic grain.
To demonstrate the effect of such a deposition temperature, it is therefore necessary to consider the diagrams relating to an austenization temperature of 1050 C. As was underlined in point a), the temperature at the start of transformation is lowered. from ten to twenty degrees, which, for the same cooling rate, results in the appearance of a pearlitic structure slightly finer than for lower deposition temperatures and residence times in the austenite more short.
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2) Temperature 22. ± E.! I- nJē1.8.g L..o..Q,: ç!.! .. eoj1l !: ¯A.J
It appeared that, whatever the depositing temperature as long as it remains above point A3, there was, for the. same cooling rate and same initial conditions, no difference in structure.
In reality, the origin of the times, for the established CCT transformation diagrams, should have been fixed at approximately 730 C, temperature which corresponds to point A3.
By doing so, it can be seen that the diagrams drawn up for application temperatures 800 - 750 * C and even 700 C overlap.
In all three cases, for the same cooling rate, the transformation begins and ends at similar temperatures, lasts the same time and gives rise to a similar heating.
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It is therefore quite normal to obtain -identical structures under these conditions.
All this amounts to saying that only the stay in metastable austenitis intervenes. However, as in practice at the exit of the la- minoir the structure is hardened, it is not excluded that the difference in stay in the austenite, by acting on the size of the austenitic grain, has an effects
This could be insensitive, because the stay takes place at a temperature below 800 C and the time differences are small.
If it turns out that placing the turns at a temperature between point A3 and 800 C has little effect on the structure and mechanical characteristics of the wire rod, the difference must however be taken into account. of time between the moment when the breaths are deposited and when the transformation begins.
In fact, the lower the dispensing temperature and in
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in the case of hy, -> oeut-zctord steels, the lower the C content, the shorter the time difference. It is therefore necessary, in the case where there is a zone of equalization of the temperature between the zone of intensive cooling with water and that of cooling by forced air or by any other means, ensure that the residence time in this equalization zone is at most equal to the time necessary to reach, by cooling still air, the temperature at the start of transformation.
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t 3 'Î'e:
dose temperature lower than A3,
The closer we get to the temperature corresponding to the pearlitic nose of the curve, the more the incubation time decreases,
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The action time for the additional cooling is thereby increasingly reduced and the temperature at the start of depositing is independent of the speed of the additional cooling (except for very high speeds). The transformation time decreases and it too becomes to a large extent independent of the transformation rate.
This is explained by the fact that we are very clearly in a position out of equilibrium and that the thermodynamic energy available for germination is very high. The transformation therefore begins very quickly and is accomplished in a very short time. c) Influence of the cooling rate.
The effect of the cooling rate is a function of the dispensing temperature.
1) Application temperature higher than that of the pearlite nose.
It can be seen that the more the cooling rate increases, the more the temperature at the start of transformation drops (see diagram I in the appendix). The value of the transformation decreases and the importance of the.
recalescence is increasing.
As we approach the pearlitic nose, the risk of completing the transformation in the bainitic domain becomes greater and greater.
When the application temperature is 650 C (see HI diagram), the incubation time is greatly reduced, as is the action time of the cooling medium. Cooling rates above 40 C / sec are already needed to reach the pearlitic nose.
It follows that we find the same parameters of It follows that we find the same transformation parameters (start temperature - duration - end temperature and extent of recalescence) as for the others. application temperatures, -
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except that even for the @ible cooling speeds, the transformation starts below 650 C.
If the temperature at the start of transformation is very important, even essential, it is not. sufficient to obtain a structure comparable to that of lead patenting.
In fact, the more this temperature is lowered, the more the duration of the transformation decreases, the more the recalescence is marked, a phenomenon which tempers the overall effect.
The final cooling rate in this case plays a very important role in limiting recalescence, but as the transformation time is very short, the action time of the refrigerant medium is very limited.
To completely eliminate the effect of recalescence, speeds much greater than that of the order of
40 C / sec necessary to reach the temperature of the pearlitic nose.
With continuous cooling, such speeds are conceivable because they would cause transformation in the bathing domain, or even martensitic, or they would at least result in the end of the. transformation in the baini @ c domain (see diagram I).
To further counteract the phenomenon of recalescence, a refrigerant medium very capable of absorbing temperature fluctuations while preventing completion of the transformation in the bainite range would be required.
Optical examination of the structures shows that the amount of proeutectoid ferrite decreases as the cooling rate increases and the deposition temperature varies from 700 to 800 C.
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As a logical consequence of upward limitation of the transformation temperature, when the deposit temperature
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is 650 ° C, the amount of proeutectoid ferrite, even at low cooling rates (# 5 C / sec), is small.
The examination of the electron micrographs referring to diagram I, show that the more the cooling rate increases, the more the structure becomes refined.
The structure corresponding to curve "5" of the diagram
III is very close to that observed on patented lead wire. '
2) Application temperature corresponding to the pearlitic nose.
In a very wide range of cooling rates, the temperature at the start of transformation is independent of the latter.
This is because the incubation time is reduced to about half a second. Very high speeds are necessary to significantly lower the point at the start of transformation, which is illustrated by diagram II in the appendix (curve n ° 1 corresponds to a deposit temperature of approximately 615 ° C.). It is found that the duration of the transformation hardly varies with the cooling rate.
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......... .¯. ". R ¯. ¯ ... .. ¯ ... ¯
Examination of the structures shows the total absence of proeutectoid ferrite, whatever the rate of cooling. We also see the evolution of electronic structures towards the patenting structure as the cooling rate increases.
This acts mainly on the end of transformation temperature and on the maximum recalescence temperature.
The electron micrograph, relating to curve "5", corresponding to a cooling rate of about 40 C / sec, shows very fine pearlitic areas, but also very marked bainitic areas.
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The transformation temperature must therefore not drop below 550 C.
The transformation shown schematically by curve "4" has parameters very close to that shown schematically by curve "5" in diagram 1 in the appendix.
The structures are also very similar and come very close to that obtained by lead patenting.
For this steel, the ideal transformation zone is therefore between 600 and 550 c,
It is on the basis of the research which has just been briefly described that the applicant has developed the process for manufacturing the yarn which is the subject of the present invention. This process constitutes a step forward with respect to the current processes for the controlled cooling of wire rod at the outlet of the rolling mills which already ensure a regular structure throughout the coil but provides products whose properties are not yet clear. equivalent to those obtained by the lead patenting process commonly used in wire drawing.
Lead patenting has the advantage over continuous cooling of having a variable effect as a function of temperature and, thanks to its very high transfer coefficient, of being well suited to absorbing temperature variations, particularly during of recalescence during transformation.
At first glance, it seems that the deposit temperature of the turns above point A3 (average temperature in the section) has no decisive effect but it should not be forgotten that the higher the deposit temperature is. . the larger the austenitic grain tends to be larger; which, for the same subsequent cooling rate, has the effect of giving a finer pearlite structure. i
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On the other hand, the lower the temperature at which the turns are deposited (close to the pearlite nose), the more the incubation time decreases and the more the phenomenon of recalescence due to the transformation is limited in time.
The reduction in the incubation time reduces the possibilities of action of the final cooling medium:
The closer the deposition temperature of the turns is to the pearlitic nose, the lower the deposit of proeutectoid ferrite, especially in the case of subsequent slow cooling (still air).
The rate of final cooling from the temperature of deposition of the turns is a very determining element because it is on it that all the parameters of the transformation depend and to these parameters correspond similar structures.
This is important and would mean that in practice, a certain temperature heterogeneity in the section of the wire would not be of consequence as long as the cooling rate is the same throughout the section.
To reach the pearlitic nose (slightly below 600 C), you need these cooling rates between 30 and
60 C / sec, of the order of 40 C / sec.
The ideal transformation zone seems to be located between
550 and 600 C, but it is not enough to start the transformation at a sufficiently low temperature, it is also necessary to limit the reheating (recalescence) due to the transformation without postponing the end of the transformation at too low a temperature.
The transformation parameters, that is to say the start temperature and the end temperature of transformation, the reheating temperature and the transformation time, are not independent. Thus, the lower the transformation temperature, the shorter the transformation time, the greater the recalescence tends to be.
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The recalescence can be counteracted more effectively by choosing a refrigerant medium whose effect is adapted to temperature fluctuations, in other words, a medium with a high transfer coefficient which could also limit the risk of terminating the transformation at too low a temperature ( fluidized bed, fog, etc.; ..)
Either way, the lead patting structure can be approached, using a sufficient secondary cooling rate regardless of the deposition temperature.
All these simulation research shows that there are still many unexploited possibilities in this field and studies to be pursued with a view to obtaining a hard steel rod capable of giving good drawing wire without having to carry out intermediate patenting operations.
A particularly advantageous variant of the process which is the subject of the invention consists in intensively cooling the yarn to a temperature slightly above 550 ° C. and then subjecting it to cooling which limits recalescence in such a way that the processing is carried out. 'fully performs between 550 and 600 C.
CLAIMS
1. A method of manufacturing wire rod by controlled cooling characterized in that the wire is deposited in turns at a temperature close to the pearlite nose of the transformation curves.
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