Procédé et dispositif de fabrication de fil machine en acier dur.
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de fil machine an acier dur, c'est-à-dire dont la teneur en carbone dépasse 0, 4 %.
Un important problème posé par la production du fil machine est ia mise au point d'un moyen permettant de lui conférer des propriétés identiques à celles obtenues par patentage au plomb en tréfilerie.
On sait que les propriétés finales d'un fil dépendent essentiellement de l'état dans lequel se trouve ce fil avant de terminer les opérations de son tréfilage. Le moyen classique pour mettre le fil dans le meilleur état possible avant cette dernière-opération consiste à lui faire subir un patentage au plomb.
Grâce à cette opération et à un écrouissage approprié, on peut obtenir des fils, même de très petit diamètre, présentant les caractéristiques mécaniques finales désirées.
Le principal inconvénient de ces procédés consiste dais le fait que
le patentage et le prépatentage éventuel au plomb sont des opérations particulièrement coûteuses, d'une part en elles-mêmes, et d'autre part eu égard aux manipulations et à la perte de productivité qu'elles occasionnent dans une tréfilerie.
Afin de remédier à ces inconvénients, on a déjà imaginé différents
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du laminoir, mais d'une façon très générale, ceux-ci ne conduisent toutefois pas à un produit comparable au point de vue de ses propriétés à celui obtenu
au moyen d'un procédé comportant un patentage au plomb.
Parmi les différents procédés imaginés pour remédier aux dits inconvénients, on peut citer celui dans lequel on effectue un refroidissement à l'air soufflé sur le fil disposé en spires étalées sur un convoyeur. Suivant
ce procédé, on a certes constaté une nette amélioration de la valeur moyenne des propriétés du fil et de la dispersion des mesures autour de cette moyenne, ainsi qu'une amélioration de la structure suffisante pour éviter un prépatentage. Dans le cas du fil machine, il n'a toutefois pas été possible d'éviter le patentage final au plomb.
Dans cette optique, on a également imaginé d'effectuer le traitement du fil disposé sous forme de spires étalées dans un lit fluldisé. Ce processus amène une certaine amélioration supplémentaire par rapport à celui précédemment cité, mais il présente cependant d'autres difficultés d'ordre essentiellement technologiques.
Le traitement du fil sousforme de bobine compacte plongée dans un bain de sel fondu présente également des inconvénients propres, notamment le lavage ultérieur indispensable du fil et son application malaisée aux bobines
de poids élevé.
En résumé, la technique actuelle n'a pas permis de résoudre, de façon valable, le problème posé, à savoir obtenu* une bonne valeur moyenne des propriétés d'un fil dur dans chaque bobine de ce fil, ainsi qu'une dispersion réduite des propriétés du fil autour de la valeur moyenne. La cause en est
que les procédés considérés comme connus sont en général économiquement et/ou techniquement inexploitables.
La présente invention a précisément pour objet un processus de refroidissement du fil machine dur, grâce auquel on obtient un fil dont les propriétés vérifient facilement deux conditions essentielles, sans toutefois nécessi-
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- valeur moyenne des propriétés mécaniques et microstructure analogues à celles obtenues par patentage au plomb;
- dispersion de ces propriétés autour de la valeur moyenne (dans une bobine) aussi faible que possible.
Suivant ce procédé, le fil dur sortant du laminoir à chaud est introduit de façon continue successivement dans au moins deux zones de refroidissement dans lesquelles il séjourne chaque fois pendant un temps approprié, zones contenant un fluide qui exerce sur le dit fil un refroidissement contr6lé, le
fluide de la dernière zone comportant au moins une phase liquide non pulvérisée, le tout de telle façon que la température du fil s'y abaisse dans la première
zone de 5[deg.]C à 15[deg.]C par seconde et que la transformation allotropique commence dans la première zone; le fil est maintenu dans la première zone tant que la
dite transformation n'atteint pas 10 % en volume du fil; le fil étant conduit ensuite dans la dernière zone et maintenu tant que sa transformation allotropique, réalisée de façon aussi isotherme que possible dans l'intervalle 700[deg.]C - 600[deg.]C, n'est pas terminée, les dites deux zones étant traversées par le fil se trouvant sous forme de spires non serrées disposées, de préférence étalées, sur un convoyeur.
Suivant une variante avantageuse du procédé de l'invention, avant de pénétrer dans la première zone, le fil traverse une installation de prérefroidissement à l'eau, d'un type connu en soi, grâce à laquelle on peut ajuster la température de dépose des-spires à l'entrée de la première zone, cette température étant toutefois réglée de façon à ce que le fil soit toujours à l'état austénitique
au moment où il pénètre dans la dite première zone (dans ce cas, la durée de séjour du fil dans cette première zone sera avantageusement fixée à une valeur dite optimale, fonction notamment de la température d'entrée du fil dans cette zone) .
Suivant l'invention, la première zone de refroidissement comporte
un fluide refroidissant choisi pour obtenir un coefficient d'échange calorifique avec le fil, tel que le début de la transformation allotropique de celui-ci s'effectue à une température située dans le même domaine (par exemple de 550[deg.]C à 650[deg.]C) que celui correspondant au patentage au plomb. Ce fluide refroidissant est caractérisé par la valeur de son coefficient d'échange calorifique, lequel peut être ajusté à la valeur souhaitée par des moyens connus en eux-mêmes, tels que la température, l'agitation du fluide à température constante, l'addition de sels minéraux à des teneurs appropriées, l'addition de substances organiques tensioactives, de polymères, ... et en général par tout paramètre qui, affectant l'une ou l'autre des différentes phases que peut contenir le fluide considéré, modifie le dit coefficient de transfert.
Il n'est pas inutile de signaler que le fluide contenu dans la première zone et le fluide contenu dans la dernière zone doivent différer obligatoirement par la valeur de leur coefficient de transfert; cette différence peut ne porter que sur un seul paramètre exerçant une influence sur la dite valeur, par exemple l'agitation de l'eau.
Le coefficient d'échange calorifique du fluide contenu dans la seconde zone est, quant à lui, avantageusement choisi et les caractéristiques de ce fluide adaptées en conséquence, pour que le reste de la transformation allotropique s'effectue dans des conditions aussi proches que possible de l'isotherme et dans l'intervalle 700[deg.]C - 600"C. Ce coefficient est par ailleurs également choisi de façon à ce que, d'une part, les effets de la recalescence soient limités à une valeur déterminée pour se rapprocher si possible de l'isotherme et que, d'autre part, toute trempe martensitique ou bain!tique du fil soit évitée.
Après le séjour dans la seconde zone, le fil est soumis, de façon connue en sol, à un refroidissement à l'air, jusqu'à la station de collecte des spires, etc...
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sidérées se caractérisaient notamment par leur degré d'agitation; cette agitation provoque, comme on le sait, une augmentation des échanges calorifiques entre fil et fluide, en particulier lorsque celui-ci est de l'eau à température d'ébulli-
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d'agitation est un élément important dans le contrôle de la valeur des échanges calorifiques entre fil et bain.
Dans le cas où, pour passer de la première zone de refroidissement
à la dernière, le fil doit, pour des raisons technologiques, traverser une
zone intermédiaire constituée par exemple d'air calme, il est possible d'obtenir
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de cette zone intermédiaire, en accroissant légèrement la capacité de refroidissement du fluide contenu dans la dernière zone. La méthode utilisée pour y arriver est semblable à celle indiquée plus haut.
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dans une seule ou dans les deux zones, en créant sur le trajet des spires sur le convoyeur dans ces zones, un courant de déplacement important dans le fluide (ci-après dit primaire), dans lequel circulent les spires. Ce courant dirigé avantageusement de bas en haut est constitué soit au moyen du fluide lui-même, soit au moyen d'un autre fluide, liquide, gazeux ou brouillardeux.
La mise en mouvement des fluides agitateurs est réalisée, par exemple au moyen des pompes appropriées, disposées sous le transporteur.
Suivant l'invention, le débit de fluide agitateur peut être réglé tout au long des deux convoyeurs, suivant un programme déterminé, de façon à obtenir dans le fil l'évolution souhaitée de la transformation allotropique. Ce débit peut être régulé de façon automatique, par des vannes par exemple magnétiques ou électropneumatiques, situées sur chaque circuit d'agitation.
A titre indicatif, parmi les fluides pouvant convenir pour répondre aux exigences imposées dans la première zone, on peut citer : <EMI ID=7.1>
- une solution diluée de silicate de soude (6 à 10 %) dans l'eau à l'ébullition,
- une solution diluée de borax (8 à 12 %) dans l'eau à l'ébullition, <EMI ID=8.1> l'ébullition,
- de l'eau à une température comprise entre 70 et 100[deg.]C et violemment agitée soit par des moyens mécaniques connus, soit au moyen de gicleurs immergés.
Pour la seconde zone, on peut citer :
- air soufflé à travers les spires étalées,
- mélange air-brouillard d'eau, soufflé à travers les spires étalées,
- eau à une température comprise entre 70 et 100[deg.]C, agitée ou non.
L'exemple ci-après, donné à titre non limitatif, permet de se rendre compte des résultats obtenus au moyen du procédé décrit ci-dessus.
Le fil dur utilisé a un diamètre de 10 mm, une teneur en C de 0, 63 % et de 0, 65 % en Mn. Dans la première zone, se trouve un fluide constitué d'un bain d'eau calme à 100[deg.]C; le temps de séjour du fil y est de 25 secondes. Sa température d'entrée dans cette première zone est de 1000[deg.]C.
La seconde zone contient un fluide constitué d'eau agitée à 98[deg.]C et le fil y séjourne pendant 7 secondes, sans passage intermédiaire entre les deux zones. A la sortie de cette première zone, le fil a subi un commencement de transformation allotropique à concurrence de 20 % en volume. La transformation allotropique est complète après un séjour de 5 secondes dans la seconde zone et
93 % de celle-ci a été réalisée entre 588[deg.]C et 630[deg.]C.
Les caractéristiques mécaniques de ces fils, ainsi que leurs valeurs moyennes et la dispersion des valeurs de ces caractéristiques autour des valeurs moyennes ont été trouvées tout-à-fait comparables à ce que l'on obtient dans un procédé comportant un patentage au plomb.
A titre d'exemple, un fil de 5, 5 mm de diamètre contenant 0, 63 % de C et 0, 51 % de Mn, présente après patentage au plomb une résistance moyenne à
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même fil pour lequel le patentage au plomb a été remplacé par le procédé de l'invention a présenté les caractéristiques suivantes : résistance moyenne à la rupture de 107 à 111 kg/mm avec une dispersion de 0, 8 à 1, 1 kg/mm.
La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit.
Ce dispositif est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte
deux bacs disposés à la suite l'un de l'autre, chaque bac contenant un fluide
de refroidissement approprié, un transporteur de spires étalées disposé en
oblique dans le réservoir, avec son entrée sous le niveau supérieur du fluide
et sa sortie au-dessus du niveau du fluide contenu dans le bac, des moyens pour assurer la dépose du -fil sous forme de spires étalées à l'entrée du premier transporteur, pour enlever ces spires à la sortie du premier transporteur
et les déposer à l'entrée du second transporteur, ainsi que des moyens pour enlever ces spires à la sortie du second transporteur. Ces deux bacs sont, de façon connue en soi, recouverts d'une hotte pour la captation et la condensation des vapeurs en provenance du bain.
Suivant une modalité avantageuse de ce dispositif, les transporteurs
sont munis d'un dispositif pour souffler de bas en haut au travers des spires
qui circulent sur ceux-ci, soit du fluide contenu dans le dit bac, soit tout autre fluide liquide ou gazeux approprié.
Suivant encore une autre modalité avantageuse de l'invention, les deux cuves sont réunies par une enceinte étanche en forme de pont dont l'entrée est située sous le niveau supérieur du bain du premier bac et entoure la sortie du premier transporteur et dont la sortie se trouve sous le niveau supérieur du
bain du second bac et au-dessus de l'entrée du second transporteur, la dite enceinte étant munie de moyens appropriés pour réaliser à l'entrée de celle-ci
une atmosphère de caractéristiques souhaitées, les caractéristiques opérationnelles dans la seconde zone pouvant être modifiées dans le sens approprié pour tenir compte de l'évolution de la structure du fil dans la dite enceinte.
REVENDICATIONS
1, Procédé de refroidissement de fil machine dur, sortant du laminoir
à chaud, caractérisé en ce qu'il est introduit de façon continue dans au moins
deux zones de refroidissement dans lesquelles il séjourne chaque fois pendant
un temps approprié, zones contenant un fluide qui exerce sur le dit fil un refroidissement contrôlé, le fluide de la dernière zone comportant au moins une phase liquide non pulvérisée, le tout de telle façon que la température du fil s'abaisse dans la première zone de 5[deg.]C à 15[deg.]C par seconde et que la transformation allotropique commence dans la première zone, en ce que le fil est maintenu dans
la première zone tant que la dite transformation n'atteint pas 10 % en volume du fil, et en ce que le fil est conduit dans la dernière zone et y est maintenu tant
que sa transformation allotropique, réalisée de façon aussi isotherme que possible dans l'intervalle 700[deg.]C - 600[deg.]C, n'est pas terminée, les dites deux zones étant traversées par le fil se trouvant sous forme de spires non serrées disposées,
de préférence étalées, sur un convoyeur.
Method and device for manufacturing hard steel wire rod.
The present invention relates to a process for manufacturing a hard steel wire rod, that is to say one of which the carbon content exceeds 0.4%.
An important problem posed by the production of wire rod is the development of a means allowing it to give it properties identical to those obtained by lead patenting in the wire drawing industry.
It is known that the final properties of a wire depend essentially on the state in which this wire is found before completing the operations of its drawing. The classic way to put the wire in the best possible condition before this last operation consists of subjecting it to lead patenting.
Thanks to this operation and to an appropriate work hardening, it is possible to obtain wires, even of very small diameter, having the desired final mechanical characteristics.
The main disadvantage of these methods is the fact that
the patenting and possible prepatenting with lead are particularly expensive operations, on the one hand in themselves, and on the other hand in view of the handling and the loss of productivity which they cause in a wire drawing plant.
In order to remedy these drawbacks, we have already imagined different
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of the rolling mill, but in a very general way, these do not however lead to a product comparable from the point of view of its properties to that obtained
by means of a process involving lead patenting.
Among the various methods devised to remedy said drawbacks, mention may be made of that in which cooling is carried out in air blown on the wire arranged in turns spread out on a conveyor. following
This process has admittedly observed a marked improvement in the mean value of the properties of the yarn and of the dispersion of the measurements around this mean, as well as an improvement in the structure sufficient to avoid prepatenting. In the case of wire rod, however, it was not possible to avoid the final lead patenting.
With this in mind, it has also been imagined to carry out the treatment of the yarn arranged in the form of turns spread out in a fluldized bed. This process brings about a certain additional improvement over that mentioned above, but it nevertheless presents other difficulties of an essentially technological nature.
The treatment of the wire in the form of a compact coil immersed in a bath of molten salt also has its own drawbacks, in particular the essential subsequent washing of the wire and its difficult application to the coils.
heavy weight.
In summary, the current technique has not made it possible to solve, in a valid way, the problem posed, namely to obtain * a good average value of the properties of a hard wire in each reel of this wire, as well as a reduced dispersion properties of the wire around the mean value. The cause is
that the processes considered to be known are generally economically and / or technically inoperable.
The object of the present invention is precisely to provide a process for cooling the hard wire rod, whereby a wire is obtained whose properties easily satisfy two essential conditions, without however requiring
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- mean value of mechanical properties and microstructure similar to those obtained by lead patenting;
- dispersion of these properties around the mean value (in a coil) as low as possible.
According to this process, the hard wire leaving the hot rolling mill is introduced continuously successively into at least two cooling zones in which it stays each time for an appropriate time, zones containing a fluid which exerts a controlled cooling on said wire, the
fluid of the last zone comprising at least one non-sprayed liquid phase, all in such a way that the temperature of the wire drops therein in the first
zone of 5 [deg.] C to 15 [deg.] C per second and that the allotropic transformation begins in the first zone; the thread is held in the first zone as long as the
said transformation does not reach 10% by volume of the yarn; the wire being then led into the last zone and maintained as long as its allotropic transformation, carried out as isothermally as possible in the interval 700 [deg.] C - 600 [deg.] C, is not completed, the said two areas being crossed by the wire being in the form of loose turns arranged, preferably spread out, on a conveyor.
According to an advantageous variant of the process of the invention, before entering the first zone, the wire passes through a water precooling installation, of a type known per se, thanks to which it is possible to adjust the deposit temperature of the -spires at the entrance of the first zone, this temperature being however regulated so that the wire is always in the austenitic state
when it enters said first zone (in this case, the length of stay of the yarn in this first zone will be advantageously fixed at a so-called optimal value, depending in particular on the inlet temperature of the yarn in this zone).
According to the invention, the first cooling zone comprises
a cooling fluid chosen to obtain a heat exchange coefficient with the wire, such that the start of the allotropic transformation of the latter is carried out at a temperature located in the same range (for example from 550 [deg.] C to 650 [deg.] C) than that corresponding to lead patenting. This cooling fluid is characterized by the value of its heat exchange coefficient, which can be adjusted to the desired value by means known per se, such as temperature, agitation of the fluid at constant temperature, addition of mineral salts at appropriate contents, the addition of organic surfactants, polymers, ... and in general by any parameter which, affecting one or other of the different phases that the fluid in question may contain, modifies the known as the transfer coefficient.
It is useful to point out that the fluid contained in the first zone and the fluid contained in the last zone must necessarily differ in the value of their transfer coefficient; this difference may relate to only one parameter exerting an influence on said value, for example the agitation of the water.
The heat exchange coefficient of the fluid contained in the second zone is, for its part, advantageously chosen and the characteristics of this fluid adapted accordingly, so that the rest of the allotropic transformation takes place under conditions as close as possible to the isotherm and in the range 700 [deg.] C - 600 "C. This coefficient is also chosen so that, on the one hand, the effects of recalescence are limited to a determined value to bring closer to the isotherm if possible and that, on the other hand, any martensitic quenching or bath! tick of the wire is avoided.
After the stay in the second zone, the wire is subjected, in a known manner in soil, to air cooling, up to the coil collecting station, etc.
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Stunned were characterized in particular by their degree of agitation; this stirring causes, as we know, an increase in the heat exchange between the wire and the fluid, in particular when the latter is water at boiling temperature.
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stirring is an important element in controlling the value of heat exchange between wire and bath.
In case, to move from the first cooling zone
at the last, the wire must, for technological reasons, cross a
intermediate zone consisting for example of still air, it is possible to obtain
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of this intermediate zone, by slightly increasing the cooling capacity of the fluid contained in the last zone. The method used to achieve this is similar to that shown above.
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in one or in both zones, by creating on the path of the turns on the conveyor in these zones, a large displacement current in the fluid (hereinafter called primary), in which the turns circulate. This stream, advantageously directed from the bottom up, is formed either by means of the fluid itself, or by means of another fluid, liquid, gas or mist.
The agitating fluids are set in motion, for example by means of appropriate pumps, placed under the conveyor.
According to the invention, the agitation fluid flow rate can be adjusted throughout the two conveyors, according to a determined program, so as to obtain the desired evolution of the allotropic transformation over time. This flow can be regulated automatically, by valves for example magnetic or electro-pneumatic, located on each stirring circuit.
As an indication, among the fluids that may be suitable to meet the requirements imposed in the first zone, we can cite: <EMI ID = 7.1>
- a dilute solution of sodium silicate (6 to 10%) in boiling water,
- a dilute solution of borax (8 to 12%) in boiling water, <EMI ID = 8.1> boiling,
- Water at a temperature between 70 and 100 [deg.] C and violently stirred either by known mechanical means, or by means of submerged nozzles.
For the second zone, we can cite:
- air blown through the spread turns,
- air-water mist mixture, blown through the spread coils,
- water at a temperature between 70 and 100 [deg.] C, stirred or not.
The example below, given without limitation, makes it possible to understand the results obtained by means of the method described above.
The hard wire used has a diameter of 10 mm, a C content of 0.63% and 0.65% Mn. In the first zone, there is a fluid consisting of a calm water bath at 100 [deg.] C; the residence time of the yarn is 25 seconds. Its inlet temperature in this first zone is 1000 [deg.] C.
The second zone contains a fluid consisting of water stirred at 98 [deg.] C and the wire stays there for 7 seconds, with no intermediate passage between the two zones. On leaving this first zone, the wire underwent a start of allotropic transformation up to 20% by volume. The allotropic transformation is complete after a stay of 5 seconds in the second zone and
93% of this was achieved between 588 [deg.] C and 630 [deg.] C.
The mechanical characteristics of these wires, as well as their mean values and the dispersion of the values of these characteristics around the mean values were found to be entirely comparable to what is obtained in a process comprising a lead patenting.
For example, a wire 5.5 mm in diameter containing 0.63% C and 0.51% Mn, after patenting with lead, exhibits an average resistance to
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same wire for which the lead patenting has been replaced by the process of the invention exhibited the following characteristics: average breaking strength of 107 to 111 kg / mm with a dispersion of 0.8 to 1.1 kg / mm .
A subject of the present invention is also a device for implementing the method described above.
This device is essentially characterized in that it comprises
two tanks arranged one after the other, each tank containing a fluid
suitable cooling, a conveyor of spread turns arranged in
oblique in the reservoir, with its inlet below the upper fluid level
and its exit above the level of the fluid contained in the tank, means for depositing the -fil in the form of turns spread out at the entrance of the first conveyor, to remove these turns at the exit of the first conveyor
and deposit them at the entrance of the second conveyor, as well as means for removing these turns at the exit of the second conveyor. These two tanks are, in a manner known per se, covered with a hood for capturing and condensing the vapors coming from the bath.
According to an advantageous modality of this device, the carriers
are fitted with a device for blowing from bottom to top through the turns
which circulate thereon, either of the fluid contained in said tank, or any other suitable liquid or gaseous fluid.
According to yet another advantageous embodiment of the invention, the two tanks are joined by a sealed enclosure in the form of a bridge, the inlet of which is located under the upper level of the bath of the first tank and surrounds the outlet of the first conveyor and whose outlet is located below the upper level of the
bath of the second tank and above the inlet of the second conveyor, said enclosure being provided with suitable means for producing at the inlet of the latter
an atmosphere of desired characteristics, the operational characteristics in the second zone being able to be modified in the appropriate direction to take into account the evolution of the structure of the wire in said enclosure.
CLAIMS
1, Cooling process of hard wire rod coming out of the rolling mill
hot, characterized in that it is introduced continuously into at least
two cooling zones in which it stays each time for
an appropriate time, zones containing a fluid which exerts a controlled cooling on the said wire, the fluid of the last zone comprising at least one non-sprayed liquid phase, all in such a way that the temperature of the wire drops in the first zone from 5 [deg.] C to 15 [deg.] C per second and that the allotropic transformation begins in the first zone, in that the wire is held in
the first zone as long as said transformation does not reach 10% by volume of the yarn, and in that the yarn is led into the last zone and is kept there as long as
that its allotropic transformation, carried out as isothermally as possible in the interval 700 [deg.] C - 600 [deg.] C, is not complete, the said two zones being crossed by the wire being in the form of loose turns arranged,
preferably spread out, on a conveyor.