Brevet FR2136976A1 — publié le 19721229

La présente Invention est relative à la fabrication de fils en acier très fins obtenus par solidification d'un jet de métal liquide projeté dans un milieu refroidisseur. Comme on le sait, un jet liquide expulsé sous pression ' 5 d'un récipient percé d'un orifice prend à sa sortie de l'orifice une forme cylindrique sur une certaine longueur, avant de subir des strictions ou des oscillations, puis de se diviser et de donner naissance à des gouttes. La longueur de la portion cylindrique du jet dépend de multiples paramètres : forme, dimensions, état 10 physique de l'orifice °, pression exercée sur le liquide et vitesse d'éjection ; diamètre du jet ; nature et propriétés du liquide ; nature et propriétés du milieu dans lequel le jet est expulsé. Poux fixer les idées, un jet en acier liquide éjecté dans un milieu gazeux à une température comprise entre 1450 et 15 1650° C, avec un diamètre de 30 à 400 et une vitesse comprise entre quelques mètres et 30 à 40 mètres par seconde> prend et conserve une forme cylindrique sur une longueur n'excédant pas quelques centimètres et donc pendant une durée de l'ordre du centième ou du millième de seconde. 20 Si l'on désire obtenir un fil cylindrique continu, et notamment un fil d'acier, à partir d'un jet de métal liquide projeté dans un milieu refroidisseur, il faut donc obtenir sa solidification au cours d'un laps de temps très court. 0e problème est particulièrement difficile à résoudre dans le cas du fer ou 25 de l'acier dont les propriétés, par comparaison avec celles des autres métaux, ne favorisent pas une solidification rapide ï chaleur spécifique élevée, conductibilité thermique faible, chaleur latente de fusion élevée, densité élevée, possibilité de surfusion, etc. 30 Pour obtenir une solidification rapide d'un jet d'acier liquide, il est donc indispensable d'utiliser 1111 milieu refroidisseur très efficace. Il est favorable d'utiliser à cet effet un gaz bon conducteur de la chaleur (par exemple hydrogène, hélium, gaz carbonique, azote), qui peut être additionné d'un refroidis-35 seur liquide sous forme divisée. A cet égard, l'eau, qui possède une chaleur de vaporisation et une capacité calorifique élevées, utilisée sous forme de brouillard, parait particulièrement indiquée. Cependant, il ne suffit pas d'utiliser un moyen de refroidissement énergique. Il faut encore initier la solidification 71 16882 -2- 2136976 sans retard, et notamment combattre les phénomènes de surfusion, problème qui, jusqu'à la présente invention, n'a pas reçu de solution satisfaisante. La présente invention vise précisément à initier la solidification du jet dès sa pénétration dans le milieu 5 refroidisseur, afin qu'elle puisse progresser suffisamment pour fixer le jet dans sa forme cylindrique avant que celle-ci ait eu le temps de se détruire. Le procédé suivant l'invention pour fabriquer un fil d'acier continu et fin par solidification d'un jet d'acier liquide 10 projeté dans un milieu refroidisseur est caractérisé en ce que l'on initie et accélère la solidification de l'acier par la présence d'oxygène et de silicium, la teneur en silicium étant stif-fisante pour que, compte tenu de la teneur en manganèse éventuellement présent, le produit d'oxydation qui se forme le premier dans 15 le métal soit de la silice. Comme on le voit, l'invention consiste ainsi à opérer en milieu oxydant et s. choisir les teneurs en silicium et en manganèse dans l'acier pour favoriser la précipitation de silice solide et non la formation de silicates complexes solubles, cela en uti-20 lisant le diagramme d'équilibre Fe - Si - Mil - 0. Si l'on désigne par x et y les teneurs respectives en manganèse et en silicium dans l'acier exprimées en pourcentage par rapport au fer, la courbe d'équilibre délimitant les zones de formation de silice et de silicate peut être définie par l'équation : 25 y = 0,55 x2 - 0,13 x + 0,1 (1) cela à une température voisine de 1550° C et dans le domaine 0,5 fo ^ X =- 1,5 % et 0,2 /o ^ y -f 1,5 Suivant l'invention, pour toute valeur de x, y doit avoir une valeur supérieure à celle donnée par l'équation (1) pour 30 favoriser la formation de silice insoluble dans l'acier. De préférence, on utilisera un excès notable de silicium et on choisira y compris entre 0,5 et 3 /», x étant compris entre 0,5 et 1,5 % et y restant supérieur à la valeur donnée par l'équation (1). Voici, à titre d'exemples, diverses compositions 35 d'acier qui conviennent parfaitement : y {jo Si) x (°/ô Mn) 0,7 0,7 1,2 1,1 1,5 1,2 40 2,4 1,4 71 16882 -3- 2136976 L'oxygène doit être présent pour initier et accélérer la solidification. Cependant, alors que le silicium et le manganèse sont inclus dans l'acier, l'oxygène est apporté par le milieu refroidisseur. On peut utiliser de l'oxygène mélangé au milieu 5 refroidisseur, sous forme soit d'oxygène pur, soit d'air, à condition toutefois qu'on utilise comme milieu refroidisseur un gaz inerte (hélium, azote). Il est préférable cependant d'utiliser un composé oxydant susceptible de donner naissance à de l'oxygène actif à haute température au contact du jet métallique à haute 10 température ou de produire directement une réaction d'oxydation. A titre d'exemples de composés oxydants convenables, on peut citer l'eau ou l'anhydride carbonique. Bien entendu, la teneur en oxygène ou en composé oxydant du milieu refroidisseur doit être telle que l'oxygène mis 15 en contact avec l'acier liquide se trouve à l'état de traces : il ne s'agit pas, en effet, d'oxyder l'acier, et encore moins de le brûler, mais de provoquer la formation de microprécipitations de silice, constituant autant de germes de solidification. Le tableau ci-dessous donne diverses compositions pon-20 dérales de l'acier dont les unes satisfont aux conditions énoncées ci-dessus et ont donné lieu à la formation d'un fil continu, et dont les autres ne satisfont pas aux conditions énoncées ci-dessus et, dans les mêmes conditions opératoires, n'ont pas donné lieu à la formation d'un fil. Dans les deux cas, on a utilisé comme 25 milieu refroidisseur de l'hydrogène additionné d'un brouillard d'eau. 30 35 c io Si 1o Mn Formation d'un 0,25 0,37 0,40 oui ff 0,35 0,85 non 1! 0,33 1,10 non 0,30 0,73 1,10 oui t! 0,75 1 ,38 non Il 1 ,20 1 ,70 non 0,60 0,30 0,40 oui n 0,30 0,90 non 0,65 0,80 1 ,00 oui u 0,80 1 ,34 non ii 1 ,22 1 ,26 oui 1! 1 ,20 1 ,90 non 71 16882 "4" 2136976 Les essais ci-dessus montrent clairement l'influence des teneurs en silicium et en manganèse. Il suffit parfois d'une très faible modification dans la composition do l'acier pour que la formation d'un fil devienne possible ou impossible. En l'ab-5 sence de brouillard d'eau ou d'une autre source d'oxygène on n'obtient pas de fil. Gomme il a déjà été indiqué, il semble que, suivant les proportions relatives de silicium et de manganèse dans l'acier, le produit de désoxydation qui se forme préférentiellement est 10 soit de la silice, qui est solide à la température considérée, soit un silicate complexe de manganèse et de fer,qui est liquide à la même température. En métallurgie classique, on choisit les teneurs en silicium en en manganèse de façon à éviter des inclusions de silice solide dans le métal et à favoriser la formation de sili-15 cates. L'invention, au contraire, prévoit de choisir les teneurs en silicium et en manganèse pour favoriser la formation et la précipitation de silice soit dans la masse, soit en surface du jet d'acier liquide. La présence de germes solides de silice solide aide et accélère la solidification de l'acier. Ceci requiert la 20 présence d'oxygène ou d'un composé ou mélange oxydant susceptible d'apporter de l'oxygène au contact de l'acier liquide contenant du silicium. La silice ainsi formée joue le rôle d'intiateur et d'accélérateur de solidification. L'emploi de silicium et de manganèse, aux teneurs in-25 diquées, présente par ailleurs l'avantage de conférer aux fils d'acier de bornes propriétés mécaniques, les rendant aptes à confectionner des éléments de renforcement utilisables dans la fabrication de pneumatiques et d'autres articles en caoutchouc renforcé. COPY 71 16882 -5- 2136976 RBVBBMCATIQgS 1. Procédé pour fabriquer un fil d'acier continu et fin par solidification d'un jet d'acier liquide projeté dans un milieu refroidisseur, caractérisé en ce que l'on initie et accélère la solidification par la présence d'oxygène et de silicium, la teneur en silicium étant suffisante pour que, compte tenu de la teneur en manganèse éventuellement présent, le produit d'oxydation qui se forme le premier soit de la silice. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les teneurs x et y en manganèse et en silicium, exprimées en pourcentages pondéraux par rapport au fer, satisfont aux relations : y 'â 0,55 x2 - 0,18 x + 0,1 (1 ) 0,5 = y = 3 0,5 = x = 1,5 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise un excès notable de silicium par rapport à la valeur minimum indiquée par l'équation (1). 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu refroidisseur contient soit de l'oxygène, soit un composé ou un mélange oxydant. 5. Procédé SLiivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise comme composé oxydant mélangé au milieu refroidisseur de l'eau ou de l'anhydride carbonique. 6. Fils d'acier continus d'un diamètre compris entre 30 et 400 caractérisés en ce qu'ils contiennent des teneurs en manganèse x et y, exprimées en pourcentages pondéraux, telles que y ^ 0,55 x2 - 0,18 x + 0,1 0,5 * y =' 3 0,5 *= x =" 1,5 7. Application des fils suivant la revendication 6 au renforcement des pneumatiques. COpy