Brevet FR2315545A1 — publié le 19770121

La présente invention concerne l'industrie métallurgique et a plus précisément pour objet un acier pour carcasses en fils métalliques, destinées à être utiisées dans la production des pneus pour armer les enveloppes des pneus de véhicules automobiles, de bicyclettes et d'avions,ainsi que d'autres pièces en caoutchouc pour machines. Par11carcasses métalliques'1 on entend;des nappes ou "toiles" de fils armés de fils métalliques. tes carcasses métalliques ont trouvé une large application dans plusieurs pays en tant que matériaux d'armature grâce à leur haut solidité leur résistance élevée à la chaleur et leur forte rigidité en comparaison des autres matériaux utilisés dans le meme but, tels que les carcasses en fils de verre, etc. On connaît largement des aciers utilisés pour la fabrication de carcasses métalliques, contenant les éléments suivants en tant que constituants principaux (% en poids) : 0,65 à 0,80 de C, 0,30 à 0,90 de Mn, 0,15 à 0,40 de Si, 0,040 au maximum de P, 0,040 au maximum de S ainsi que de O à 0,10 de chacun des éléments suivants : Cr, Ni Cu. On connaît également un procédé d'élaboration d'aciers dans des poches à partir d'un mélange formant scorie, dans lequel on souffle I1 acier avec un gaz inerte en vue de le débarrasser des impuretés non-métalliques. La qualité des carcasses métalliques est déterminée principalement par les propriétés de l'acier utilisé pour leur fabrication : endurance, solidarité et uniformité desdites propriétés. tes carcasses métalliques fabriquées à partir des aciers connus sont caractérisées par une résistance insuffisamment élevée à la flexion et par une résistance médiocre à la fatigue. C'est l'une des causes de rupture des ceintures de carcasse et de mise hors usage prématurée des pneus. te but de la présente invention est de supprimer les incorlvénients mentionnés. L'on s'est proposé, pour cela, d'élaborer un acier pour carcasses métalliques qui possèderait da hautes propriétés mécaniques, assurerait une résistance élevée à la flexion et à la fatigue de la carcasse métallique, ce qui permettrait d'augmenter la durée de service (parcours) des pneus armés de ladite carcasse métallique. Ce problème est résolu du fait que l'acier pour carcasses métalliques, du type contenant du carbone, du silicium, de manganèse, du fer et traité dans une poche avec un mélange formant scorie et avec un gaz inerte, renferme en outre, suivant l'invention de 0,001 à 0,005po en poids de cobalt, de 0,001 à 0,005 en poids de calcium par rapport au poids total des composants, les autres composants dé l'acier étant présents dans les proportions suivantes (o en poids) 0,65 - 0,85 de carbone, 0,2 à 0,37 de silicium, 0,3 à 0,7 de manganèse, le reste étant du fer. L'acier proposé, utilisé pour la fabrication de carcasses métalliques, peut contenir en outre (% en poids) : 0,015 au maximum de phosphore, 0,015 au maximum de soufre, 0,05 au maximum de chrome, 0,05 au maximum de nickel, 0,05 au maximum de cuivre, 0,0035 au maximum d'oxygène et 0,0035 d'azote. Il est avantagea d'utiliser l'acier proposé pour armer différents articles en caoutchouc, de préférence les pneus de véhicules automobiles, de bicyclettes et d'avions. L'idée essentielle de l'invention proposée réside dans ce qui suit. Dans I1 acier liquide ayant la composition chimique et la température requises on verse, au cours de sa coulée d'un four dans une poche, du calcium et du cobalt. En même temps, on traite l'acier avec un mélange formant scorie et on le soufle avec un gaz inerte à travers un dispositif monté dans la maçonnerie du fond de la poche. Lors de l'addition du calcium à l'acier a lieu une désoxydation supplémentaire de l'acier et la formation d'inclusions de forme sphérique qui sont facilement évacuées lors du traitement avec le mélange formant scorie et avec le gaz inerte. La plus grande partie du calcium additionné sert à désoxyder l'acier, tandis que le reste est utilisé pour allier l'acier. C'est pourquoi-l'acier contient du calcium en faibles quantités (de 0,001 à 0,005xi en poids). te cobalt en faible quantité ( de 0,001 à 0,005% en poids) fait fonction, dans l'acier, d'élément d'alliage et contribue à l'élévation de sa résistance à la fatigue. te mélange formant scorie, utilisé pour le traitement, se transforme en scorie liquide mobile possédant une bonne adhésion aux impuretés non métalliques et une capacité estrêmement élevée de désulfuration. te jet d'acier s'écoulant du four dans la poche fractionne une partie de la scorie en gouttes qui, à la suite d'un mouvement intensif de l'acier liquide engendré par le soufflage de gaz inerte dans celui-ci, sont entralnées tout d'abord vers le bas et ensuite émergent en épurant l'acier des impuretés non métalliques. Lors du soufflage de gaz inerte dans l'acisr, les températures s'égalisent, les additions se répartissent plus uniformément dans le volume de l'acier liquide et il se produit une flottation des impuretés non-métalliques par les bulles du gaz. Grâce à ce fait, l'acier proposé pour la fabrication de carcasses métalliques est caractérisé par les propriétés mécaniques suivantes, observées pendant les essais d'un fil de 0,15 mm de diamètre et d'une carcasse fabriquée à partir dudit acier, et comparées avec les propriétés d'un acier connu dans le tableau 1 ci-dessous. TABLEAU I Acier connu Acier proposé Propriétés, unités de ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ mesure Teneur moyenne en carbone,% 0,76 0,68 0,75 0,68 Résistance du fil à la rupture N 884 886 1090 1078 X,kg/mmS 266 277 274 279 S,kg/mm2 8,6 8,5 8,5 10,4 Résistance à la rupture du fil avec noeud N 150 176 154 180 62,6 62,6 62,6 62,6 62,8 S,(yo 1,75 2,01 1,74 1,20 Effort de rupture de toute la carcasse métallique, kg N 373 878 882 1288 93 96 93 98 S 1,28 1,43 1,41 1,67 En-durance de la carcasse métallique N 198 214 232 442 X milliers de cycles 11,5 11,0 17,2 13,3 S milliers de cycles 2,6 1,9 3,6 2,8 Dans le tableau I ci-dessus, les symboles utilisés désignent N, le nombre d'essais ( pièces ) X, la valeur arithmétique moyenne S, l'écart quadratique moyen. Ces données font apparaître que l'acier proposé contenant du cobalt et du calcium et traité avec le mélange formant scorie et avec le gaz inerte assure une élévation de l'endurance de la carcasse métallique pouvant aller jusqu'à 50% en comparaison de 1'acier connu. On-a fabriqué des carcasses métalliques à partir de l'acier connu et de l'acier proposé, et on les a ensuite utilisées pour armer des pneus de véhicules automobiles. On a soumis ces pneus à des essais d'exploitation, qui ont montré que le parcours des pneus armés avec la carcasse métallique fabriquée a partir de l'acier proposé dépasse de 5,0% celui des pneus armés avec la carcasse métallique réalisée à partir de l'acier connu. L'essentiel de l'invention ressortira mieux des exemples de réalisation concrets mais non limitatifs suivants EXEMPLE 1. Dans un acier préparé, contenant ( en poids) : 0,75 de carbone, 0,45 de manganèse, 0,25 de silicium, 0,0029 d'oxygène, 0,0030 d'azote, 0,0012 de phosphore, 0,01 de soufre, 0,05 de chrome, 0,05 de nickel, 0,05 de cuivre (le reste étant du fer), on a introduit 0,001% en poids de cobalt et autant de calcium. L'acier ainsi obtenu a été traité dans une poche avec un mélange formant scorie et avec un gaz inerte selon un procédé connu dans la sidérurgie. A partir de l'acier on a obtenu un fil par laminage et tréfilage. Ce fil a été utilisé pour la fabrication de carcasses métalliques. Ensuite, on a soumis le fil et la carcasse ainsi obtenus aux essais mécaniques. tes propriétés mécaniques du fil de la carcasse métallique fabriquée à partir de ce fil sont résumées dans le Tableau 2. TABLEAU 2 Propriétés Unité de mesure Valeur moyenne Résitance du fil à la rupture kgf/mm2 274 Résistance à la rupture du fil avec noeud % 62,6 Effort de rupture de toute la carcasse métallique kg 93 Endurance de la carcasse milliers de 17,0 métallique cycles Exemple 2. Dans un acier -préparé, contenant (% en poids) : 0,75 de carbone, 0,45 de manganèse, O, 25 de silicium,0,0029 d'oxygène, 0,0030 d'azote, 0,0012 de phosphore ; 0,01 de soufre, 0,05 de chrome, 0,05 de nickel, 0,05 de cuivre (le reste étant du fer), on a introduit 0,005fiv en poids de cobalt, et 0,005% en poids de calcium. Conformément a un procédé connu dans la sidérurgie, l'acier obtenu a été traité avec un mélange formant scorie et avec un gaz inerte. Le fil fabriqué a partir dudit acier a été utiliié pour la fabrication de carcasses métalliques. Les résultats des essais visant à déterminer les propriétés mécaniques de la carcasse métallique sont résumés dans le tableau 3. TABLEAU 3. Propriété Unité de mesure Valeur moyenne Résistance du fil à la rupture kgf/mm2 275 Résistance à la rupture du fil avec noeud so 62,8 Effort de rupture de toute la carcasse métallique kg 94 Endurance de la carcasse milliers de 17,1 métallique cycles EXEMPLE 3. Dans des aciers de compositions identiques à celles indiquées dans les Exemples 1 et 2, on a introduit 0,0025 en poids de cobalt, et 0,002% en poids de calcium. te reste est identique aux Exemples 1 et 2. tes résultats des essais mécaniques du fil et de la carcasse métallique sont résumés dans le Tableau 4. TABLEAU 4. Propriétés Unité de mesure Valeur-moyenne Résistance du fil à la rupture kgf/mm2 274 Résistance à la rupture du fil avec noeud % 62,6 Effort de rupture de toute la carcasse métallique kg 97 Endurance de la carcasse métal- milliers de 17,0 lique cycles Comme il ressort de ce qui précède, la carcasse métallique fabriquée partir de l'acier proposé a démontré que, grâce à ses prppriétés d'endurance élevées, elle constitue un matériau efficace pour armer les pneus de véhicules automobiles, de bicyclettes et d'avions, ainsi que d'autres pièces ou caoutchouc pour machines. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendication qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Acier pour carcasses en-fils métalliques, du type traité dans une poche avec un mélange formant scorie et avec nn gaz inerte caractérisé en ce qu'il contient en outre des additions de 0,001 à 0,005% en poids de cobalt et de 0,001 à 0,005% en poids de calcium par rapport au poids total des composants. 2. Acier suivant la revendication 1, caractérisé en ce queleas autres composants sont introduits dans les proportions suivantes (% en poids) : 0,65 à 0,85 de carbone, 0,2 à 0,37 de silicum, 0,3 à 0,7 de manganèse, le reste étant du fer. 3. Acier conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il contient aussi (% en poids) . 0,015 au maximum de phosphore, 0,015 au maximum de soufre 0,05 au maximum de chrome, 0,05 au maximum de nickel, 0,05 au maximum de cuivre, 0,0035 au maximum d'oxygène, 0,0035 au maximum d'azote. 4. tes pièces en coutchouc pour machines, notamment les pneus pour véhicules automobiles, bicyclettes ou avions, caractérisés en ce qu'ils sont armés avec l'acier conforme à l'une des revendications 1 à 3.