Brevet FR2684691A1 — publié le 19930611

PROCEDE DE FABRICATION EN CONTINU D'UN FIL EN ACIER EN DEFILEMENT NOTAMMENT D'UN FIL POUR LE RENFORCEMENT DU BETON L'invention concerne la fabrication de fil en acier, notamment de fil pour le renforcement du béton. Pour fabriquer du fil pour le renforcement du béton, il est connu de prendre un acier au carbone-manganèse, de le laminer sur un train à fil, de le tremper dans la "chaude" de laminage en le faisant passer dans une boîte à eau et de le bobiner. La composition chimique exacte et l'intensité de la trempe sont déterminées par l'homme du métier de façon à obtenir les caractéristiques mécaniques voulues et une bonne soudabilité. Cette technique qui est très économique, a 1'inconvénient de ne pas permettre de réaliser des fils de très gros diamètre à hautes caractéritiques. C'est ainsi que pour la qualité Fe E 500 (selon la norme AFNOR NFA 35016) il n'est pas possible de réaliser des fils de diamètre supérieur à 12 mm, parce qu'on ne peut pas les bobiner. Cette technique a également l'inconvénient de ne pas permettre de réaliser des fils à très hautes caractéristiques (c'est-à-dire supérieure à la qualité Fe E 500 ayant une bonne ductilité, même pour des petits diamètres). Or l'évolution des bétons demande des fils de renforcement à très hautes caractéristiques. Pour réaliser des fils de gros diamètre en qualité Fe E 500, il est connu d'utiliser un acier microallié au vanadium, laminé à chaud et bobiné directement sans trempe. On évite la trempe pour permettre le bobinage et pour rendre possible la précipitation du vanadium. Cette technique a l'inconvénient d'être coûteuse du fait de l'addition de vanadium et de plus, même pour les petits diamètres, elle ne permet pas d'obtenir des caractéristiques mécaniques très élevées. L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication de fil en acier, notamment de fil pour le renforcement du béton, qui permette d'obtenir des fils à hautes ou très hautes caractéristiques mécaniques pouvant avoir des gros diamètres et qui soit économique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication en continu d'un fil en acier en défilement, notamment d'un fil pour le renforcement du béton, caractérisée en ce que - on choisit un acier contenant en poids C - on lamine à chaud cet acier sur un train à fil pour obtenir un fil - on effectue sur le fil obtenu une trempe partielle dans la chaude de laminage et on bobine le fil. Conformément à l'invention, on effectue la trempe partielle sur un fil dont la température en fin de laminage est supérieure au point AC3 de l'acier, et de façon que la température du fil au début du bobinage soit supérieur à 500"C. Conformément à une mise en oeuvre avantageuse, la trempe est réalisée en faisant passer le fil dans une boîte à eau L'invention a également pour objet un fil en acier, notamment un fil pour le renforcement du béton, réalisé à l'aide du procédé selon l'invention. La composition chimique du fil comprend, en poids, C Conformément à une réalisation du fil selon l'invention, l'aire de la zone annulaire représente plus de 10 % de l'aire de la section du fil. L'invention permet d'obtenir un fil dont la limite d'élasticité du fil Re est supérieure à 500 MPa et l'allongement Agt supérieur à 4 %. Le diamètre des fils ainsi obtenu peut être supérieur à 12 mm, et même atteindre 14 mm sans poser de difficultés particulières de bobinage. Le fil peut être crénelé L'invention va maintenant être décrite plus en détail au regard de la planche de figures annexée sur laquelle - la figure 1 est un schéma de la sortie d'un train à fil muni d'une boîte à eau et d'une bobineuse - la figure 2 est un schéma d'une coupe transversale d'un fil selon l'invention. Pour réaliser un fil selon l'invention, on prend une billette en acier dont la composition chimique sera définie plus loin, puis on lamine à chaud cette billette sur un train à fil pour obtenir un fil auquel on fait subir une trempe partielle dans la chaude de laminage. Après la trempe, on bobine le fil qu'on laisse alors refroidir à l'air. Pour plus de clarté, on décrira d'abord le procédé de laminage, trempe et bobinage, puis on précisera le choix de la composition chimique et on donnera quelques exemples qui illustrent l'invention. Pour réaliser un fil trempé dans la chaude de laminage, conformément à l'invention, on prend une billette 4 qu'on chauffe à 11800C dans un four 6 environ et qu'on lamine à l'aide d'un train à fil muni d'une boîte à eau de refroidissement. Un tel train à fil connu en lui-même comporte une pluralité 1 de cages de laminage successives dans lesquelles le produit se déplace dans le sens de la flèche. En sortie des cages de laminage successives est disposée une bote à eau 2 connue en elle-même qui est une enceinte munie de gicleurs alimentés en eau, d'une évacuation d'eau et de deux orifices d'entrée-sortie pour le passage du fil. Le fil 7 traverse la boîte à eau en passant à travers les orifices. En aval de la boîte à eau et à une certaine distance de celle-ci est placé un dispositif de bobinage 3 dans lequel le fil pénètre pour être bobiné. Dans les cages de laminage, la billette est progressivement transformée en fil qui à la sortie de la dernière cage présente alors une température T1. L'opérateur règle les conditions de laminage, en particulier la vitesse de défilement du fil, pour que la température T1 soit supérieure au point AC3 de l'acier, par exemple supérieure à 9000C de telle sorte que le fil ait une structure austénitique. En sortie des cages de laminage, le fil pénètre dans la boîte à eau puis en ressort. Pendant la traversée de la boîte à eau, la surface du fil est arrosée par l'eau des gicleurs et vigoureusement refroidie. En sortie de la boîte à eau, la surface du fil et le fil sur une certaine profondeur sont froids, mais le coeur du fil est resté chaud. L'opérateur règle l'intensité de l'arrosage pour que la température de surface ou au voisinage de la surface à la sortie de la boîte à eau soit inférieure au point M5 de début de transformation martensitique de façon à réaliser une trempe. De la sorte, en sortie de la boîte à eau, le fil, sur une certaine profondeur sous la surface a une structure trempée, c'est-à-dire martensitique ou éventuellement bainitique, par contre à coeur, le fil a une structure non trempée, par exemple austénitique. Pendant le trajet entre la boîte à eau et le dispositif de bobinage, le coeur du fil qui est chaud, réchauffe la partie externe qui a été trempée, ce qui provoque un revenu de la partie trempée. Le réchauffage de la partie trempée fait remonter la température de la surface du fil jusqu'à une température T2. Cette température détermine la facilité de bobinage. Pour que le bobinage soit possible il est souhaitable que T2 soit supérieur à 500"C et de préférence 600"C, en particulier lorsque le diamètre du fil est gros, c'est-à-dire supérieur à 10 mm. Pendant et après le bobinage, le fil se refroidit à l'air lentement. Ce refroidissement provoque une transformation progressive de la structure du coeur du fil qui devient ferritique. On obtient ainsi un fil 7 dont une section droite comprend, comme le montre la figure 2, une zone annulaire 5 externe ayant une structure trempée revenue, c'est-à-dire martensitique ou bainitique ou mixte martensite/bainite revenue, et une zone centrale 6 ferritique. Pour ajuster les caractéristiques mécaniques de traction du fil, on peut agir sur l'intensité de la trempe en fixant par exemple le nombre de gicleurs en service ou l'intensité du débit d'eau, mais il faut également choisir la composition chimique de l'acier pour avoir une trempabilité adaptée et des caractéristiques mécaniques des différentes structures suffisantes. Il faut également choisir la composition chimique pour que l'acier soit soudable. Pour cela, conformément à l'invention il faut que le carbone équivalent Ceq soit inférieur à 0,45%, avec Ceq= C + Mn + Cu+Ni+V + Cr + Mo 6 5 15 et on choisit un acier contenant - moins de 0,22% de C, car au-delà l'acier n'est plus soudable - moins de 0,5% de Si, car au-delà l'acier est difficilement soudable - moins de 1,5% de Mn, car au-delà la ductibilité baisse de façon importante - au moins un élément de microalliage tel que le vanadium, ou le niobium, ou une combinaison de ces deux éléments ; la teneur en ces éléments de microalliage est telle que V, ou Nb, ou V+Nb > 0,01% pour obtenir un effet durcissant, et V, ou Nb, ou V+Nb Avec de tels aciers trempés dans la chaude de laminage on peut réaliser des fils à hautes caractéristiques et bobinables même en gros diamètre. En effet, on a constaté de façon inattendue que, dans les conditions particulières de cycle thermique de la trempe partielle dans la chaude de laminage, qui vient d'être décrite, le vanadium forme des précipités durcissants. Selon la pratique antérieure, les aciers au vanadium sont bobinés à une température supérieure à 900"C de façon à ce qu'ils soient austénitiques avec du vanadium en solution, qu'au cours du refroidissement lent qui suit le bobinage la transformation en ferrite s'accompagne de précipitation de vanadium. Dans la technique selon l'invention, le fil est à une température beaucoup plus basse au moment du bobinage en raison de la trempe partielle préalable ce qui correspond à des conditions très différentes pour la précipitation du vanadium. Le durcissement qu'on constate et qui provient du vanadium permet, pour un diamètre de fil donné, de moins tremper qu'avec un acier sans vanadium et ainsi d'obtenir des températures d'entrée au bobinage plus élevées et compatibles par exemple avec le bobinage de fils de gros diamètre. Sur des fils de petit diamètre qui peuvent être trempés énergiquement, l'addition de vanadium permet d'augmenter les caractéristiques mécaniques et les amener à des niveaux inaccessibles par la technique selon la pratique antérieure. Les fils fabriqués par ce procédé sont soit des fils lisses, soit des fils crénelés. En effet, les fils pour le renforcement- du béton sont généralement crénelés et le procédé de trempe dans la chaude de laminage par boîte à eau se trouve être adapté aux fils crénelés. A titre d'exemple, on a réalisé un fil de diamètre 14 mm dont la composition était C = 0,18 % Si = 0,24 % Mn = 0,98 % V = 0,042 % avec en outre des impuretés et des résiduels P = 0,025 % S = 0,036 % Cu = 0,31 % Cr = 0,12 % Ni = 0,12 % Mo = 0,025 % le carbone équivalent Ceg % était 0,447 %, la température d'entrée T1 dans la boite à eau était de 950"C, et la température d'entrée au bobinage T2 > 650"C. L'aire de la zone trempée représentait 15 % de pilaire de la section du fil. Ce fil avait les caractéristiques mécaniques suivantes - limite d'élasticité Re = 564 MPa - résistance à la traction R = 687 MPa - allongement Agt > 5 % Ce sont des caractéristiques conformes à la qualité FE E 500. Il est à noter que en diamètre 14 mm, il n'est pas possible de fabriquer la qualité Fe E 500 par trempe d'un acier sans vanadium ; cela n'est possible que pour des fils de diamètre inférieur ou égal à 12 mm. A titre de comparaison, pour fabriquer un fil de 14 mm en Fe E 500 sans trempe on utilise un acier contenant C = 0,17 % Si = 0,28 % Mn = 1 % V = 0,086 % avec en outre des impuretés et des résiduels P = 0,025 % S = 0,033 % Cu = 0,3 % Cr = 0,12 % Ni = 0,11 % Mo = 0,023 % la température d'arrivée au bobinage est d'environ 900"C les caractéristiques mécaniques sont Re = 545 MPa R = 681 MPa Il faut remarquer que cet acier contient 0,086 % de vanadium alors que l'acier trempé selon l'invention contient seulement 0,042 % de vanadium, soit moitié moins. On a également réalisé des fils à très hautes caractéristiques par le procédé selon l'invention. Par exemple on a fabriqué un fil de diamètre 8 mm, dont la composition chimique était C = 0,19 % Si = 0,35 % Mn = 1,12 % V = 0,082 % le reste étant du fer, des impuretés et des résiduels résultant de la fusion des ferrailles. Avec une température d'entrée dans la boite à eau de 950"C, une température d'entrée au bobinage supérieure à 600"C, une aire de zone trempée réprésentant plus de 30 % de l'aire de la section du fil, on a obtenu les caractéristiques mécaniques suivantes Re = 781 MPa R = 885 MPa Agt > 8 % alors qu'avec un acier non trempé contenant 0,15 % de vanadium, 0,2 de C, 0,35 % Si et 1,2 % de Mn on obtient des caractéristiques mécaniques Re R On remarquera que le choix de la composition chimique et de l'intensité de la trempe est très varié ce qui permet à l'homme de métier d'obtenir une large gamme de qualité de fils. En fin cette technique s'applique plus particulièrement à des fils de diamètre supérieur à 6 mm. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication en continu d'un fil en acier en défilement, notamment d'un fil pour le renforcement du béton caractérisé en ce que - on choisit un acier contenant en poids C - on lamine à chaud cet acier sur un train à fil pour obtenir un fil - on effectue sur le fil obtenu une trempe partielle dans la chaude de laminage ; - et on bobine le fil. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température du fil en fin de laminage est supérieure au point AC3 de l'acier. 3) Procédé selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la température du fil au début du bobinage est supérieure à 500"C. 4) Fil en acier, notamment un fil pour le renforcement du béton, réalisé à l'aide du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que sa composition chimique comprend, en poids, C 5) Fil selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'aire de la zone annulaire (5) représente plus de 10 % de l'aire de la section du fil. 6) Fil selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le diamètre du fil est supérieur à 6 mm. 7) Fil selon les revendications 4 à 6 caractérisé en ce que la limite d'élasticité du fil est supérieure à 500 MPa et l'allongement Agt est supérieur à 4 %. 8) Fil selon la revendication 7 caractérisé en ce que le diamètre du fil est supérieur à 12 mm. 9) Fil selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 caractérisé en ce qu'il est crénelé.