Brevet FR2704868A1 — publié le 19941110

La présente invention a pour objet un procédé pour réaliser au défilé un produit en acier profilé notamment filiforme, à partir d'un matériau constitué par exemple par un fil possédant une première section et une première microstructure. La présente invention a également pour objet un produit en acier profilé et notamment un fil obtenus par ce procédé. On connaît différents procédés pour réaliser au défilé un produit en acier profilé et filiforme qui consistent à effectuer un traitement thermomécanique d'un fil possédant une première section et une première microstructure, dans lequel on chauffe, on refroidit et simultanément on étire ledit fil pour obtenir un autre fil possédant une microstructure différente et une section plus faible que le fil de base. Le brevet EP-A-406 237 décrit un procédé de traitement d'un acier par déformation d'un matériau, dans lequel on chauffe, on refroidit rapidement ce matériau et, pendant le cycle de refroidissement, on applique un effort de traction pour réaliser une déformation plastique dudit matériau. Mais, ce procédé génère une structure bainitique. De plus, ce brevet cite l'usage d'aciers à basse teneur en carbone. On connaît également dans le brevet US-A-3 964 938, un procédé dans lequel le matériau est chauffé, refroidi et étiré. Une condition d'équilibre dynamique entraîne une réduction de la section du matériau, la section finale restant constante dans un intervalle de tolérance. La structure obtenue accroît de façon conséquente la résistance à la traction. Il est précisé dans ce document que plusieurs facteurs déterminent la structure finale du matériau, comme par exemple le taux de chauffe, de refroidissement, la vitesse de déformation du matériau, sa composition chimique, le rapport d'allongement matérialisé par un taux de réduction de la section dudit matériau. D'autre part, on sait que dans le domaine du tréfilage des aciers au carbone, la structure métallurgique pour obtenir un produit profilé notamment filiforme de bonne qualité, est une structure dont la perlite est lamellaire et aussi fine que possible, c'est à dire de l'ordre du micron pour la taille de colonie et du dixième de micron pour l'espacement interlamellaire. Une telle st-ucture perlitique est réalisée par un traitement métallurgique au défilé dit patentage dans lequel on maintient le matériau à une température d'environ 550"C après un refroidissement brutal en dessous de la température de total austénitisation Ac3, le matériau pouvant être soit un fil machine, soit un fil préalablement tréfilé. Un refroidissement rapide piloté peut donner également une structure fine. Or, le patentage est uniquement un traitement thermique au défilé, nécessaire au tréfilage et indépendant de celui-ci ce qui entraîne des opérations successives et complexes dans la réalisation de produit tréfilé. L'invention a pour but de proposer un procédé pour réaliser au défilé un produit en acier profilé notamment filiforme avec une formation adaptée de perlite permettant une mise en forme avec un gain de productivité, tout en réduisant en dimension l'installation industrielle de façon conséquente et en assurant au produit obtenu de bonnes propriétés de tréfilage à froid. L'invention a pour objet un procédé pour réaliser au défilé un produit en acier profilé notamment filiforme, selon lequel on effectue un traitement thermomécanique d'un matériau également profilé consistant à chauffer, à refroidir et simultanément à étirer ledit matériau pour obtenir ledit produit possédant une microstructure différente du matériau et une section homothétique plus réduite par rapport à celle dudit matériau profilé, caractérisé en ce que le traitement thermomécanique est un traitement thermomécanique dit d'étirage patentage, dans lequel - on effectue une opération d'austénitisation du matériau profilé en élevant sa température au-dessus de la température de totale austénitisation Ac3 supérieure à 750"C et à une vitesse de chauffage supérieure à 100"C/s, - on trempe le matériau profilé à une température inférieure à la température de totale austénitisation Ac, pour stabiliser la formation de perlite, - on stabilise la température du matériau profilé pour former une microstructure de type perlitique fine, - on refroidit le matériau profilé jusqu'S la température ambiante, - et simultanément au traitement thermique, on exerce une traction mécanique sur le matériau profilé pour réduire la section dudit matériau profilé et obtenir le produit écrouissable à froid. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la vitesse de chauffage est comprise entre 500 et 1500"C/s, - on élève la température entre 850 et 1200"C, et de préférence entre 850 et 1000"C, - la vitesse de trempe est supérieure à 30 C/s, - la réduction de section du matériau est supérieure à 20%, et de préférence comprise entre 30 et 50%, - on effectue au moins un écrouissage primaire sur ledit matériau profilé préalablement au traitement thermomécanique, - le taux d'écrouissage primaire est supérieur à 8%, - on soumet le matériau, après la traction mécanique, à au moins un écrouissage final, - le taux d'écrouissage final est supérieur à 20%. L'invention a également pour objet un produit en acier obtenu par le procédé mentionné ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte une section à axes de symétrie multiples. L'invention a encore pour objet un fil en acier obtenu par le procédé mentionné ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est élaboré à partir d'un acier dit à haut carbone dont la composition pondérale est la suivante - Carbone compris entre 0,35 et 1%, - Manganèse compris entre 0,30 et 1%, - Silicium compris entre 0,15 et 0,50%, - Aluminium compris entre O et 0,05%, - Cuivre compris entre 0 et 0,50%. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique annexée qui représente une courbe montrant un profil de température en fonction du temps de chauffage au cours du procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention permet la réalisation au défilé d'un produit en acier profilé comme par exemple un fil, par un traitement thermomécanique d'un matériau également profilé possédant une première section et une première microstructure pour obtenir ledit produit profilé qui possède une microstructure différente du matériau et une section homothétique plus réduite par rapport à celle dudit matériau profilé, la microstructure dudit produit obtenu permettant un tréfilage final de bonne qualité. Le procédé selon l'invention a pour but l'utilisation de la technique de l'étirage sans filière dans lequel un traitement thermique défini favorise la formation d'une structure perlitique fine qui permet un tréfilage supérieur sur des aciers par exemple du type XC70 et XC80 dont les compositions générales sont les suivantes XC 70 : Carbone compris entre 0,68 et 0,75% Manganèse compris entre 0,60 et 0,90% Silicium compris entre 0,10 et 0,35% XC 80 : Carbone compris entre 0,78 et 0,88% Manganèse compris entre 0,60 et 0,90% Silicium compris entre 0,10 et 0,35%. Dans le domaine du tréfilage des aciers au carbone, la meilleure structure métallurgique pour obtenir de bons résultats en tréfilage est une structure perlitique lamellaire aussi fine que possible, c'est à dire de l'ordre du micron pour la taille de colonie et du dixième de micron pour l'espacement interlaméllaire. D'autre part, les aciers profilés sont généralement soumis à un traitement de patentage au défilé indépendant du tréfilage nécessitant un maintien en température de l'acier vers 550"C après un refroidissement au-dessous de la température de total austénitisation Ac3. Le patentage correspondant à ce traitement thermique donne au métal une structure fine perlitique particulièrement apte au tréfilage. Dans le procédé selon l'invention, le traitement thermomécanique appliqué au matériau profilé permet d'obtenir, d'une part, une réduction de section du matériau et, d'autre part, une structure perlitique particulièrement fine apte au tréfilage. Selon un exemple d'application et en se référant à la figure 1, le procédé selon l'invention consiste à soumettre un matériau profilé en acier de type XC 80 par exemple un fil machine de 5,5mm de diamètre, à un traitement thermomécanique dit d'étirage patentage dans lequel - on effectue une opération d'austénitisation du matériau en élevant sa température au-dessus de la température de totale austénitisation Ac3 supérieure a 800 C et à une vitesse de chauffage supérieure à 300"C/s, - on trempe le matériau profilé à une température inférieure à la température de totale austénitisation Ac3 pour stabiliser la formation de perlite, la vitesse de refroidissement étant supérieure à 50"C/s., - on stabilise la température du matériau profilé pour former une microstructure de type perlitique fine, - on refroidit le matériau profilé jusqu'à la température ambiante, - et simultanément au traitement thermique, on exerce une traction mécanique sur le matériau profilé pour réduire la section dudit matériau profilé et obtenir le profilé écrouissable à froid. La vitesse de chauffage est de préférence comprise entre 500 et 1500"C/s. D'autre part, au cours de l'opération d'austénitisation Ac3 du matériau, on élève la tempera- ture entre 850 et 1200 C, et de préférence entre 850 et 100O0C. La réduction de section du matériau est supérieure à 20% et de préférence comprise entre 30 et 50%. On stabilise la température à 550"C pour la formation de perlite fine. Selon l'exemple, après le traitement thermomécanique, le fil machine de 5,5mm est réduit en section de 30%, la taille des colonies de perlite sont alors d'environ 7,8 microns et sa résistance à la traction peut atteindre une valeur supérieure à 1300 Mpa, soit un accroissement de l'ordre de 200 MPa par rapport au fil machine obtenu par un procédé selon l'état de la technique, et sa striction Z, une valeur supérieure à 60%, soit un accroissement de l'ordre de 20% par rapport à ce même fil machine. Préalablement au traitement thermomécanique, au moins un écrouis sage primaire peut être effectué sur le fil machine, le taux d'écrouissage primaire étant supérieur à 20%. Le fil subit ensuite une opération de tréfilage assurant à celui-ci une réduction de 76% et une caractéristique de résistance en traction supérieure à 1900 Mpa et une striction Z égale à 50%. L'écrouissage préalable, dit primaire, assure une accélération de la cinétique de formation de la perlite. La déformation dans le domaine austénitique assure une accélération de la cinétique de la formation de la perlite lors du maintien de la température à 550"C. Le produit en acier profilé obtenu par ce procédé possède une section à axes de symétrie multiples. D'autre part, le fil en acier obtenu par ce procédé peut être élaboré à partir d'un acier dit à haut carbone dont la composition pondérale est la suivante - Carbone compris entre 0,35 et 1%; - Manganèse compris entre 0,30 et 1%, - Silicium compris entre 0,15 et 0,50%, - Aluminium compris entre 0 et 0,05%, - Cuivre compris entre 0 et 0,50%. Le procédé selon l'invention assure, pour une installation industrielle d'encombrement donné, une augmentation de la productivité ou, pour une productivité donnée, une diminution de l'encombrement de l'installation. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser au défilé un produit en acier profilé notamment filiforme, selon lequel on effectue un traitement thermomécanique d'un matériau également profilé consistant à chauffer, à refroidir et simultanément à étirer ledit matériau pour obtenir ledit produit possédant une microstructure différente du matériau et une section homothétique plus réduite par rapport à celle dudit matériau profilé, caractérisé en ce que le traitement thermomécanique est un traitement thermomécanique dit d'étirage patentage dans lequel - on effectue une opération d'austénitisation du matériau profilé en élevant sa température au-dessus de la température de totale austénitisation Ac3 supérieure à 750"C et à une vitesse de chauffage supérieure à 100 C/s, - on trempe le matériau profilé à une température inférieure à la température de totale austénitisation Ac3 pour stabiliser la formation de perlite, - on stabilise la température du matériau profilé pour former une microstructure du type perlitique fine, - on refroidit le matériau profilé jusqu'à la température ambiante, - et simultanément au traitement thermique, on exerce une traction mécanique sur le matériau profilé pour réduire la section dudit matériau profilé et obtenir le produit écrouissable à froid. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de chauffage est comprise entre 500 et 1500 C/s. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on élève la température entre 850 et 1200"C. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on élève la température entre 850 et 1000 C. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de trempe est supérieure a 30 C/s. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction de section du matériau profilé est supérieure à 20%. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction de section du matériau est comprise entre 30 et 50%. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en outre, on effectue au moins un écrouissage primaire sur ledit matériau profilé préalablement au traitement thermomécanique. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le taux d'écrouissage primaire est supérieur S 8%. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet le matériau, après la traction mécanique, à au moins un écrouissage à froid final. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le taux d'écrouissage final est supérieur à 20 t. 12. Produit en acier profilé obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte une section à axes de symétrie multiples. 13. Fil en acier obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est élaboré à partir d'un acier dit à haut carbone dont la composition pondérale est la suivante - Carbone compris entre 0,35 et 1%, - Manganèse compris entre 0,30 et 1%, - Silicium compris entre 0,15 et 0,50%, - Aluminium compris entre 0 et 0,05%, - Cuivre compris entre 0 et 0,50%.