Brevet FR3013736A1 — publié le 20150529

- 1 - [1] L'invention concerne un procédé de tréfilage d'un fil en acier ainsi qu'un fil en acier, notamment pour pneumatique. [2] Un pneumatique à armature de carcasse, par exemple radiale, comprend une bande de roulement, deux bourrelets inextensibles, deux flancs reliant les bourrelets à la bande de roulement et une armature de sommet, disposée circonférentiellement entre l'armature de carcasse et la bande de roulement. [3] L'armature de sommet et/ou de carcasse comprend une ou plusieurs nappes de caoutchouc, éventuellement renforcées par des éléments de renforcement ou renforts tels que des fils unitaires métalliques ou des câbles métalliques provenant de l'assemblage de plusieurs fils unitaires métalliques. Les renforts métalliques sont en acier. [4] L'armature de sommet est généralement constituée d'au moins deux nappes de sommet superposées, dites parfois nappes "de travail" ou nappes "croisées", dont les câbles de renforcement, en général métalliques, sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres à l'intérieur d'une nappe, mais croisés d'une nappe à l'autre, c'est-à-dire inclinés, symétriquement ou non, par rapport au plan circonférentiel médian, d'un angle qui est généralement compris entre 10° et 45° selon le type de pneu considéré. Les nappes croisées peuvent être complétées par diverses autres nappes ou couches de caoutchouc auxiliaires, de largeurs variables selon les cas, comportant ou non des renforts. On citera à titre d'exemple de simples coussins de gomme, des nappes dites "de protection" chargées de protéger le reste de l'armature de sommet des agressions externes, des perforations, ou encore des nappes dites "de frettage" comportant des renforts orientés sensiblement selon la direction circonférentielle (nappes dites "à zéro degré"), qu'elles soient radialement externes ou internes par rapport aux nappes croisées. [5] Toutefois, ces renforts métalliques contribuent de façon significative à la masse du pneumatique que l'on souhaite alléger le plus possible, en améliorant, si possible, leur résistance mécanique. [6] Une première solution consiste à augmenter le taux en masse d'éléments de l'acier, par exemple de carbone, à hauteur de 0,9 %, voire plus, ce qui permet d'augmenter la résistance mécanique des fils, donc d'en réduire le diamètre et/ou la densité dans les nappes de renfort, et ainsi d'alléger le pneumatique. On obtient un pneumatique allégé mais présentant une endurance relativement modeste. En effet, les renforts métalliques sont plus sensibles à la fatigue et à la corrosion du fait de l'utilisation de taux de carbone en masse relativement élevé. [7] Afin de fabriquer de tels fils, on réalise une première série ininterrompue P10-3184_FR - 2 - d'étapes de tréfilage du fil d'un diamètre D vers un diamètre d'. Puis, on traite thermiquement le fil de diamètre d' en chauffant le fil au-delà de la température d'austénitisation de l'acier puis en refroidissant le fil à une vitesse permettant d'obtenir une microstructure prédéterminée de l'acier. Ensuite on réalise une deuxième série ininterrompue d'étapes de tréfilage du fil de diamètre d' vers un diamètre d. En outre, préalablement à la deuxième série ininterrompue d'étapes de tréfilage, le procédé comprend une étape de revêtement par dépôts successifs d'une première couche de cuivre puis d'une deuxième couche de zinc ainsi qu'une étape de thermodiffusion du cuivre dans la deuxième couche et du zinc dans la première couche. Une telle étape de thermodiffusion est effectuée à environ 540°C ce qui peut provoquer une globulisation de la microstructure de l'acier, notamment lorsque celle-ci est ferritoperlitique, et rendre les étapes de tréfilages ultérieures impossibles à une échelle industrielle. [008] Une deuxième solution consiste à utiliser des aciers comprenant un taux en masse élevé de chrome, par exemple décrits dans EP0648891. De tels aciers, généralement appelés aciers inoxydables, permettent d'atteindre une résistance mécanique relativement élevée ainsi qu'une résistance à la corrosion élevée du fait de la présence de chrome dans l'acier. Toutefois, le coût des aciers inoxydables est très élevé en raison de l'utilisation d'un taux élevé en masse de chrome. [009] L'invention a pour but de fournir un renfort métallique moins sensible à la fatigue et à la corrosion, peu coûteux et facile à tréfiler à une échelle industrielle. [010] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de tréfilage d'un fil d'acier dans lequel le fil présente un taux de carbone en masse C tel que 0,05 % C 3. De préférence c' 5. [028] Dans certains modes de réalisation, c' k 3,5, plus préférentiellement c' k 4 et encore plus préférentiellement c' k 4,5. Dans certains autres modes de réalisation, c' 4 et de préférence c' 3,5. [029] Dans un mode de réalisation, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle e=2.In (D/d') est telle que c k 2. De préférence c 5. [30] Dans certains modes de réalisation, de préférence dans ceux pour lesquels c' k 4 et plus préférentiellement c' k 4,5, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle e=2.In (D/d') est telle que c 3, de préférence c Cependant le noir de carbone peut bien entendu être utilisé en coupage avec des charges renforçante et en particulier d'autres charges inorganiques. De telles charges inorganiques comprennent de la silice, notamment des silices hautement dispersibles, par exemple les silices Ultrasil 7000 et Ultrasil 7005 de la société Degussa. [63] Enfin, l'homme du métier comprendra qu'à titre de charge équivalente de la charge inorganique renforçante décrite dans le présent paragraphe, pourrait être utilisée une charge renforçante d'une autre nature, notamment organique, dès lors que cette charge renforçante serait recouverte d'une couche inorganique telle que silice, ou bien comporterait à sa surface des sites fonctionnels, notamment hydroxyles, nécessitant l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre la charge et l'élastomère. [64] A la charge renforçante peuvent être également ajoutés, selon l'application visée, des charges inertes (non renforçantes) telles que particules d'argile, bentonite, talc, craie, kaolin, utilisables par exemple dans des flancs ou des bandes de roulement de pneumatiques colorés. [065] La matrice en caoutchouc peut comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d'élastomères destinées à la fabrication de pneumatiques, comme par exemple des plastifiants ou des huiles d'extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non-aromatique, des pigments, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des résines renforçantes, des accepteurs (par exemple résine phénolique novalaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3M) tels que décrits par exemple dans la demande WO 02/10269 (ou US2003-0212185). [66] La matrice en caoutchouc comprend également un système de vulcanisation à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde et/ou de bismaléimides, des accélérateurs de vulcanisation, des activateurs de vulcanisation. [67] Le système de vulcanisation proprement dit est préférentiellement à base de soufre et d'un accélérateur primaire de vulcanisation, en particulier d'un accélérateur du type sulfénamide, tel que choisi dans le groupe constitué par disulfure de 2- mercaptobenzothiazyle (M BTS), N-cyclohexyl-2-benzothiazyle sulfénamide (CBS), N,N-dicyclohexy1-2-benzothiazyle sulfénamide (DCBS), N-ter-butyl-2-benzothiazyle P10-3184_FR - 9 - sulfénamide (TBBS), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénimide (TBSI) et les mélanges de ces composés. [068] L'invention a pour autre objet un pneumatique comprenant au moins un fil tel que défini ci-dessus. [069] De préférence, le pneumatique est destiné à des véhicules de tourisme, des véhicule industriels choisis parmi des camionnettes, véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, aéronef, autres véhicules de transport ou de manutention. Plus préférentiellement, le pneumatique est destiné à des véhicules lourds, engins agricoles ou de génie civil, aéronef, autres véhicules de transport ou de manutention. [070] De préférence, le fil est destiné à renforcer une armature de sommet et/ou de carcasse de pneumatique. Plus préférentiellement, le fil est destiné à renforcer une armature de carcasse de pneumatique. [071] De préférence, le pneumatique est pour un véhicule de type poids-lourd comprenant une armature de carcasse comprenant au moins un fil tel que décrit ci-dessus. [072] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins dans lesquels : - la figure 1 une vue en coupe perpendiculaire à la direction circonférentielle d'un pneumatique selon l'invention; - la figure 2 est un diagramme illustrant des étapes d'un procédé de tréfilage selon l'invention. 25 [73] EXEMPLE DE PNEUMATIQUE SELON L'INVENTION [74] On a représenté sur la figure 1 un pneumatique comprenant des fils obtenus par le procédé selon l'invention et désigné par la référence générale 10. [75] Le pneumatique 10 comporte un sommet 12 renforcé par une armature de 30 sommet 14, deux flancs 16 et deux bourrelets 18, chacun de ces bourrelets 18 étant renforcé avec une tringle 20. Le sommet 12 est surmonté d'une bande de roulement non représentée sur cette figure schématique. Une armature de carcasse 22 est enroulée autour des deux tringles 20 dans chaque bourrelet 18 et comprend un retournement 24 disposé vers l'extérieur du pneumatique 10 qui est ici représenté 35 monté sur une jante 26. [76] L'armature de carcasse 22 est de manière connue en soi constituée d'au P10-3184_FR -10- moins une nappe renforcée par des fils ou des câbles. Ces fils ou câbles de l'armature de carcasse sont dits "radiaux", c'est-à-dire que ces fils ou câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 18 et passe par le milieu de l'armature de sommet 14). [77] L'armature de sommet 14 comporte au moins une nappe renforcée par des fils ou des câbles conformes à l'invention. Dans cette armature de sommet 14 schématisée de manière très simple sur la figure 1, on comprendra que les fils ou câbles de l'invention peuvent par exemple renforcer tout ou partie des nappes sommet de travail, ou des nappes (ou demi-nappes) sommet de triangulation et/ou des nappes sommet de protection, lorsque de telles nappes sommet de triangulation ou de protection sont utilisées. Outre les nappes de travail, celles de triangulation et/ou de protection, l'armature de sommet 14 du pneumatique de l'invention peut bien entendu comporter d'autres nappes sommet, par exemple une ou plusieurs nappes sommet de frettage. [78] Bien entendu, le pneumatique 10 comporte en outre de manière connue une couche de gomme ou élastomère intérieure (communément appelée "gomme intérieure") qui définit la face radialement interne du pneumatique et qui est destinée à protéger l'armature de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique. Avantageusement, en particulier dans le cas d'un pneumatique pour véhicule Poids-lourd, il peut comporter en outre une couche élastomère intermédiaire de renfort qui est située entre l'armature de carcasse et la couche intérieure, destinée à renforcer la couche intérieure et, par conséquent, l'armature de carcasse, également destinée à délocaliser partiellement les efforts subis par l'armature de carcasse. [79] Le pneumatique est fabriqué par assemblage des différents éléments décrits ci-dessus présents sous forme d'éléments semi-finis comprenant une matrice de caoutchouc dans laquelle sont noyés les fils ou les câbles. [80] EXEMPLE DE CABLE SELON L'INVENTION [81] Dans le cas où l'armature de sommet et/ou de carcasse est renforcée par des câbles, ceux-ci sont fabriqués par assemblage de plusieurs fils d'acier conformes à l'invention, soit par câblage, soit par retordage. [82] Dans le cas d'un pneumatique pour des véhicules industriels choisis parmi des P10-3184_FR camionnettes, des véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, aéronef, autres véhicules de transport ou de manutention, l'armature de sommet et/ou de carcasse est renforcée par des câbles conformes à l'invention notamment choisis parmi les câbles à couches de structure 1+3+8, 1+6+11, 1+6+12, 2+7, 3+8, 3+9, 3+9+15 et les câbles à torons de structure 3 x (1+5), (1+6) x (3+8), (1+6) x (3+9+15), (1+6) x (4+10+16). D'autres câbles pouvant renforcer l'armature de sommet et/ou de carcasse sont également décrits dans le document WO 2010/139583. [083] Dans le cas d'un pneumatique pour des véhicules de tourisme, l'armature de sommet et/ou de carcasse est renforcée par des câbles conformes à l'invention et notamment choisis parmi les câbles de structure 2+1, 2+2, 2+4 et 4x3. [084] Les câbles conformes à l'invention peuvent être gommés in situ, comme cela est décrit, entre autres, dans le document WO 2010/139583. [085] L'armature de sommet et/ou de carcasse peut également être renforcée par un ou plusieurs fils unitaires conformes à l'invention mais non assemblés. [86] EXEMPLE DE FIL SELON L'INVENTION [87] Le fil est en acier, c'est-à dire qu'il est constitué majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50% en masse) ou intégralement (pour 100% en masse) d'acier. [88] La microstructure de l'acier est choisie parmi la ferrite, la perlite et les mélanges de ces microstructures. Le fil est préférentiellement en acier ferritoperlitique. L'acier utilisé comprend un taux de carbone C, exprimé en %, en masse d'acier tel que 0,05 % C Chaque étape 7001 à 700, est une étape de tréfilage en milieu humide dans laquelle on fait passer le fil dans une filière de diamètre inférieur au diamètre du fil en amont de la filière. Ainsi, le fil présente un diamètre en aval de la filière inférieur au diamètre en amont de la filière. Le diamètre de chaque filière est inférieur au diamètre de la filière située en amont. Pour la deuxième série ininterrompue d'étapes de tréfilage en milieu humide du fil du diamètre intermédiaire d' vers le diamètre final d, on définit la déformation rationnelle c'=2.1n(d/d). P10-3184_FR -15- [0116] En variante, on réalisera les étapes 7001 à 700, en milieu sec. [0117] Des moyens de traction du fil positionnés en aval de chaque filière, ici des cabestans à étages, permettent d'exercer une force de traction suffisante pour tirer le fil à travers chaque filière. Les moyens de tractions et les filières sont immergés dans un bain liquide de lubrifiant de tréfilage, par exemple tel que décrit dans le document WO 2008/113481. [0118] Le procédé de tréfilage comprend ainsi N séries ininterrompues d'étapes de tréfilage, par exemple une en milieu sec et une en milieu humide. Ici N=2. Ainsi, on peut définir la déformation rationnelle totale pour le procédé de tréfilage Cr=2.1n(D/d). [0119] Ainsi, le procédé comprend une ou plusieurs étapes intermédiaires entre les première et deuxième séries ininterrompues d'étapes 4001 - 400,, 7001 - 700, de tréfilage du fil. Lors de la ou de chacune de ces étapes intermédiaires, le fil présente une température inférieure ou égale à 300°C. Ici, le procédé comprend une seule étape intermédiaire, ici l'étape de revêtement 600, durant laquelle le fil présente une température comprise entre 15°C et 300°C et de préférence entre 15°C et 200°C. [0120] La ou les étapes intermédiaires ne comprennent pas d'étape de thermodiffusion de chaque premier et deuxième métal respectivement dans la deuxième et la première couche, ici du cuivre dans la deuxième couche et de zinc dans la première couche. [0121] La ou les étapes intermédiaires ne comprennent pas non plus d'étape de chauffage de l'acier au-delà de sa température d'austénitisation. [0122] On a rassemblé dans le tableau 2 différentes valeurs des caractéristiques des fils selon l'invention et de l'état de la technique. EDT1 EDT2 F1 F2 F3 C (%) 0,71 0,585 0,21 0,21 0,21 d' (mm) 1 1,3 1,75 0,75 1,30 d (mm) 0,18 0,18 0,18 0,15 0,15 E 2,6 2,8 2,3 4,0 2,9 E. 3,6 4 4,5 3,2 4,3 ET 6,2 6,8 6,8 7,2 7,2 Tableau 2 P10-3184_FR -16- [0123] On notera que la déformation rationnelle e'=2.In (d'/d) est telle que 3 REVENDICATIONS1. Procédé de tréfilage d'un fil d'acier (F1 ; F2 ; F3), caractérisé en ce que le fil (F1 ; F2; F3) présente un taux de carbone en masse C tel que 0,05 % C 2. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel d' est supérieur ou égal à 0,5 mm,de préférence à 1 mm et plus préférentiellement 1,3 mm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel d' est inférieur ou égal à 2,5 mm, de préférence à 2,2 mm et plus préférentiellement à 2 mm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel est choisie parmi la ferrite, la perlite et les mélanges de ces microstructures. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on réalise la première série ininterrompue d'étapes (4001 - 400,) de tréfilage du fil du diamètre D vers le diamètre d' en milieu sec. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on réalise la deuxième série ininterrompue d'étapes (7001 - 700,) de tréfilage du fil du diamètre d' vers le diamètre d en milieu humide. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel d' et d étant exprimés en mm, la déformation rationnelle c'=2.1n (d'/d) est telle que c' > 3. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel d' et d étant exprimés en mm, la déformation rationnelle c'=2.1n (d'/d) est telle que c' 5. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel d' et d étant exprimés en mm, la déformation rationnelle c'=2.1n (d'/d) est telle que c' 3,5, de préférence c' k 4 et plus préférentiellement c' k 4,5. P10-3184_FR-19- 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel d' et d étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E'=2.In (d'/d) est telle que c' 4, de préférence c' 3,5. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E=2.In (D/d') est telle que E k 2. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E=2.In (D/d') est telle que e 5. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E=2.In (D/d') est telle que c 3, de préférence c 2,75 et plus préférentiellement c 2,5. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E=2.In (D/d') est telle que c k 3, de préférence c k 3,5 et plus préférentiellement c k 4. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, D et d étant exprimés en mm, la déformation rationnelle ET=2.In (D/d) est telle que ET k 6,5, de préférence ET k 6,75, plus préférentiellement ET k 7,2. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ET 8. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel D est supérieur ou égal à 4 mm, de préférence à 5 mm. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou les étapes intermédiaires ne comprennent pas d'étape de chauffage de l'acier au-delà de sa température d'austénitisation. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou les étapes intermédiaires comprennent une étape de revêtement (600) du fil de diamètre d' d'au moins une couche métallique. 20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel l'étape de revêtement du fil de diamètre d' est choisie parmi une étape de dépôt d'une couche d'un alliage de métaux sensiblement purs, une étape de dépôt d'une première couche d'un premier métal sensiblement pur suivie d'une étape de dépôt d'une deuxième couche d'un deuxième métal sensiblement pur, une étape de dépôt d'une couche d'un métal sensiblement pur. 21. Procédé selon la revendication 19 ou 20, dans lequel l'étape de revêtement du fil de diamètre d' comprenant une étape de dépôt d'une première couche d'un premier métal sensiblement pur suivie d'une étape de dépôt d'une P10-3184_FR-20- deuxième couche d'un deuxième métal sensiblement pur, la ou les étapes intermédiaires ne comprennent pas d'étape de thermodiffusion de chaque premier et deuxième métal respectivement dans la deuxième et la première couche. 22. Fil (F1 ; F2; F3) d'acier de diamètre d exprimé en mm, caractérisé en ce que le fil (F1 ; F2; F3) présente un taux de carbone en masse C tel que 0,05 % C 23. Fil (F1 ; F2; F3) selon la revendication 22, présentant un taux de carbone en masse C tel que 0,07 % C 0,3 %, de préférence 0,1 % C 0,3 % et plus préférentiellement 0,15 % C 0,25 %. 24. Fil (F1 ; F2; F3) selon l'une quelconque des revendications 22 ou 23, dans lequel A=1025, de préférence A=1175 et plus préférentiellement A=1465. 25. Fil (F1 ; F2; F3) selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, dans lequel R k 1500 MPa, de préférence R k 2000 MPa et plus préférentiellement R 2500 MPa. 26. Fil (F1 ; F2; F3) selon l'une quelconque des revendications 22 à 25, dans lequel d est supérieur ou égal à 0,10 mm et de préférence à 0,12 mm. 27. Fil (F1 ; F2; F3) selon l'une quelconque des revendications 22 à 26, dans lequel d est inférieur ou égal à 0,40 mm, de préférence à 0,25 mm, plus préférentiellement à 0,23 mm et encore plus préférentiellement à 0,20 mm. 28. Câble (01 ; C2), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs fils (F1 ; F2 ; F3 ; F4) selon l'une quelconque des revendications 22 à 27. 29. Elément semi-fini (14, 22), caractérisé en ce qu'il comprend une matrice en caoutchouc dans lequel est noyé au moins un fil (F1 ; F2; F3) selon l'une quelconque des revendications 22 à 27. 30. Pneumatique (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un fil (F1 ; F2; F3) selon l'une quelconque des revendications 22 à 27. P10-3184_FR