Brevet FR3035412A1 — publié le 20161028

- 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 100 et 450 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 (Yo, 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. P10-3589_FR 3035412 - 2 - [007] Afin de fabriquer de tels fils, on réalise une première série ininterrompue 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 5 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 10 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. 15 [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 20 élevé en raison de l'utilisation d'un taux élevé en masse de chrome. [9] 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. [10] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de tréfilage d'un fil d'acier présentant une microstructure intégralement ferritique, un mélange de ferrite et de 25 cémentite ou un mélange de ferrite et de perlite et dans lequel le fil présente un taux de carbone en masse C tel que C 3. De préférence c' 5. P10-3589_FR 3035412 - 6 - [35] Dans certains modes de réalisation, E' k 3,5, plus préférentiellement E' k 3,7 et encore plus préférentiellement E' k 4. Dans certains autres modes de réalisation, e' 4,7 et de préférence e' 4,5. [36] Dans un mode de réalisation, D et d' étant exprimés en mm, la déformation 5 rationnelle e=2.In (D/d') est telle que E k 2. De préférence e 5. [37] Dans certains modes de réalisation, de préférence dans ceux pour lesquels k 4 et plus préférentiellement E' k 4,5, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle e=2.In (D/d') est telle que e 4, de préférence e 3,5 et plus préférentiellement e 3. 10 [038] Dans d'autres modes de réalisation, de préférence dans ceux pour lesquels e' 4,7, et plus préférentiellement dans ceux pour lesquels e' 4,5, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle e=2.In (D/d') est telle que E k 2,3, de préférence E k 2,5 et plus préférentiellement E k 2,7. [39] Ainsi, on limite le tréfilage du fil depuis le diamètre D vers le diamètre d' ce qui 15 permet d'écrouir suffisamment le fil lors de la deuxième série ininterrompue d'étapes de tréfilage du fil du diamètre d' vers le diamètre d pour augmenter sa contrainte mécanique avant rupture R. [40] De préférence, D et d étant exprimés en mm, la déformation rationnelle eT=2.In (D/d) est telle que eT k 6, de préférence eT k 6,5 et plus préférentiellement eT k 7. 20 [041] Dans des modes de réalisation préférés, eT 8. [42] De façon optionnelle, D est supérieur ou égal à 4 mm, de préférence à 5 mm. [43] De préférence, la ou les étapes intermédiaires ne comprennent pas d'étape de chauffage de l'acier au-delà de sa température d'austénitisation. [44] Ainsi, la ou les étapes intermédiaires ne comprennent pas d'étape appelée 25 généralement étape de traitement thermique au cours de laquelle on chauffe le fil au- delà de sa température d'austénitisation pour obtenir une microstructure austénitique puis on refroidit le fil pour obtenir une microstructure prédéterminée. La température d'austénitisation est généralement comprise entre 700 et 900 °C. [45] Dans un mode de réalisation préféré, la ou les étapes intermédiaires 30 comprennent une étape de revêtement du fil de diamètre d' d'au moins une couche métallique. [46] De préférence, 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 35 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. P10-3589_FR 3035412 - 7 - [47] Par métal sensiblement pur, on entend un métal comprenant au moins 90%, de préférence au moins 95% et préférentiellement au moins 99% d'un unique élément chimique métallique. Par un alliage de métaux sensiblement purs, on entend un mélange d'au moins deux métaux distincts, chaque métal étant sensiblement pur, et 5 constituant à eux deux plus de 50 % en masse de l'alliage. Ainsi, un alliage peut comprendre des additifs apportant des propriétés spécifiques à l'alliage en fonction de son utilisation. [48] Par exemple, l'étape de dépôt d'une couche d'un alliage de métaux sensiblement purs peut être une étape de dépôt d'une couche de l'alliage, par 10 exemple du laiton ou du bronze. Ce type d'étape de dépôt est généralement appelé co-dépôt car on dépose simultanément les métaux sensiblement purs constituants l'alliage à partir de pépites de l'alliage. [49] Par exemple, les métaux sensiblement purs sont sélectionnés parmi le cuivre, le zinc, l'étain, l'aluminium, le cobalt et le nickel et de préférence parmi le cuivre, le 15 zinc et l'étain. [50] Dans un mode de réalisation préféré, 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 deuxième couche d'un deuxième métal sensiblement pur, la ou les étapes intermédiaires ne comprennent pas d'étape 20 de thermodiffusion de chaque premier et deuxième métal respectivement dans la deuxième et la première couche. [51] L'invention a également pour objet un fil d'acier de diamètre d exprimé en mm, présentant une microstructure intégralement ferritique, un mélange de ferrite et de cémentite ou un mélange de ferrite et de perlite et présentant un taux de carbone en 25 masse C tel que 0 REVENDICATIONS1. Procédé de tréfilage d'un fil d'acier (F1 ; F2) présentant une microstructure intégralement ferritique, un mélange de ferrite et de cémentite ou un mélange de ferrite et de perlite, caractérisé en ce que le fil (F1 ; F2) présente un taux de carbone en masse C tel que 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 on réalise la première série ininterrompue d'étapes (4001 - 400,) de tréfilage du fil du diamètre D vers le diamètre d' en milieu sec. 5. 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. 6. 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. 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' 5. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 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 3,7 et plus préférentiellement c' k 4. P10-3589_FR 3035412 - 20 - 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel d' et d étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E'=2.In (d'/d) est telle que E' 4,7 de préférence E' 4,5. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 5 lequel D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E=2.In (D/d') est telle que E k 2. 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 5. 10 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E=2.In (D/d') est telle que e 4 de préférence e 3,5 et plus préférentiellement e 3. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel, D et d' étant exprimés en mm, la déformation rationnelle E=2.In (D/d') est telle que E 15 2,3, de préférence E k 2,5 et plus préférentiellement E k 2,7. 14. 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, de préférence ET k 6,5, plus préférentiellement ET k 7. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ET 8. 20 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel D est supérieur ou égal à 4 mm, de préférence à 5 mm. 17. 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. 25 18. 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. 19. Procédé selon la revendication 18, 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 30 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. 20. Procédé selon la revendication 19 ou 20, dans lequel l'étape de 35 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 P10-3589_FR 3035412 - 21 - 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. 21. Fil (F1 ; F2) d'acier de diamètre d exprimé en mm et présentant une 5 microstructure intégralement ferritique, un mélange de ferrite et de cémentite ou un mélange de ferrite et de perlite, caractérisé en ce que le fil (F1 ; F2) présente un taux de carbone en masse C tel que 0 22. Fil ( Fi; F2) selon la revendication 21, présentant un taux de carbone en masse C tel que 0,01 % C 23. Fil (F1 ; F2) selon l'une quelconque des revendications 21 ou 22, dans lequel A=400, de préférence A=600 et plus préférentiellement A=700. 24. Fil (F1 ; F2) selon l'une quelconque des revendications 21 à 23, dans 15 lequel R k 1000 MPa, de préférence R k 1600 MPa et plus préférentiellement R 1800 MPa. 25. Fil (F1 ; F2) selon l'une quelconque des revendications 21 à 24, dans lequel d est supérieur ou égal à 0,10 mm et de préférence à 0,12 mm. 26. Fil (F1 ; F2) selon l'une quelconque des revendications 21 à 25, dans 20 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. 27. Câble (01 ; 02), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs fils (F1 ; F2) selon l'une quelconque des revendications 21 à 26. 28. Elément semi-fini (14, 22), caractérisé en ce qu'il comprend une matrice 25 en caoutchouc dans lequel est noyé au moins un fil (F1 ; F2) selon l'une quelconque des revendications 21 à 26. 29. Pneumatique (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un fil (F1 ; F2) selon l'une quelconque des revendications 21 à 26. P10-3589_FR