Drawing Wire Steel

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  • LES ACIERS

    A HAUTES RESISTANCES

    > 3500 MPa

  • 3500 Mpa

    Une certaine mtallurgie dvelopper

  • LES ACIERS STEEL CORD

    Obtenus par trfilage froid

    Implique un taux dcrouissage important

    ductilit rsiduelle suffisante pour toronner et cbler les fils

  • Fabricants de ce type dacier et trfileurs

    Les fabricants

    ARCELOR-MITTAL

    Les Trfileurs

    TREFILEUROPE

    BEKAERT

    MANUFIL

    Etc

  • Caractristiques mtallurgiques des

    aciers steel cord

    Acier haut de gamme

    nuance haut carbone : 0,65 0,85 % C

    de grande puret et dhomognit chimique

    rsistance mcanique pouvant dpasser 3500 MPa

    Acier en volution

    mise en uvre dacier trs haut carbone

    carcasse poids lourds dure de vie suprieure 106 km

    Rsistance 4000 MPa

  • Pourquoi un acier trs pur ?

  • Les principales inclusions nuisibles pour

    un acier steel cord

    des inclusions contenant :

    de laluminium (Al)

    du calcium (Ca)

    de loxygne (O)

    du magnsium (Mg)

    Formation doxydes non dformables, nuisible pour la mise en forme et la tenue en fatigue

  • Prsence dinclusion dalumine

  • Pourquoi matriser ltat de surface ?

  • Sur-crouissage important en surface

    Ces ruptures saccompagnent dun crouissage important qui acclre la rupture finale

  • Prsence dune couche doxyde en surface qui a tendance augmenter son crouissage

    Lignes horizontales

    Importante dformation des grains dans une direction privilgie et en surface

  • Pourquoi matriser la

    microstructure?

  • Concentration locale de carbone

    entranant une diminution de la ductilit

    Enrichissement de carbone en surface et fissurations

  • La microstructure conditionne laptitude du mtal tre trfil

    Pour une mme teneur en

    carbone

    Les aciers ayant une structure perlitique fine

    acquirent une meilleure rsistance mcanique

    Le comportement au trfilage dpend de la proportion de

    ferrite dans la structure, mais galement des modifications de

    la perlite par crouissage

    ++> Le taux de dformation de la ferrite libre est

    suprieure celle de la perlite

  • Ns de la ncessit dobtenir des fils aciers haute rsistance

    Aciers taux lev de carbone : 0,8%

    Structure perlitique

    Obtenus par trfilage froid

    LES ACIERS A HAUTES RESISTANCES

    Exemple : les aciers STEEL CORD

  • LES ACIERS STEEL CORD

    DES ACIERS HAUTE RESISTANCE

    Domaine dapplication privilgi pneumatique de poids lourds ou dengin de travaux public, le

    gnie civil

  • On privilgiera trois caractristiques :

    la composition chimique

    ltat de surface

    la microstructure

  • Pourquoi un acier trs pur ?Cest dire un acier comprenant le moins dinclusions possible

    Le taux de dformation des inclusions est infrieur celui de

    dformation de lacier

    lors du trfilage, dcohsion linterface inclusion / mtal

    propagation de fissure et rupture du fil de steel cord

    Dcohsion sur

    grain de martensite

    lors du trfilage

    Dformation htrogne

  • Des proprits de surface extrmement bien matrises

    Les dfauts de surface sont la cause principale de

    rupture lors des oprations de mise en forme froid

    dfauts traditionnels : fissures, repliures, pailles

    Incrustations lors du laminage

    Sgrgation de carbone ou des impurets la surface du mtal lors de la coule

    Casse initiale en surface

  • La microstructure conditionne laptitude du mtal tre trfil

    On cherche amliorer la

    rsistance mcanique

    Un taux de carbone lev

    Un crouissage par trfilage

    pour durcir le mtal

    ATTENTION la rpartition du carbone au sein du mtal

    Sgrgations = perte de ductilit = apparition de fissures

  • LES ACIERS STEEL CORD

    Le process dlaboration

  • La mise en uvre des aciers Steel Cord

    La difficult provient essentiellement de la recherche

    dun compromis rsistance ductilit trs lev :

    des fils fins de rsistances trs leves > 3500 MPa

    obtenus par dformation froid trs pousse

    possdant une ductilit rsiduelle suffisante pour tre ensuite toronns et cbls

  • Lessentiel de la mtallurgie se dveloppe

    lacirie matrise des inclusions (nature et taille)

    sgrgation

    pour obtenir une ductilit suffisante

    La conduite de la Trfilerie (laminage) est dterminante vis vis :

    des microstructures

    des proprits de surface ( fissuration, dcarburation,

    calamine)

  • Plusieurs tapes de fabrication :de la prparation du mtal son usinage

    Fabrication dun semi produit : le fil machine

    - Acirie

    - Train billette

    - Train fil

    Avoir des caractristiques adquat pour le trfilage

    Fabrication dun produit fini : tirage sur des grandes longueurs sans rupture

  • Loptimisation des conditions de trfilage et de

    traitements thermiques sont primordiales

    les conditions de lubrification et de temprature lors du

    trfilage

    la qualit du laitonnage (dpt dune couche mince de

    laiton)

    la microstructure aprs traitement thermique intermdiaire

    la matrise des contraintes rsiduelles sur fil fin

    Chez le trfileur

  • Les tapes cls du process dlaboration du steelcord

  • Elaboration en acierie des aciers Steel Cord

    Coule en poche

    Coule continue

    Four poche

    Total 5heures

    Calmage Si, Mn, C +CaO

    Addition de sable

    Laitier dacidit ajust

    SiO2/CaO = 0.9 (0,75 1)

    + pollution

    Al2O3 et MgO (usure rfractaires)

    FeOn roxydation par projection du mtal

  • Le four poche un racteur de mtallurgie secondaire trs utile

    llaboration des aciers Steel Cord

    Pourquoi ?

    Temps de traitement trs longs

    5 heures

  • Les fonctions du Four Poche

    rchauffer lacier et ajuster sa temprature aux besoins de la coule continue : +/- 2C

    homogniser la temprature et la composition de lacier

    terminer la mise nuance

    dcanter les inclusions

  • chauffage par un arc lectrique cre entre lacier et 3 lectrodes

    homognisation par un brasseur

    lectromagntique embarqu sur le chariot

    2 sens de brassage

    puissance du four : 20 30 MVA

    performances : chauffage de 2 3C / min pour

    200 tonne dacier

    Prlvements : acier, laitier, O, temprature

    Principe et caractristique du four poche

  • Chauffage et

    brassage

    Homognit

    Avec brasseurSans brasseur

  • Four poche sous pression atmosphrique (avec poche transfert)

  • Schma de principe de 2

    types de fours poches

    avec aspiration

    a) procd ASEA

    Brassage

    lectromagntique

    b) procd VAD

    Vacuum Arc degassing

  • Le contrle et la composition des inclusions

    Point cl :

    On cherche prcipiter des inclusions facilement dformables

    au cours de la transformation chaud du mtal solide

    Comment y parvenir ?

    calmage de lacier au silicium inclusions vitreuses

    traitement mtal laitier

    prcipitation contrle des inclusions lors de la prcipitation

  • La formation des inclusions vitreuses dans le systme SiO2-Al2O3-CaO

    Comportement rhologique des inclusions doxydes au cours du laminage chaud

    1. Domaine SiO2

    Inclusions vitreuses

    indformables car elles ont une

    viscosit trop leve

    2. Pour une teneur en SiO2 lgrement plus faible

    Inclusions biphases vitreuses partiellement ou

    non dformables

    3. Dans une zone faible teneur en SiO2

    Inclusions partiellement ou totalement

    cristallises non dformables

    4. Dans un large domaine de

    composition : inclusions vitreuses

    dformables

  • Modlisation des changes entre mtal, laitier et

    inclusions pour un acier Steel Cord

    Laitier trop acide : formation dinclusions indformables de silice

    Laitier trop basique :

    Risque de prcipitation de spinelles et riches en alumine

    indformables

    Laitier optimal

    Rapport %SiO2/%CaO = 0,9

  • Comportement des inclusions pendant les transformations chaud

    La connaissance actuelle de la composition des inclusions nest pas

    suffisante pour prvoir leurs possibilits de dformations pendant les

    tapes de transformation chaud du mtal

    il nexiste pas actuellement de modle global permettant de faire une

    estimation des cintiques de cristallisation des verres

    Cristallisation dinclusions de composition 41,5% SiO2- 33,9% CaO- 24,6 % Al2O3

    a) Courbe TTT b) Evolution avec le temps du taux danorthite CAS2 form

  • Comportement des inclusions pendant les transformations chaud

    En pratique :

    les inclusions vitreuses les plus stables dans le systme CaO-SiO2-Al2O3 se situent au voisinage de leutectique ternaire entre :

    la pseudo wallastonite

    la tridymite

    et lanorthite

    Cest le domaine de composition que les aciristes cherchent obtenir lors de llaboration des aciers Steel Cord

  • Elaboration des aciers Steel Cord :

    solidification et laminage

    Coule en poche

    Coule continue

    Four poche

    laminage

    Enroulement

    Patentage

    A la suite de llaboration :

    solidification

    laminage 1000C

    Obtention dun fil circulaire enroul chaud sous forme de spires

    patentage : trempe isotherme 550C