[0001] L'invention concerne les procédés et les dispositifs permettant de traiter thermiquement
des fils d'acier au carbone de façon à obtenir une structure d'austénite homogène,
ces fils étant par exemple susceptibles de subir ultérieurement un autre traitement
thermique pour obtenir une structure perlitique fine.
[0002] Les procédés connus d'austénitisation de fils d'acier au défilé sont notamment les
suivants :
- chauffage par induction dans lequel le fil est soumis à un champ magnétique ayant
une fréquence de 5000 à 200 000 Hz ; ce procédé ne s'applique dans de bonnes conditions
qu'à des fils d'un diamètre supérieur à 3 mm et pour des températures inférieures
au point de Curie.
- chauffage dans un four à moufle à l'aide de résistances électriques ; ce procédé évite
les inconvénients du chauffage par induction, mais il conduit à des temps de chauffage
élevés de l'ordre de 10 à 15 secondes par millimètre de diamètre des fils.
- chauffage dans un four à gaz ; ce procédé conduit ici encore à des temps de chauffage
élevés, du même ordre que ceux des fours à moufle, car la température des gaz à la
sortie du four doit être faible si l'on veut obtenir un rendement thermique convenable,
d'autre part la conductibilité thermique des gaz de combustion est moins bonne que
celle des gaz utilisables dans un four à moufle (hydrogène, mélange d'hydrogène et
d'azote, hélium) ; il est possible, dans les fours à gaz, de contrôler le pouvoir
désoxydant des gaz de combustion, mais cela demande une surveillance très attentive
du réglage des brûleurs à gaz.
[0003] Le document DE-A-2 111 631 décrit un dispositif pour traiter thermiquement des fils
métalliques de façon à obtenir une structure perlitique. Au début de ce traitement,
les fils passent dans un four de combustion ou un four électrique pour y subir une
austénitisation. Les fils atteignent ainsi une température de 900°C à 1000°C.
[0004] Le brevet EP-B-0 326 005 décrit un procédé et un dispositif permettant de traiter
thermiquement au moins un fil d'acier au carbone de façon à obtenir une structure
perlitique fine en faisant passer le fil dans au moins un tube contenant un gaz pratiquement
dépourvu de ventilation forcée, le tube étant entouré par un fluide caloporteur.
[0005] Le but de l'invention est l'obtention de temps de chauffage inférieurs à 4 secondes
par millimètre de diamètre du fil, lors d'un traitement d'austénitisation, ce qui
permet d'avoir des cadences de production plus élevées qu'avec les installations connues,
et ce qui permet aussi de diminuer les longueurs des installations.
[0006] En conséquence, le procédé conforme à l'invention pour traiter thermiquement au moins
un fil d'acier au carbone, de façon à obtenir une structure d'austénite homogène comporte
les points suivants :
a) on chauffe le fil en le faisant passer dans au moins un tube contenant un gaz pratiquement
dépourvu de ventilation forcée, le gaz étant directement au contact du fil, le temps
de chauffage du fil étant inférieur à 4 secondes par millimètre de diamètre du fil
;
b) les caractéristiques du tube, du fil et du gaz sont choisies de telle sorte que
les relations suivantes soient vérifiées :


avec par définition


Dti étant le diamètre intérieur du tube exprimé en millimètres, Df étant le diamètre du fil exprimé en millimètres, λ étant la conductibilité du gaz
déterminée à 800°C, cette conductibilité étant exprimée en watts.m⁻¹.°k⁻¹, Log étant
le logarithme népérien.
L'invention concerne également un dispositif permettant de traiter thermiquement au
moins un fil d'acier au carbone, de façon à obtenir une structure d'austénite homogène,
le dispositif comportant les points suivants :
a) il comporte au moins un tube et des moyens permettant de faire passer le fil dans
le tube ; le tube contient un gaz pratiquement dépourvu de ventilation forcée, directement
au contact du fil, le dispositif comportant des moyens pour chauffer le gaz ; les
moyens permettant de faire passer le fil dans le tube sont tels que le temps de contact
du fil avec le gaz soit inférieur à 4 secondes par millimètre de diamètre du fil ;
b) les caractéristiques du tube, du fil et du gaz sont choisies de telle sorte que
les relations (1) et (2) précédentes soient vérifiées Dti, Df, λ et Log ayant les mêmes définitions que précédemment indiqué.
[0007] Le terme "pratiquement dépourvu de ventilation forcée" veut dire que le gaz dans
le tube est soit immobile, soit soumis à une faible ventilation qui ne modifie pratiquement
pas les échanges thermiques entre le fil et le gaz, cette faible ventilation étant
par exemple due uniquement au déplacement du fil lui-même.
[0008] L'invention concerne également les procédés et les installations complets de traitement
thermique de fils d'acier au carbone utilisant les procédés et/ou les dispositifs
précédemment décrits.
[0009] L'invention sera aisément comprise à l'aide des exemples non limitatifs qui suivent
et des figures toutes schématiques relatives à ces exemples.
[0010] Sur le dessin :
- la figure 1 représente un dispositif conforme à l'invention, cette figure étant une
coupe effectuée selon l'axe du dispositif ;
- la figure 2 représente en coupe le dispositif représenté à la figure 1, cette coupe
qui est effectuée perpendiculairement à l'axe du dispositif, étant représentée par
les segments de ligne droite II-II à la figure 1 ;
- la figure 3 représente en coupe un autre dispositif conforme à l'invention, cette
coupe étant effectuée selon l'axe du dispositif ;
- la figure 4 représente en coupe le dispositif représenté à la figure 3, cette coupe,
qui est effectuée perpendiculairement à l'axe du dispositif, étant représentée par
les segments de ligne droite IV-IV à la figure 3 ;
- la figure 5 représente une installation complète de traitement thermique d'un fil
métallique, cette installation comportant un dispositif conforme à l'invention ;
- la figure 6 représente une courbe montrant l'évolution de la température en fonction
du temps pour le fil traité dans l'installation de la figure 5 ;
- la figure 7 représente un dispositif utilisé dans l'installation de la figure 5, cette
figure étant une coupe effectuée selon l'axe du dispositif ;
- la figure 8 représente le dispositif de la figure 7 selon une coupe perpendiculaire
à l'axe du dispositif, cette coupe étant indiquée par les segments de ligne droite
VIII-VIII à la figure 7 ;
- la figure 9 représente en coupe une portion de la structure perlitique fine du fil
traité dans l'installation représentée à la figure 5.
[0011] Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 100 conforme à l'invention pour la
mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 est une coupe du dispositif
100 selon l'axe xx′ de ce dispositif, la figure 2 est une coupe perpendiculaire à
cet axe xx′, la coupe de la figure 2 étant schématisée par les segments de ligne droite
II-II à la figure 1. Le dispositif 100 comporte un tube 2, par exemple en céramique,
en acier réfractaire ou en carbure de tungstène, dans lequel défile le fil 1 en acier
au carbone suivant la flèche F, le long de l'axe xx′.
[0012] Les moyens d'entraînement du fil 1 sont de moyens connus non représentés sur ces
figures 1 et 2 dans un but de simplification, ces moyens comportant par exemple un
enrouleur actionné par un moteur, pour enrouler le fil après traitement.
[0013] L'espace 3 entre le fil 1 et la paroi interne 20 du tube 2 est rempli par un gaz
4. Ce gaz 4 se trouve directement au contact du fil 1 et de la paroi interne 20. Le
gas 4 reste dans l'espace 3 pendant le traitement du fil 1, le dispositif 100 étant
dépourvu de moyens susceptibles de permettre une ventilation forcée du gaz 4, c'est-à-dire
que le gaz 4 dépourvu de ventilation forcée n'est éventuellement mis en mouvement
dans l'espace 3 que par le déplacement du fil 1 selon la flèche F. Ce gaz est par
exemple de l'hydrogène, un mélange d'hydrogène et d'azote, un mélange d'hydrogène
et de méthane, un mélange d'hydrogène, d'azote, et de méthane, de l'hélium, un mélange
d'hélium et de méthane.
[0014] Le fil 1 est guidé par deux guide-fils 5, par exemple en céramique ou en carbure
de tungstène situés à l'entrée et à la sortie du fil 1 dans le tube 2. Le tube 2 est
chauffé extérieurement par une résistance électrique 6 bobinée autour du tube 2 et
à l'extérieur de ce tube 2 contre la paroi externe 21 du tube 2. Le tube 2 est isolé
thermiquement de l'extérieur par le manchon 7 entourant le tube 2 et par les deux
plaques 8 situées aux extrémités du tube 2. Le tube 2 est également isolé électriquement
au cas où il est métallique. Les plaques 8 et le manchon 7 sont par exemple réalisés
avec des fibres réfractaires frittées. Le tube 2, la résistance chauffante 6, le manchon
7 et les plaques 8 sont placés à l'intérieur d'un tube en métal 9 qui est refroidi
par un tube 10 creux enroulé autour du tube 9, ce tube creux 10 étant parcouru par
un fluide 11 de refroidissement, par exemple de l'eau.
[0015] Le dispositif 100 est fermé aux deux extrémités par des plaques circulaires 12 qui
s'appliquent sur les brides 90 du tube 9, par l'intermédiaire de joints 13 étanches
au gaz. Le passage étanche 14 permet l'alimentation électrique de la résistance 6.
Ce passage 14 est traversé par deux fils électriques 15 relié chacun à une extrémité
de la résistance 6 (cette liaison n'est pas représentée sur le dessin dans un but
de simplification). Ce passage étanche 14 est fixé sur l'une des deux plaques circulaires
12 avec des joints 16 étanches aux gaz.
[0016] Le dispositif 100 comporte un jeu de dilatation 17, les ressorts 18 agissent sur
le plaque 19 servant à la répartition des efforts, ce qui permet de maintenir le tube
2 au milieu du manchon 7 quelle que soit sa température.
[0017] Sur la figure 2, D
f représente le diamètre du fil 1, D
ti représente le diamètre intérieur du tube 2 (diamètre de la paroi interne 20), D
te représente le diamètre extérieur du tube 2 (diamètre de la paroi externe 21). λ est
la conductibilité du gaz 4 déterminée à 800°C, cette conductibilité étant exprimée
en watts.m⁻¹.°K⁻¹.
[0018] Conformément à l'invention, D
ti, D
f, et λ sont choisis de façon à vérifier les relations suivantes :
avec par définition
D
ti et D
f étant exprimés en millimètres, Log étant le logarithme népérien.
[0019] L'invention permet ainsi, de façon inattendue, de chauffer le fil 1 depuis une température
inférieure à la température de transformation AC3, par exemple depuis la température
ambiante, jusqu'à une température supérieure à la température de transformation AC3,
de façon à obtenir une structure d'austénite homogène, et ceci pendant un temps très
court inférieur à 4 secondes par millimètre de diamètre du fil D
f. D'autre part on peut choisir, si on le désire, la nature du gaz 4 pour qu'il exerce
une action chimique sur la surface du fil, par exemple une action désoxydante, carburante
ou décarburante.
[0020] L'invention présente donc les avantages suivants :
- simplicité, coûts d'investissement et de fonctionnement peu élevés, car on se dispense
d'employer des compresseurs ou des turbines qui seraient nécessaires avec une circulation
de gaz forcée ;
- on peut obtenir une loi de réchauffement précise ;
- le réchauffement est rapide, ce qui permet d'augmenter les cadences de fabrication
et de diminuer la longueur des installations ;
- le réchauffement rapide peut s'appliquer à des fils dont le diamètre Df varie dans de larges limites, le même dispositif permettant notamment de traiter
des fils dont les diamètres Df varient dans un rapport de 1 à 5.
[0021] Pour des fils dont le diamètre D
f est important, supérieur à 4 mm, le rapport R est voisin de 1 et l'utilisation d'un
gaz très bon conducteur de la chaleur, par exemple de l'hydrogène, devient alors nécessaire.
[0022] De préférence le diamètre D
f du fil est au moins égal à 0,4 mm et au plus égal à 6 mm.
[0023] Les figures 3 et 4 représentent un autre dispositif 200 conforme à l'invention, ce
dispositif permettant de traiter simultanément plusieurs fils 1, par exemple six,
la figure 3 étant une coupe de ce dispositif selon l'axe yy′ de ce dispositif et la
figure 4 étant une coupe perpendiculaire à l'axe de ce dispositif, l'axe yy′ étant
représenté par la référence "y" à la figure 4.
[0024] La structure de ce dispositif 200 est analogue à celle du dispositif 100 avec la
différence que six tubes 2 sont disposés dans l'enceinte 9 constituée par un tube
d'acier, autour de l'axe yy′ qui est l'axe de ce tube 9. Un fil 1 passe dans chaque
tube 2, le gaz 4 étant disposé à l'intérieur des tubes 2 qui sont réchauffés chacun
par une résistance 6 comme précédemment décrit pour le dispositif 100, le manchon
isolant 7 étant disposé autour des six tubes 2.
[0025] Les exemples qui suivent permettent de mieux comprendre l'invention.
Exemples 1 à 4
[0026] On effectue quatre exemples de traitement d'un fil 1 d'acier au carbone avec le dispositif
100 précédemment décrit. Les caractéristiques du fil 1 et du dispositif 100 sont données
dans le tableau 1 suivant.

[0027] La nature du gaz 4 était la suivante pour les exemples.
. exemples 1, 2, 3 : ammoniac craqué (75 % d'hydrogène, 25 % d'azote, ces % étant
exprimés en volumes)
. exemple 4 : 78 % d'hydrogène, 2 % de méthane (% en volumes)
Le temps de chauffage T
c correspond au temps nécessaire pour que le fil passe de la température ambiante (environ
20°C) qu'il a, à l'entrée du tube, à la température qu'il a à la sortie du tube (980°C),
cette température étant suffisante pour mettre les carbures en solution.
Exemple 5
[0028] On fait varier dans cet exemple le diamètre D
f du fil 1 et la nature du gaz 4 qui est un mélange d'hydrogène et d'azote et donc
les valeurs de λ, R et K. Les caractéristiques du fil 1 et du dispositif 100 sont
les suivantes : Teneur en carbone de l'acier du fil 1 = 0,85 % ; tube 2 en alumine
, D
ti = 2,5 mm, D
te = 6 mm ; la face externe 21 du tube 2 est chauffée à 1100°C avec une résistance électrique
6 ayant une puissance de 33 kW ; vitesse de défilement du fil 1 : 2,35 m/sec ; longueur
du tube 2 : 6 m ; temps de chauffage : 2,55 sec ; température du fil 1 : à l'entrée
du tube 2 : 20°C, à la sortie du tube 2 : 980°C.
[0029] Le tableau 2 suivant donne les valeurs de D
f, le % volumétrique du gaz 4 en hydrogène, les valeurs de λ, R, K, ainsi que la production
de fil 1.
[0030] Pour tous les essais correspondant à cet exemple, le temps de chauffage par millimètre
de diamètre de fil (T
c/D
f) varie de 1,46 à 3,1 sec/mm ;
Tableau 2
| Diamètre du fil 1 (mm) (Df) |
R |
% H₂ |
λ à 800°C (W.m⁻¹.°K⁻¹) |
K |
Production de fil 1 en kg/heure |
| 1,75 |
1,43 |
100 |
0,487 |
2,24 |
158,0 |
| 1,55 |
1,61 |
98 |
0,472 |
2,43 |
124,0 |
| 1,30 |
1,92 |
90 |
0,418 |
2,64 |
87,0 |
| 0,94 |
2,66 |
69 |
0,297 |
2,91 |
45,8 |
| 0,82 |
3,05 |
62 |
0,263 |
2,85 |
35,0 |
Exemple n° 6
[0031] On utilise un dispositif multitubulaire analogue au dispositif 200 précédemment décrit,
mais avec dix tubes 2. Les caractéristiques de l'exemple sont les suivantes :
Teneur en carbone de l'acier du fil 1 : 0,70 % ; diamètre D
f du fil : 1,75 mm ; tubes 2 identiques en alumine, D
ti = 2,5 mm, D
te = 6 mm ; les faces externes 21 des tubes sont chauffées à 1100°C à l'aide de 10 résistances
6 (une résistance par tube 2), chaque résistance ayant une puissance unitaire de 27
kW (puissance totale 270 kW) ; gaz 4 : ammoniac craqué : vitesse de défilement du
fil : 2,02 m/sec ; longueur de chaque tube 2 : 6 m ; temps de chauffage 2,97 sec ;
production de fil 1 : 1360 kg/heure ; température du fil à l'entrée de chaque tube
2 : 20°C, à la sortie de chaque tube 2 : 980°C ; λ = 0,328 ; R = 1,43 ; K = 3,33.
Le temps de chauffage par millimètre de diamètre de fil (T
c/D
f) est égal à 1,70 sec/mm.
Exemple 7
[0032] Cet exemple est effectué dans les mêmes conditions et avec les mêmes résultats que
l'exemple n° 2 mais en remplaçant l'ammoniac craqué par un gaz 4 maintenant l'équilibre
thermodynamique avec le carbone de l'acier à 800°C, ce gaz 4 ayant la composition
suivante (% en volume) : 74 % d'hydrogène ; 24 % d'azote ; 2 % de méthane.
Exemple 8
[0033] Cet exemple est effectué dans les mêmes conditions que l'exemple n° 2 mais l'ammoniac
craqué est remplacé par un gaz carburant permettant de corriger une décarburation
qui s'est produite dans les opérations précédentes. La composition du gaz 4 est la
suivante lors de cet exemple (% volumétriques) : 85 % d'hydrogène, 15 % de méthane.
Les autres conditions et résultats sont les mêmes que pour l'exemple 2 avec les différences
suivantes : le temps de chauffage passe de 2,97 à 2,75 secondes, le rapport T
c/D
f étant alors égal à 1,57 sec/mm, la vitesse de défilement du fil est de 2,18 m/sec.
on obtient une épaisseur de recarburation superficielle de l'ordre de 2µm. On n'observe
pas de dépôt de graphite sur le fil 1.
[0034] L'invention permet d'obtenir une température du fil très précise à la sortie du traitement,
cette température ne variant pas de plus de 1,5°C par excès ou par défaut de la température
indiquée à la sortie des tubes 2, pour les exemples 1 à 8, ce qui permet de garantir
une bonne constance de la qualité du fil.
[0035] Les exemples 9 à 12 qui suivent sont réalisés dans un dispositif analogue au dispositif
100 précédemment décrit, mais ces exemples ne sont pas conformes à l'invention. Les
caractéristiques du fil 1 et de ce dispositif sont données dans le tableau 3 suivant.
Ces exemples se caractérisent par un rapport T
c/D
f notablement supérieur à 4 secondes par mm de diamètre du fil, les valeurs des rapports
R et K ne correspondant pas à l'ensemble des relations (1) et (2) précédemment indiquées
et l'austénitisation ne peut pas alors être effectuée avec les avantages précédemment
décrits.

[0036] La nature du gaz 4 était la suivante pour ces exemples 9 à 12
. exemple 9 N₂ pur
. exemple 10 N₂ = 50 % H₂ = 50 %
. exemple 11 N₂ = 65 % H₂ = 35 %
. exemple 12 N₂ = 50 % H₂ = 50 %
(% volumétriques)
Dans tous les exemples conformes à l'invention, on obtient une structure d'austénite
homogène.
[0037] La figure 5 représente une installation complète permettant de traiter thermiquement
un fil 1 d'acier au carbone pour obtenir une structure perlitique fine. Cette installation
300 comporte les zones Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅, le fil 1 traversant ces zones, dans le
sens de la flèche F depuis la bobine de départ 30, jusqu'à la bobine 31 où s'enroule
le fil 1 traité, cette bobine 31 étant actionnée en rotation par le moteur 310 qui
permet donc le défilement du fil 1 selon la flèche F. Le fil 1 traverse successivement
et dans cet ordre les zones Z₁ à Z₅.
- La zone Z₁ correspond à l'échauffement du fil 1 pour obtenir une structure d'austénite
homogène ;
- la zone Z₂ correspond au refroidissement du fil 1 jusqu'à une température de 500 à
600°C de façon à obtenir une austénite métastable ;
- la zone Z₃ correspond à la transformation d'austénite métastable en perlite ;
- la zone Z₄ correspond à un refroidissement du fil 1, après perlitisation, jusqu'à
une température par exemple d'environ 300°C ;
- la zone Z₅ correspond à un refroidissement final du fil 1 pour l'amener à une température
proche de la température ambiante, par exemple de 20 à 50°C.
[0038] La figure 6 représente la courbe φ montrant l'évolution de la température du fil
d'acier 1 en fonction du temps, lorsque ce fil traverse les zones Z₂ à Z₅. Cette figure
représente également la courbe x₁ correspondant au début de la transformation d'austénite
métastable en perlite et la courbe x₂ correspondant à la fin de la transformation
d'austénite métastable en perlite, pour l'acier de ce fil. Sur cette figure 6, l'axe
des abscisses correspond au temps T et l'axe des ordonnées correspond à la température
ϑ, l'origine des temps correspondant au point A.
[0039] Préalablement au traitement de perlitisation, le fil 1 est chauffé et maintenu à
une température supérieure à la température de transformation AC3 de façon à obtenir
une austénite homogène, cette température ϑ
A, par exemple comprise entre 900°C et 1000°C, correspondant au point A de la figure
6. Le point dit "nez perlitique", correspond au temps minimum T
m de la courbe x₁, la température de ce nez perlitique étant référencée ϑ
P.
[0040] Le fil 1 est refroidi ensuite jusqu'à ce qu'il atteigne une température inférieure
à la température de transformation AC1, l'état du fil après ce refroidissement correspondant
au point B, la température obtenue en ce point B au bout du temps T
B étant référencée ϑ
B. Cette température ϑ
B a été représentée à la figure 6 comme supérieure à la température ϑ
P du nez perlitique, ce qui est le plus fréquent dans la pratique, sans être absolument
nécessaire. Durant ce refroidissement du fil entre les points A et B il y a transformation
d'austénite stable en austénite métastable, dès que la température du fil descend
au dessous du point de transformation AC3, et des "germes" apparaissent aux joints
de grains de l'austénite métastable. La zone comprise entre les courbes x₁, x₂ est
référencée ω. La perlitisation consiste à faire passer le fil de l'état représenté
par le point B, à gauche de la zone ω, à un état représenté par le point C, à droite
de la zone ω. Cette transformation du fil est par exemple schématisée par le segment
de ligne droite BC qui coupe la courbe x₁ en B
x et la courbe x₂ en C
x, mais l'invention s'applique aussi aux cas où la variation de température du fil
entre les points B et C n'est pas linéaire.
[0041] La formation des germes se poursuit dans la partie du segment BC située à gauche
de la zone ω, c'est-à-dire dans le segment BBx. Dans la partie du segment BC traversant
la zone ω, c'est-à-dire dans le segment B
xC
x, il y a transformation d'austénite métastable en perlite, c'est-à-dire perlitisation.
Le temps de perlitisation est susceptible de varier d'un acier à l'autre, aussi le
traitement représenté par le segment C
xC a pour but d'éviter d'appliquer au fil un refroidissement prématuré au cas où la
perlitisation ne serait pas terminée. En effet, de l'austénite métastable résiduelle
qui subirait un refroidissement rapide se transformerait en bainite qui n'est pas
une structure favorable à la tréfilabilité après traitement thermique, ni à la valeur
d'usage et aux propriétés mécaniques du produit final.
[0042] Un refroidissement rapide entre les points A et B suivi d'un maintien isotherme dans
le domaine de l'austénite métastable, c'est-à-dire entre les points B et B
x permet un accroissement du nombre de germes et une diminution de leur taille. Ces
germes sont les points de départ de la transformation ultérieure de l'austénite métastable
en perlite et il est bien connu que la finesse de la perlite, donc la valeur d'usage
du fil sera d'autant plus grande que ces germes seront plus nombreux et plus petits.
[0043] Après le traitement de perlitisation, on refroidit le fil, par exemple jusqu'à la
température ambiante, ce refroidissement, de préférence rapide, étant schématisé par
exemple par le segment de ligne courbe CD, le température en D étant référencée ϑ
D.
[0044] Dans l'installation 300, la zone Z₁ correspond à l'échauffement du fil 1 pour l'amener
à l'état correspondant au point A, la zone Z₂ correspond au refroidissement représenté
par la portion AB de la courbe φ, la zone Z₃ correspond à la portion BC de la courbe
φ, les zones Z₄ et Z₅ correspondent ensemble au refroidissement représenté par la
portion CD de la courbe φ.
[0045] La zone Z₁ est réalisée par exemple avec le dispositif 100 conforme à l'invention
précédemment décrit.
[0046] La zone Z₂ est réalisée par exemple conformément à la demande de brevet français
n° 88/00904. Le dispositif 32 correspondant à cette zone Z₂ est représenté aux figures
7 et 8.
[0047] Ce dispositif 32 est un échangeur de chaleur comportant une enceinte 33 sous forme
d'un tube de diamètre intérieur D′
ti et de diamètre extérieur D′
te dans lequel défile suivant la flèche F le fil 1 à traiter, de diamètre D
f.
[0048] La figure 7 est une coupe effectuée suivant l'axe xx′ du fil 1 qui est aussi l'axe
du dispositif 32, et la figure 8 est une coupe effectuée perpendiculairement à cet
axe xx′, la coupe de la figure 8 étant schématisée par les segments de ligne droite
VIII-VIII, à la figure 7, l'axe xx′ étant schématisé par la lettre "x" à la figure
8. L'espace 34 entre le fil 1 et le tube 33 est rempli d'un gaz 35 qui est directement
au contact du fil 1 et de la paroi intérieure 330 du tube 33. Le gaz 35 reste dans
l'espace 34 pendant le traitement du fil 1, le dispositif 32 étant dépourvu de moyens
susceptibles de permettre une ventilation forcée du gaz 35, c'est-à-dire que le gaz
35 pratiquement dépourvu de ventilation forcée n'est éventuellement mis en mouvement
dans l'espace 34 que par le déplacement du fil 1 selon la flèche F. Lors du traitement
thermique du fil 1, un transfert de chaleur s'effectue depuis le fil 1 vers le gaz
35. λ′ est la conductibilité du gaz 35 déterminée à 600°C. Cette conductibilité est
exprimée en watts.m⁻¹.
oK⁻¹. Le fil 1 est guidé par deux guide-fils 36 réalisés par exemple en céramique ou
en carbure de tungstène, ces guides 36 étant situés l'un à l'entrée, l'autre à la
sortie du fil 1 dans le tube 33. Le tube 33 est refroidi extérieurement par un fluide
caloporteur 37, par exemple de l'eau circulant dans un manchon 38 annulaire qui entoure
le tube 33. Ce manchon 38 a une longueur L′
m, un diamètre intérieur D′
mi, un diamètre extérieur D′
me. Le manchon 38 est alimenté en eau 37 par la tubulure 39, l'eau 37 sort du manchon
38 par la tubulure 40, l'écoulement de l'eau 37 le long du tube 33 s'effectuant ainsi
en sens inverse de la direction F. L'étanchéité entre la zone 41 contenant de l'eau
37 (volume intérieur du manchon 38) et l'espace 34 contenant le gaz 35 est obtenue
à l'aide de joints 42 réalisés par exemple en élastomères. La longueur du tube 33
en contact avec le fluide 37 est référencée L'
t à la figure 7.
[0049] L'échangeur 32 peut constituer à lui seul un dispositif pour la zone Z₂. On peut
aussi assembler plusieurs échangeurs 32, selon l'axe xx', grâce aux brides 43 constituant
les extrémités du manchon 38, le fil 1 traversant alors plusieurs échangeurs 32 disposés
en série selon l'axe xx'.
[0050] Les caractéristiques du tube 33, du fil 1 et du gaz 35 sont choisies de telle sorte
que les relations suivantes soient vérifiées, lors du refroidissement précédant la
perlitisation et schématisé par la partie AB de la courbe φ :
avec, par définition :
D'
ti et D
f étant exprimés en millimètres, λ' étant la conductibilité du gaz déterminée à 600°C
et exprimée en watts.m⁻¹.°K⁻¹, Log étant le logarithme népérien.
[0051] Le gaz 35 est par exemple l'hydrogène, l'azote, l'hélium, un mélange d'hydrogène
et d'azote, d'hydrogène et de méthane, d'azote et de méthane, d'hélium et de méthane,
d'hydrogène, d'azote et de méthane.
[0052] Pour des fils 1 de diamètre important, le rapport R' entre le diamètre intérieur
D'
ti et le diamètre D
f du fil doit être voisin de 1, et l'utilisation d'un gaz 35 très conducteur, par exemple
de l'hydrogène, devient nécessaire.
[0053] La zone Z₃ de l'installation 300 est réalisée par exemple en utilisant plusieurs
échangeurs 32 disposés en série, dans les conditions décrites ci-après.
[0054] Pour obtenir une transformation d'austénite en perlite dans les meilleures conditions,
il est préférable que les étapes de transformation du fil 1 schématisées par la ligne
BC à la figure 1 s'effectuent à une température qui varie le moins possible, la température
du fil 1, par exemple, ne différant pas de plus de 10°C par excès ou par défaut de
la température ϑ
B obtenue après le refroidissement schématisé par la ligne AB. Cette limitation de
la variation de la température est donc effectuée pendant un temps supérieur au temps
de perlitisation, ce temps de perlitisation correspondant au segment B
xC
x. Avantageusement, la température du fil 1 ne diffère pas de plus de 5°C par excès
ou par défaut de la température ϑ
B sur cette ligne BC. La figure 6 représente par exemple le cas idéal où la température
est constante et égale à ϑ
B pendant les étapes schématisées par la ligne BC qui est donc un segment de droite
parallèle à l'axe des abscisses.
[0055] La transformation d'austénite en perlite qui s'effectue dans le domaine ω dégage
une quantité de chaleur d'environ 100 000 J.Kg⁻¹, avec une vitesse de transformation
qui varie dans ce domaine en fonction du temps, cette vitesse étant faible au voisinage
des points B
x et C
x et maximum vers le milieu du segment B
x C
x. Dans ces conditions, si l'on veut une température pratiquement constante lors de
cette transformation, il est nécessaire d'effectuer des échanges thermiques modulés,
c'est-à-dire des échanges thermiques dont la puissance par unité de longueur du fil
1 varie le long du dispositif où s'effectue cette transformation, le refroidissement
dû au gaz 35 étant maximum lorsque la vitesse de perlitisation est maximum, ceci afin
d'éviter le phénomène de recalescence dû à une montée en température excessive du
fil 1 lors de la perlitisation.
[0056] Cette modulation peut être effectuée de préférence en faisant varier soit le diamètre
intérieur D′
ti, des tubes 33 où passe le fil, soit la longueur L′
t des divers tubes 33 où passe le fil, comme décrit dans la demande de brevet français
précitée n
o 88/00904.
[0057] Dans la zone Z₃, l'échangeur 32 dont la puissance de refroidissement est la plus
élevée correspond à la région où la vitesse de perlitisation est la plus grande. Dans
ces conditions :
- si la modulation est réalisée en faisant varier le diamètre intérieur D′ti des tubes 33, ce diamètre diminue depuis l'entrée de la zone Z₃ jusqu'à l'échangeur
32 où la vitesse de perlitisation est la plus grande, puis ce diamètre augmente ensuite
en direction de la sortie de la zone Z₃, dans le sens de la flèche F ;
- si la modulation est réalisée en faisant varier la longueur L′t des tubes 33, cette longueur augmente depuis l'entrée de la zone Z₃ jusqu'à l'échangeur
32 où la vitesse de perlitisation est la plus rapide, puis cette longueur diminue
ensuite en direction de la sortie de la zone Z₃ dans le sens de la flèche F.
[0058] Dans les deux cas, on provoque, dans le sens de la flèche F, une augmentation de
la puissance de refroidissement depuis l'entrée de la zone Z₃ jusqu'à l'échangeur
32 où la vitesse de perlitisation est la plus rapide, puis cette puissance diminue
ensuite en direction de la sortie de la zone Z₃.
[0059] Dans cet échangeur 32 où la vitesse de perlitisation est la plus rapide, on a de
préférence les relations suivantes :
R′ et K′ ayant les mêmes définitions que précédemment.
[0060] La zone Z₄ est constituée par exemple par un échangeur 32 vérifiant les relations
(3) et (4) précédemment définies.
[0061] Le fil 1 pénètre ensuite dans la zone Z₅ où il est amené à une température proche
de la température ambiante, par exemple de 20 à 50°C, par immersion dans de l'eau.
[0062] Le fil 1 traité dans l'installation 300 comporte la même structure que celle qu'on
obtient par le procédé connu de patentage au plomb, c'est-à-dire une structure perlitique
fine. Cette structure comporte dans lamelles de cémentite séparées par des lamelles
de ferrite. A titre d'exemple, la figure 9 représente en coupe une portion 50 d'une
telle structure perlitique fine. Cette portion 50 comporte deux lamelles de cémentite
51 pratiquement parallèles séparées par une lamelle de ferrite 52. L'épaisseur des
lamelles de cémentite 51 est représentée par "i" et l'épaisseur des lamelles de ferrite
52 est représentée par "e". La structure perlitique est fine, c'est-à-dire que la
valeur moyenne i+e est au plus égale à 1000 Å, avec un écart type de 250 Å.
[0063] Un tel fil peut servir par exemple à renforcer des articles en matières plastiques
ou en caoutchoucs, notamment des enveloppes de pneumatiques.
[0064] L'installation 300 permet d'obtenir en outre au moins un des résultats suivants :
- Après traitement thermique et avant tréfilage, le fil présente une résistance de rupture
à la traction au moins égale à 1300 MPa ;
- Le fil peut être tréfilé de façon à avoir un rapport des sections au moins égal à
40 ;
- Le fil, après tréfilage, présente une résistance de rupture à la traction au moins
égale à 3000 MPa.
[0065] Le rapport des sections correspond par définition au rapport :

L'installation 300 présente les avantages suivants :
[0066] Ces avantages ne sont obtenus que lorsque les relations (3) et (4) sont vérifiées
lors du refroidissement schématisé par la portion AB de la courbe φ (figure 6). Lorsqu'on
utilise des tubes contenant un gaz dépourvu de ventilation forcée, le tube étant entouré
par un fluide caloporteur, mais les relations (3) et (4) n'étant pas vérifiées lors
du refroidissement précédant la perlitisation et correspondant à la portion AB de
la courbe φ, il n'est pas possible d'effectuer une perlitisation correcte.
1. Procédé pour traiter thermiquement au moins un fil (1) d'acier au carbone, de façon
à obtenir une structure d'austénite homogène, comportant les points suivants :
a) on chauffe le fil (1) en le faisant passer dans au moins un tube (2) contenant
un gaz (4) pratiquement dépourvu de ventilation forcée, le gaz (4) etant directement
au contact du fil (1), le temps de chauffage du fil étant inférieur à 4 secondes par
millimètre du diamètre du fil ;
b) les caractéristiques du tube (2), du fil (1) et du gaz (4) sont choisies de telle
sorte que les relations suivantes soient vérifiées :


avec par définition


Dti étant le diamètre intérieur du tube exprimé en millimètres, Df étant le diamètre du fil exprimé en millimètres, λ étant la conductibilité du gaz
déterminée à 800°C, cette conductibilité étant exprimée en watts.m⁻¹.°k⁻¹, Log étant
le logarithme népérien.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (2) est chauffé extérieurement
par une résistance électrique (6).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le
gaz (4) est en équilibre thermodynamique avec le carbone de l'acier du fil (1).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le
gaz (4) permet une recarburation superficielle de l'acier du fil.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le gaz
exerce une action désoxydante sur la surface du fil (1).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'on effectue
ensuite un traitement de perlitisation sur le fil (1).
7. Procédé selon la revendication 6 comportant les points suivants :
c) on refroidit le fil (1) depuis une température supérieure à la température de transformation
AC3 jusqu'à une température inférieure à la température de transformation AC1 ;
d) on effectue ensuite le traitement de perlitisation à une température inférieure
à la température de transformation AC1 ;
e) ce traitement de refroidissement et de perlitisation est effectué en faisant passer
le fil (1) dans au moins un tube (33) contenant un gaz (35) pratiquement dépourvu
de ventilation forcée, le tube étant entouré par un fluide caloporteur de telle sorte
qu'un transfert de chaleur s'effectue depuis le fil, à travers le gaz et le tube,
vers le fluide caloporteur ;
f) les caractéristiques du tube (33), du fil (1) et du gaz (35) sont choisies de telle
sorte que les relations suivantes soient vérifiées, au moins lors du refroidissement
précédant la perlitisation :


avec, par définition,


D'ti étant le diamètre intérieur du tube exprimé en millimètres, Df étant le diamètre du fil exprimé en millimètres, λ' étant la conductibilité du gaz
déterminée à 600°C, cette conductibilité étant exprimée en watts.m⁻¹.°K⁻¹, Log étant
le logarithme népérien
8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que, après avoir refroidi le fil
(1) depuis une température supérieure à la température de transformation AC3 jusqu'à
une température donnée inférieure à la température de transformation AC1, on maintient
le fil à une température qui ne diffère pas de plus de 10°C par excès ou par défaut
de cette température donnée, pendant un temps supérieur au temps de perlitisation
en modulant les échanges thermiques, les relations suivantes étant vérifiées dans
la ou les zones du ou des tubes (33) où la vitesse de perlitisation est la plus rapide
:
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'on maintient le fil (1) à
une température qui ne varie pas de plus de 5°C par excès ou par défaut de cette température
donnée.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la
modulation est effectuée en faisant varier le diamètre intérieur (D'ti) du ou d'au moins un tube (33).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que la
modulation est effectuée en utilisant plusieurs tubes (33) dont on fait varier la
longueur (L't).
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 caractérisé en ce qu'on refroidit
ensuite le fil (1).
13. Dispositif (100) pour traiter thermiquement au moins un fil (1) d'acier au carbone,
de façon à obtenir une structure d'austénite homogène, le dispositif comportant les
points suivants :
a) il comporte au moins un tube (2) et des moyens permettant de faire passer le fil
dans le tube ; le tube (2) contient un gaz (4) pratiquement dépourvu de ventilation
forcée, directement au contact du fil, le dispositif comportant des moyens pour chauffer
le gaz ; les moyens permettant de faire passer le fil dans le tube sont tels que le
temps de contact du fil avec le gaz soit inférieur à 4 secondes par millimètre de
diamètre du fil ;
b) les caractéristiques du tube (2), du fil (1) et du gaz (4) sont choisies de telle
sorte que les relations suivantes soient vérifiées :


avec par définition


Dti étant le diamètre intérieur du tube exprimé en millimètres, Df étant le diamètre du fil exprimé en millimètres, λ étant la conductibilité du gaz
déterminée à 800°C, cette conductibilité étant exprimée en watts.m⁻¹,°k⁻¹, Log étant
le logarithme népérien.
14. Dispositif (100) selon la revendication 13 caractérisé en ce qu'il comporte une résistance
électrique (6) disposée à l'extérieur du tube pour le chauffer.
15. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14 caractérisé en
ce que le gaz (4) est en équilibre thermodynamique avec le carbone de l'acier du fil.
16. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14 caractérisé en
ce que le gaz (4) permet une recarburation superficielle de l'acier du fil (1).
17. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 13 à 16 caractérisé en
ce que le gaz (4) est susceptible d'exercer une action désoxydante sur la surface
du fil (1).
18. Dispositif (200) selon l'une quelconque des revendications 13 à 17 caractérisé en
ce qu'il comporte une enceinte (9) dans laquelle sont disposés plusieurs tubes (2).
19. Dispositif (100,200) selon l'une quelconque des revendications 13 à 18 caractérisé
en ce que le diamètre Df du fil (1) varie de 0,4 à 6 mm.
20. Dispositif (100,200) selon l'une quelconque des revendications 13 à 19 caractérisé
en ce qu'il permet de traiter des fils (1) dans un rapport de diamètre Df de 1 à 5.
21. Installation (300) de traitement thermique d'au moins un fil (1) d'acier au carbone
comportant au moins un dispositif (100,200) conforme à l'une quelconque des revendications
13 à 20.
22. Installation (300) de traitement thermique selon la revendication 21 caractérisée
en ce qu'elle comporte après le dispositif d'austénitisation (100,200) des moyens
permettant de refroidir le fil (1), et d'obtenir une structure perlitique fine, ces
moyens comportant les points suivants :
c) ces moyens de refroidissement et de perlitisation comportent au moins un tube (33)
contenant un gaz (35) pratiquement dépourvu de ventilation forcée, ce tube étant entouré
par un fluide caloporteur (37) de telle sorte qu'un transfert de chaleur s'effectue
depuis le fil à travers le gaz et le tube, vers le fluide caloporteur ;
d) les caractéristiques du tube (33), du fil (1) et du gaz (35) sont choisies de tel
le sorte que les relations suivantes soient vérifiées, au moins lors du refroidissement
précédant la perlitisation :


avec, par définition,


D'ti étant le diamètre intérieur du tube exprimé en millimètres, Df étant le diamètre du fil exprimé en millimètres, λ' étant la conductibilité du gaz
déterminée à 600°C, cette conductibilité étant exprimée en watts.m⁻¹.°K⁻¹, Log étant
le logarithme népérien.
23. Installation (300) selon la revendication 22 caractérisée en ce qu'un ou plusieurs
tubes (33) sont agencés de telle sorte qu'après refroidissement du fil (1) depuis
une température supérieure à la température de transformation AC3 jusqu'à une température
donnée inférieure à la température de transformation AC1, ils permettent de maintenir
le fil (1) à une température qui ne diffère pas de plus de 10°C par excès ou par défaut
de cette température donnée, pendant un temps supérieur au temps de perlitisation,
en modulant les échanges thermiques, les relations suivantes étant vérifiées dans
la ou les zones du ou des tubes où la vitesse de perlitisation est la plus rapide
:
24. Installation (300) selon la revendication 23 caractérisée en ce que ce ou ces tubes
(33) sont agencés de telle sorte que la température du fil (1) ne diffère pas de plus
de 5°C par excès ou par défaut de cette température donnée.
25. Installation (300) selon l'une quelconque des revendications 23 ou 24, caractérisée
en ce que le diamètre intérieur (D'ti) du ou d'au moins un tube (33) varie, dans les moyens de perlitisation.
26. Installation (300) selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, caractérisée
en ce qu'elle comporte plusieurs tubes (33) dont la longueur (L't) varie, dans les moyens de perlitisation.
27. Installation (300) selon l'une quelconque des revendications 21 à 26 caractérisée
en ce qu'elle comporte des moyens permettant de refroidir le fil (1) après perlitisation.
1. A method for the heat treatment of at least one carbon steel wire (1) so as to obtain
a homogenous austenite structure, comprising the following features:
a) the wire (1) is heated by passing it through at least one tube (2) containing a
gas (4) which is practically without forced ventilation, the gas (4) being directly
in contact with the wire (1), the wire heating time being less than 4 seconds per
millimetre of diameter of the wire;
b) the characteristics of the tube (2), the wire (1) and the gas (4) are so selected
that the following relationships are satisfied:


with, by definition,


Dti being the inside diameter of the tube expressed in millimetres, Df being the diameter of the wire expressed in millimetres, λ being the conductivity
of the gas determined at 800°C, this conductivity being expressed in watts.m⁻¹.°k⁻¹,
Log being the natural logarithm.
2. A method according to Claim 1, characterised in that the tube (2) is heated on the
outside by an electric resistor (6).
3. A method according to any one of Claims 1 or 2, characterised in that the gas (4)
is in thermodynamic equilibrium with the carbon of the steel of the wire (1).
4. A method according to any one of Claims 1 or 2, characterised in that the gas (4)
permits a surface recarburisation of the steel of the wire.
5. A method according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that the gas exerts
a deoxidising action on the surface of the wire (1).
6. A method according to any one of Claims 1 to 5, characterised in that a pearlitisation
treatment is then carried out on the wire (1).
7. A method according to Claim 6, comprising the following features:
c) the wire (1) is cooled from a temperature above the AC3 transformation temperature
to a temperature below the AC1 transformation temperature;
d) the pearlitisation treatment is then carried out at a temperature below the AC1
transformation temperature;
e) this cooling and pearlitisation treatment is carried out by passing the wire (1)
through at least one tube (33) containing a gas (35) which is practically without
forced ventilation, the tube being surrounded by a heat transport fluid in such a
manner that a transfer of heat takes place from the wire, through the gas and the
tube, towards the heat transport fluid;
f) the characteristics of the tube (33), the wire (1) and the gas (35) are so selected
that the following relationships are satisfied at least upon the cooling preceding
the pearlitisation:


with, by definition:


D'ti being the inside diameter of the tube expressed in millimetres, Df being the diameter of the wire expressed in millimetres, λ' being the conductivity
of the gas determined at 600°C, this conductivity being expressed in watts.m⁻¹.°k⁻¹,
Log being the natural logarithm.
8. A method according to Claim 7, characterised in that after having cooled the wire
(1) from a temperature above the AC3 transformation temperature to a given temperature
below the AC1 transformation temperature, the wire is maintained at a temperature
which does not differ by more than 10°C plus or minus from said given temperature
for a period of time greater than the pearlitisation time by modulating the heat exchanges,
the following relationships being satisfied in the zone or zones of the tube or tubes
(33) where the rate of pearlitisation is the fastest:
9. A method according to Claim 8, characterised in that the wire (1) is maintained at
a temperature which does not differ by more than 5°C plus or minus from said given
temperature.
10. A method according to any one of Claims 8 or 9, characterised in that the modulation
is effected by varying the inside diameter (D'ti) of the tube, or of at least one tube (33).
11. A method according to any one of Claims 8 to 10, characterised in that the modulation
is effected using several tubes (33), the length (L't) of which is varied.
12. A method according to any one of Claims 6 to 11, characterised in that the wire (1)
is then cooled.
13. A device (100) for the heat treatment of at least one carbon steel wire (1) so as
to obtain a homogenous austenite structure, the device comprising the following features:
a) it comprises at least one tube (2) and means for passing the wire through the tube;
the tube (2) contains a gas (4) which is practically without forced ventilation, directly
in contact with the wire, the device comprising means for heating the gas; the means
for passing the wire through the tube are such that the time of contact of the wire
with the gas is less than 4 seconds per millimetre of diameter of the wire;
b) the characteristics of the tube (2), the wire (1) and the gas (4) are so selected
that the following relationships are satisfied:


with, by definition,


Dti being the inside diameter of the tube expressed in millimetres, Df being the diameter of the wire expressed in millimetres, λ being the conductivity
of the gas determined at 800°C, this conductivity being expressed in watts.m⁻¹.°k⁻¹,
Log being the natural logarithm.
14. A device (100) according to Claim 13, characterised in that it comprises an electric
resistor (6) arranged on the outside of the tube in order to heat it.
15. A device (100) according to any one of Claims 13 or 14, characterised in that the
gas (4) is in thermodynamic equilibrium with the carbon of the steel of the wire.
16. A device (100) according to any one of Claims 13 or 14, characterised in that the
gas (4) permits a surface recarburisation of the steel of the wire (1).
17. A device (100) according to any one of Claims 13 to 16, characterised in that the
gas (4) is capable of exerting a deoxidising action on the surface of the wire (1).
18. A device (200) according to any one of Claims 13 to 17, characterised in that it comprises
an enclosure (9) within which several tubes (2) are arranged.
19. A device (100, 200) according to any one of Claims 13 to 18, characterised in that
the diameter Df of the wire (1) varies from 0.4 to 6 mm.
20. A device (100, 200) according to any one of Claims 13 to 19, characterised in that
it makes it possible to treat wires (1) within a diameter ratio Df of 1 to 5.
21. An installation (300) for the heat treatment of at least one carbon steel wire (1)
comprising at least one device (100, 200) according to any one of Claims 13 to 20.
22. A heat treatment installation (300) according to Claim 21, characterised in that behind
the austenitisation device (100, 200) it comprises means for cooling the wire (1)
and for obtaining a fine pearlitic structure, these means comprising the following
features:
c) these cooling and pearlitisation means comprise at least one tube (33) containing
a gas (35) which is practically without forced ventilation, the tube being surrounded
by a heat transport fluid (37) in such a manner that a transfer of heat takes place
from the wire, through the gas and the tube, towards the heat transport fluid;
d) the characteristics of the tube (33), the wire (1) and the gas (35) are so selected
that the following relationships are satisfied, at least upon the cooling preceding
the pearlitisation:


with, by definition:


D'ti being the inside diameter of the tube expressed in millimetres, Df being the diameter of the wire expressed in millimetres, λ' being the conductivity
of the gas determined at 600°C, this conductivity being expressed in watts.m⁻¹.°k⁻¹,
Log being the natural logarithm.
23. An installation (300) according to Claim 22, characterised in that one or more tubes
(33) are arranged in such a manner that after having cooled the wire (1) from a temperature
above the AC3 transformation temperature to a given temperature below the AC1 transformation
temperature, they make it possible to maintain the wire (1) at a temperature which
does not differ by more than 10°C plus or minus from said given temperature for a
period of time greater than the pearlitisation time by modulating the heat exchanges,
the following relationships being satisfied in the zone or zones of the tube or tubes
where the rate of pearlitisation is the fastest:
24. An installation (300) according to Claim 23, characterised in that said tube or tubes
(33) are so arranged that the temperature of the wire (1) does not differ by more
than 5°C plus or minus from said given temperature.
25. An installation (300) according to any one of Claims 23 or 24, characterised in that
the inside diameter (D'ti) of the tube or of at least one tube (33) varies in the pearlitisation means.
26. An installation (300) according to any one of Claims 23 to 25, characterised in that
it comprises several tubes (33), the lengths (L't) of which vary, in the pearlitisation means.
27. An installation (300) according to any one of Claims 21 to 26, characterised in that
it comprises means for cooling the wire (1) after pearlitisation.
1. Verfahren zur thermischen Behandlung von mindestens einem Draht (1) aus Kohlenstoffstahl,
zur Erzeugung eines homogenen Austenitgefüges, das folgende Merkmale aufweist:
a) Erhitzen des Drahts (1) durch Führen durch mindestens ein Rohr (2), das ein Gas
(4) praktisch ohne Zwangsventilation enthält, wobei das Gas (4) in direktem Kontakt
mit dem Draht (1) steht und die Erhitzungszeit des Drahts unter 4 Sekunden pro Millimeter
Drahtdurchmesser liegt;
b) die Kenngrößen des Rohrs (2), des Drahts (1) und des Gases (4) so gewählt sind,
daß folgende Beziehungen eingehalten werden:


mit den Definitionen


wobei Dti den Innendurchmesser des Rohrs, ausgedrückt in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts, ausgedrückt in Millimetern, λ die Wärmeleitfähigkeit
des Gases, gemessen bei 800 °C, ausgedrückt in Watt/mK und Log den natürlichen Logarithmus
bedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohr (2) von außen durch einen elektrischen Widerstand (6) erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas (4) im thermodynamischen Gleichgewicht mit dem Kohlenstoff des Stahls des
Drahts (1) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas (4) eine oberflächliche Recarbonisierung des Stahls des Drahts ermöglicht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas eine reduzierende Wirkung auf die Oberfläche des Drahts (1) hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
anschließend eine Perlitisierungsbehandlung auf dem Draht (1) vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
das folgende Merkmale aufweist:
c) Abkühlen des Drahts (1) von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur
AC3 bis auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1;
d) anschließende Durchführung der Perlitisierungsbehandlung bei einer Temperatur unterhalb
der Umwandlungstemperatur AC1;
e) Durchführung dieser Abkühlungs- und Perlitisierungsbehandlung durch Führen des
Drahts (1) durch mindestens ein Rohr (33), das ein Gas (35) praktisch ohne Zwangsventilation
enthält, wobei das Rohr von einem Wärmeträgerfluid umgeben ist, so daß eine Wärmeübertragung
vom Draht über das Gas und das Rohr auf das Wärmetauscherfluid abläuft;
f) die Kenngrößen des Rohrs (33), des Drahts (1) und des Gases (35) sind so gewählt,
daß mindestens während der Abkühlung vor der Perlitisierung die folgenden Beziehungen
eingehalten werden:


mit den Definitionen


wobei D'ti den Innendurchmesser des Rohrs, ausgedrückt in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts, ausgedrückt in Millimetern, λ' die Wärmeleitfähigkeit
des Gases, gemessen bei 600 °C, ausgedrückt in W/mK und Log den natürlichen Logarithmus
bedeuten.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
nach Abkühlen des Drahts (1) von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur
AC3 auf eine gegebene Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1 der Draht
während einer Zeit, die größer ist als die Perlitisierungszeit, auf einer Temperatur
gehalten wird, die um nicht mehr als 10 °C nach oben oder unten von dieser gegebenen
Temperatur abweicht, unter Modulation des Wärmeaustausches, wobei in dem oder den
Abschnitten des oder der Rohre (33), in denen die Perlitisierungsgeschwindigkeit am
größten ist, folgende Beziehungen eingehalten werden:
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Draht (1) auf einer Temperatur gehalten wird, die um nicht mehr als 5 °C nach
oben oder unten von dieser gegebenen Temperatur abweicht.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Modulation durch Verändern des Innendurchmessers (D'ti) des Rohrs (33) oder mindestens eines Rohrs (33) durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Modulation durch Verwendung mehrerer Rohre (33) durchgeführt wird, deren Länge
(L't) verändert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
anschließend der Draht (1) abgekühlt wird.
13. Vorrichtung (100) zur thermischen Behandlung von mindestens einem Draht (1) aus Kohlenstoffstahl
zur Erzeugung eines homogenen Austenitgefüges, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale
aufweist:
a) Sie umfaßt mindestens ein Rohr (2) und Mittel, die es ermöglichen, den Draht durch
das Rohr zu führen; das Rohr (2) enthält ein Gas (4) praktisch ohne Zwangsventilation
in direktem Kontakt mit dem Draht, wobei die Vorrichtung Mittel zum Erhitzen des Gases
umfaßt; die Mittel, die es ermöglichen, den Draht durch das Rohr zu führen sind so,
daß die Kontaktzeit des Drahts mit dem Gas kleiner als 4 Sekunden pro Millimeter Drahtdurchmesser
ist;
b) die Kenngrößen des Rohrs (2), des Drahts (1) und des Gases (4) sind so gewählt,
daß folgende Beziehungen eingehalten werden:


mit den Definitionen


wobei Dti den Innendurchmesser des Rohrs, ausgedrückt in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts, ausgedrückt in Millimetern, λ die Wärmeleitfähigkeit
des Gases, gemessen bei 800 °C, ausgedrückt in Watt/mK und Log den natürlichen Logarithmus
bedeuten.
14. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie einen elektrischen Widerstand (6) aufweist, der außen am Rohr angebracht ist,
um es zu erhitzen.
15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas (4) in thermodynamischem Gleichgewicht mit dem Kohlenstoff des Stahls des
Drahts ist.
16. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas (4) eine oberflächliche Recarbonisierung des Stahls des Drahts (1) ermöglicht.
17. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas (4) eine reduzierende Wirkung auf die Oberfläche des Drahts (1) ausüben kann.
18. Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie eine Umhüllung (9) aufweist, in der mehrere Rohre (2) angeordnet sind.
19. Vorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser (Df) des Drahts (1) sich von 0,4 bis 6 mm ändert.
20. Vorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
daß
sie die Behandlung von Drähten (1) mit einem Verhältnis der Durchmesser Df von 1 bis 5 ermöglicht.
21. Einrichtung (300) zur thermischen Behandlung von mindestens einem Draht (1) aus Hohlenstoffstahl,
die mindestens eine Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20 umfaßt.
22. Einrichtung (300) zur thermischen Behandlung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie nach der Austenitisierungsvorrichtung (100, 200) Mittel umfaßt, die es ermöglichen,
den Draht (1) abzukühlen und ein feines perlitisches Gefüge zu erhalten, wobei diese
Mittel folgende Merkmale aufweisen:
c) Diese Mittel zur Abkühlung und Perlitisierung umfassen mindestens ein Rohr (33),
das ein Gas (35) praktisch ohne Zwangsventilation enthält, wobei das Rohr von einem
Wärmeträgerfluid (37) so umgeben ist, daß eine Wärmeübertragung vom Draht über das
Gas und das Rohr auf das Wärmeträgerfluid abläuft;
d) die Kenngrößen des Rohrs (33), des Drahts (1) und des Gases (35) sind so gewählt,
daß mindestens während der Abkühlung vor der Perlitisierung die folgenden Beziehungen
eingehalten werden:


mit den Definitionen


wobei D'ti den Innendurchmesser des Rohrs, ausgedrückt in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts ausgedrückt in Millimetern, λ' die Wärmeleitfähigkeit
des Gases, gemessen bei 600 °C, ausgedrückt in Watt/mK und Log den natürlichen Logarithmus
bedeuten.
23. Einrichtung (300) nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein oder mehrere Rohre (33) so angelegt sind, daß sie nach Abkühlung des Drahts (1)
von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur AC3 auf eine gegebene Temperatur
unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1 es ermöglichen, den Draht (1) während einer
Zeit, die größer ist als die Perlitisierungszeit auf einer Temperatur zu halten, die
um nicht mehr als 10 °C nach oben oder unten von dieser gegebenen Temperatur abweicht,
durch Modulation des Wärmeaustausches, wobei die folgenden Beziehungen in dem oder
den Abschnitten des oder der Rohre, wo die Geschwindigkeit der Perlitisierung am größten
ist, eingehalten wird:
24. Einrichtung (300) nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß
das oder die Rohre (33) so angelegt sind, daß die Temperatur des Drahts (1) um nicht
mehr als 5 °C nach oben oder unten von der gegebenen Temperatur abweicht.
25. Einrichtung (300) nach einem der Ansprüche 23 oder 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Innendurchmesser (D'ti) des oder mindestens eines Rohres (33) in den Perlitisierungsmitteln ändert.
26. Einrichtung (300) nach einem der Ansprüche 23 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie in den Perlitisierungsmitteln mehrere Rohre (33) umfaßt, deren Länge (L't) sich ändert.
27. Einrichtung (300) nach einem der Ansprüche 21 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie Mittel aufweist, die es ermöglichen, den Draht (1) nach der Perlitisierung abzukühlen.