Reduction of Residual Stresses in Cold Drawn Pearlitic Steel by a Soft Secondary Wire Diameter Reduction

Abstract

[EN] In this paper, the effects of the skin pass technique on the residual stress and plastic strain fields generated in cold drawn pearlitic steel wires are analyzed. The aim is to find out the optimal conditions to be used in the design of a manufacturing process for obtaining more reliable structural components in terms of the main cause of failure: the hydrogen embrittlement (HE). To achieve this goal, diverse numerical simulations were performed by using finite elements (FE) and considering, on one hand, the first step of a real cold drawing chain, using (i) a conventional drawing die and (ii) modified drawing dies with different soft diameter reductions, and, on the other hand, numerical simulations by FE of the hydrogen diffusion assisted by stress and strain states to estimate the hydrogen distributions. Obtained results revealed the secondary reduction degree as a key parameter in the die design for reducing the drawing-induced residual stress. According to the results, low values of the reduction ratio cause radial distributions of residual stress with significant reductions at both the wire core and at the wire surface. In addition, the hydrogen accumulation at the prospective damage zone (near the wire surface) given by FE simulations is lower in the wires drawn with modified drawing dies including a skin pass zone.

[ES] En este artículo, se analizan los efectos de la técnica de paso superficial (skin pass) sobre los campos de tensión residual y deformación plástica generados en alambres de acero perlíticos trefilados en frío. El objetivo es determinar las condiciones óptimas para ser utilizadas en el diseño de un proceso de fabricación para obtener componentes estructurales más confiables en términos de la principal causa de fallo: la fragilización por hidrógeno (HE). Para lograr este objetivo, se realizaron diversas simulaciones numéricas mediante elementos finitos (EF) y considerando, por un lado, el primer paso de una cadena de trefilado en frío real, utilizando (i) una matriz de trefilado convencional y (ii) matrices de trefilado modificadas con diferentes reducciones de diámetro blando, y, por otro lado, simulaciones numéricas por EF de la difusión de hidrógeno asistida por estados de tensión y deformación para estimar las distribuciones de hidrógeno. Los resultados obtenidos revelaron que el grado de reducción secundaria es un parámetro clave en el diseño de la matriz para reducir la tensión residual inducida por el trefilado. De acuerdo con los resultados, los valores bajos de la relación de reducción causan distribuciones radiales de la tensión residual con reducciones significativas tanto en el núcleo del alambre como en la superficie del alambre. Además, la acumulación de hidrógeno en la zona de daño prospectivo (cerca de la superficie del cable) dada por las simulaciones de elementos finitos es menor en los cables estirados con matrices de estirado modificadas que incluyen una zona de paso de piel.