LU86003A1 - Procede de fabrication d'un tube d'acier sans soudure,a haute resistance - Google Patents

Description

» * » «* Λ > & ? fc C 2340/8507.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE/

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .

Procédé de fabrication d*un tube,d'acier sans soudure, à haute résistance.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un tube d'acier, sans soudure, à haute résistance. Les tubes visés par la présente invention sont destinés en particulier, mais pas exclusivement à l'industrie pétrolière. La description qui suit fera spécialement référence à cette application.

/ On sait que les puits résultant des forages exécutés par l'in dustrie pétrolière sont garnis d'un cuvelage constitué de tronçons de tubes d'acier assemblés par des manchons filetés.

Ces tubes sont habituellement réalisés en un acier contenant de 0,20 % à 0,50 % de carbone; ils sont fabriqués de façon classique, sans soudure, par perçage à chaud d'une ébauche cylindrique, réchauffage et laminage dans un laminoir approprié 2.- de type connu. Après refroidissement et stockage, ils sont à nouveau réchauffés, puis trempés et enfin revenus, afin d'acquérir les propriétés mécaniques désirées, notamment la limite d'élasticité et la dureté. Dans ce cas des tubes pour l'industrie pétrolière, les valeurs de ces propriétés sont fixées par des normes.

Ce traitement thermique final par réchauffage, trempe et revenu est très défavorable au point de vue économique, car il demande beaucoup de temps et il consomme de grandes quantités d'énergie.

Le but de la présente invention.est de remplacer ce traitement classique très coûteux, par un traitement plus rapide et permettant d'utiliser la chaleur de laminage.

En principe, ce but peut être atteint en recourant à la méthode de trempe et d'auto-revenu mise au point antérieurement par le présent demandeur. ’

On peut rappeler que cette méthode consiste à tremper superficiellement le tube à partir de sa température de laminage pendant un temps limité, de façon à former à sa surface une couche de martensite, puis au cours d'un refroidissement ultérieur dans l'air, de soumettre la couche de martensite à un revenu sous l'action de la chaleur restant dans les couches intérieures du tube à la fin de la trempe.

Pour des raisons technologiques liées au diamètre relativement faible de ces tubes, il n'est cependant possible de pratiquer ’ ce traitement de trempe et d'auto-revenu que par l'extérieur du tube. De ce fait, on crée un gradient de dureté marqué sur l'épaisseur de la paroi du tube? cela se traduit par une grande différence de dureté entre la surface extérieure et la surface intérieure du tube, la surface intérieure, non trempée,

» J

X

3.- étant sensiblement moins dure que dans le cas des tubes trempés dans la masse par la méthode classique.

Dès lors, pour qu'un tel tube trempé et auto-revenu présente une résistance moyenne comparable à celle d'un tube trempé dans la masse puis revenu de façon classique, on doit accepter Ià la surface extérieure du tube des duretés plus élevées.

s

La présence de structures présentant une dureté élevée constitue cependant un inconvénient sérieux. En effet, elle rend le tube extrêmement sensible à la corrosion par le sulfure d'hydrogène (E^S), ce qui le rend inutilisable dans les applications où il peut être exposé à cette substance. C'est le cas, en particulier, des tubes constituant le cuvelage des puits de forage pétrolier, pour lesquels la valeur maximum de la dureté superficielle est dans certains cas fixée par une norme.

La présente invention a précisément pour objet un procédé de fabrication, par trempe et auto-revenu, de tubes d'acier sans soudure présentant une dureté superficielle limitée.

A cet effet, le procédé qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on produit une ébauche cylindrique, on réchauffe la dite ébauche et on la lamine en un tube sans soudure, est essentiellement caractérisé en ce que l'on décarbure superficiellement la dite ébauche et en ce qu' après le laminage, on soumet le tube successivement a une trempe super-. ficielle à partir de la chaleur de laminage, de façon à former une couche périphérique de martensite et/ou de bainite, et à un refroidissement dans l'air, la durée de la trempe superficielle étant telle que la quantité de chaleur restant dans la partie non trempée du tube, à la fin de la trempe, est suffisante pour assurer un revenu de la couche périphérique au cours du refroidissement dans l'air.

Selon une mise en oeuvre particulière du procédé de l’inven tion, on réalise la dite décarburation au cours du réchauffage de l'ébauche cylindrique.

• I

4.- A cet égard, il s'est avéré avantageux d'effectuer le dit ré-chauffage de l'ébauche cylindrique sous une atmosphère décarburante ° *

Toujours selon l'invention, on vise à former dans le tube final une zone dêcarburée dont l'épaisseur est inférieure à 0,5 mm, et de préférence voisine de 0,2 mm.

A cet effet, on règle les conditions de la décarburâtion, en particulier la composition de l'atmosphère décarburante et/ou la durée du traitement de décarburation, de façon à former dans l'ébauche cylindrique une couche décarburée conduisant, après le laminage final, à la profondeur de décarburation désirée.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on soumet le tube à la dite trempe superficielle dès sa sortie de la dernière cage du laminoir.

Le procédé de l'invention va être décrit en détail à titre d' illustration,dans les exemples suivants.

Exemple 1.

On a soumis à des traitements comparatifs des tubes d'acier identiques, ayant un diamètre extérieur de 139 mm et une épaisseur de paroi de 6 mm. L'acier présentait la composition suivante : C = 0,2 %? Si = 0,25 %j Mn = 1,2 %? Cr = 0,2 %; il correspond à la qualité API N80.

» I ' 5 . -

Les traitements appliqués ont consisté en : (a) un laminage à chaud classique, suivi d'un refroidissement lent dans l'air calme; (état brut de laminage); (b) un laminage à chaud classique, suivi d'une trempe et d'un revenu également classiques; (c) un laminage à chaud classique, suivi d'une trempe superfi- „ cielle à partir de la chaleur de laminage et d'un auto revenu; (d) une décarburation superficielle de l'ébauche cylindrique, suivie d'un laminage à chaud, puis d'une trempe superfi- ‘ cielle à partir de la chaleur de laminage et d'un auto revenu, conformément au procédé de la présente invention.

Les valeurs de la limite d'élasticité (Rg) et de la charge de rupture (Rm) correspondant aux différents traitements appliqués sont données dans le tableau I qui suit. La figure 1 annexée représente les profils de dureté suivant un rayon d'une section du tube, obtenus par les différents traitements.

La norme relative aux tubes pour l'industrie pétrolière (API N80) impose que la dureté superficielle de ces tubes n'excède pas HRc = 23, pour garantir une résistance suffisante à la corrosion par le H2S.

A l'état brut de laminage (traitement a), le tube ci-dessus présente une dureté acceptable (HRc = 20), mais ses propriétés de résistance sont insuffisantes.

0 __ Après une trempe et un revenu classiques (traitaient b) , la ré sistance de l'acier a été améliorée et sa dureté est également conforme à la norme (HR = 22) .

c c 6.-

Une trempe superficielle suivie d'un auto-revenu (traitement c) permet d'atteindre le même niveau de résistance que le traitement classique (b), mais elle provoque une augmentation excessive de la dureté de la surface extérieure du tube (HR = 27), c jusqu'à une profondeur d'environ 0,2 mm.

En revanche, par le traitement de la présente invention, à savoir une décarburation superficielle de l'ébauche et une trempe superficielle et auto-revenu du tube (traitement cl), le niveau de résistance est également conservé, mais la dureté de surface est nettement réduite. Dans le cas présent, on a ainsi atteint une valeur HRc = 17, qui satisfait largement aux prescriptions de la norme.

Tableau I.

Tube n°1 : Acier API N80 C = 0,2 % - Mn = 1,2 % - Si = 0,25 % - Cr = 0,2 %

Traitement (a) (b) (c) (d)

Limite d'élasticité 500 620 620 620 (MPa)

Charge de rupture 700 820 810 810 (MPa)

Dureté de surface 20 22 27 17 (HKC)

!V

7.-

Exemple 2.

Un autre tube, présentant un diamètre extérieur de 133 mm et une épaisseur de paroi de 10mm, a été soumis aux mêmes traitements que dans l'exemple 1.

! La composition de l'acier et les valeurs des propriétés de ré sistance et la dureté de surface sont données au tableau II ci- •j dessous. La figure 2 représente les profils de dureté sur l'é-. ^ paisseur du tube, résultant des différents traitements appli qués.

Cette figure montre que le procédé, économique et rapide, de la présente invention permet d'atteindre une dureté superficielle modérée, même dans le cas d'aciers à haute résistance, et de garantir ainsi leur résistance à divers agents agressifs, notamment le H2S.

Tableau II.

i

Tube n°2.

C = 0,4 % - Mn = 0,8 % - Si = 0,3 % - Cr = 1 %

Traitement (a) (b) (c) (d)

Limite d'élasticité 600 730 720 720 (MPa)

Charge de rupture 800 960 940 940 (MPa)

Dureté de surface 26 29 35 25 i .· (HR ) c i k 5 f | t 8.- » ! Le procédé de la présente invention permet de profiter des I avantages, notamment économiques, de la méthode de trempe et d'auto-revenu à partir de la chaleur de laminage tout en respectant les limites de dureté requises. Il conduit d'ailleurs i à une distribution de dureté plus favorable que celle des tubes trempés dans la masse. En effet, la dureté est inférieure « à la valeur limite tant à la surface intérieure du tube, en raison de sa transformation en refroidissement lent, qu'à sa surface extérieure par suite de la décarburâtion. Les deux surfaces respectent donc la condition d'insensibilité à la corrosion par le H^S. En revanche, le tube traité par le procédé de l'invention présente, dans l'épaisseur de sa paroi, c'est-à-dire hors de portée des substances corrosives, une zone plus dure qui contribue à assurer la résistance requise.

j w

Claims (4)

1. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise la dite décarburation au cours du réchauffage de l'ébauche cylindrique.
2. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue le réchauffage de 1' ébauche cylindrique sous une atmosphère décarburante, en particulier une atmosphère réductrice.
3. 4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on règle les conditions de la décarburation, en particulier la composition de l'atmosphère dé- = carburante, et/ou la durée du traitement de décarburâtion, _ de telle façon que l'épaisseur de la zone décarburée du tube à l'état final soit inférieure à 0,5 mm, et de préférence voisine de 0,2 mm. 10.-
4. 5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on soumet le tube à la dite trempe superficielle dès sa sortie de la dernière cage du laminoir. ' 4> Des'. Hù· A ' *. -S .. JZ, r-r:· ;· λ psr- " sirSl 8.....psçr: c.-: üi-1·1- £ pzoet ce revef‘Ci;c.£t.on f?r?cpr öescrip’it ! ...r n /. UL’t; » .· Le· n'sa;'.u^:-'.r „ , r* . ' r- Me Aïe>fï Rfcncvtn? . „ /, » t l A j ; J ! ! i ÎAf^ " / -w. ' ^