FR2573439A1 - Acier a haute tenacite - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE COMPOSITION D'ACIER PARTICULIEREMENT ADAPTEE A LA FABRICATION DE CONDUITES SOUDEES PAR RESISTANCE ELECTRIQUE POUR EMPLOI DANS DES ENVIRONNEMENTS TRES HOSTILES ET APTE A AFFICHER UNE EXCELLENTE RESISTANCE AUX AGENTS CORROSIFS ET UNE HAUTE TENACITE. LA TENEUR EN ALUMINIUM DE LA COMPOSITION D'ACIER EST REDUITE A PAS PLUS DE 0,005, ALORS QUE DE 0,006 A 0,2 AU TOTAL DE TITANE OU DE ZIRCONIUM OU DE TITANE ET DE ZIRCONIUM EST UTILISE A SA PLACE POUR UN ACIER CONTENANT DE 0,0005 A 0,008 CA. L'ACIER, EN DEHORS DU FER ET DES IMPURETES INEVITABLES, CONTIENT EN OUTRE:0,01 A 0,35 C;0,02 A 0,5 SI;0,1 A 1,8 MN;PAS PLUS DE 0,015 P, ET PAS PLUS DE 0,003 S. CU, NI, CR, MO, NB ET V PEUVENT ETRE AJOUTES DANS LES QUANTITES APPROPRIEES DE MANIERE A AMELIORER LES PERFORMANCES DE L'ACIER.

Description

1. La présente invention concerne une composition

d'acier à haute ténacité, qui présente une excellente ré-

sistance aux agents corrosifs et convient pour être utili-

sée dans la fabrication de conduites en acier soudé par ré-

sistance électrique. En particulier, l'acier peut présenter une excellente résistance à la formation des fendillements

provoqués par l'hydrogène sulfuré humide contenu dans l'en-

vironnement, comme cela est souvent le cas, par exemple, dans les opérations de forage et de production des puits

de pétrole et de gaz naturel et dans les pipelines de pé-

trole et de gaz naturel. L'acier peut en outre présenter

une ténacité supérieure aux basses températures.

Le pétrole et le gaz naturel produits ces der-

nières années contiennent fréquemment de l'hydrogène sulfu-

ré, et dans le cas o de l'eau de mer ou de l'eau fraîche se trouvent présentes avec lui, l'acier, par exemple, des pipelines est aminci sous l'effet de la corrosion de la surface et en outre il se produit des fendillements, par suite de l'invasion de l'acier par l'hydrogène produit à sa surface à la suite de la corrosion; cela est à l'origine 2. de divers problèmes difficiles. De tels fendillements sont différents de ceux dus aux contraintes provoquées par l'hydrogène sulfuré, bien connus dans le cas des aciers de haute tension,et leur occurrence a été observée même si aucune contrainte extérieure n'est appliquée.

Ce type de fendillement a pour origine la pres-

sion de l'hydrogène gazeux qui est formée par l'accumula-

tion et la gazéification de l'hydrogène à partir de l'en-

vironnement aux frontières entre la matrice d'acier et les

inclusions d'hydrogène sulfuré du type de la norme japonai-

se JIS, inclusions telles que celles de MnS qui existent dans l'acier sous forme d'inclusions allongées dans le sens de laminage. Les inclusions d'hydrogène sulfuré du type JIS "A" telles que MnS, comme mentionné ci-dessus, ont la forme d'encoches pointues qui servent de noyaux pour les fendillements; les fendillements se développent à partir d'eux pour former des crevasses parallèles à la

surface de la plaque, et ces crevasses parallèles à la sur-

face de la plaque sont interconnectées les unes avec les 2)9 autres dans le sens de l'épaisseur. Les fendillements de ce

type sont désignés ci-après par l'expression "fendille-

ments induits par l'hydrogène".

On a consacré jusqu'à ce jour diverses études

aux aciers présentant de la résistance à de tels fendille-

ments induits par l'hydrogène et proposé des aciers di-

vers. Ceux-ci ont pour objet d'éviter la formation de fendillements par l'addition d'éléments tels que Cu et Co, la réduction de la quantité de MnS en réduisant la teneur en S pour la porter à un niveau extrêmement bas, et la fixation de S par l'addition d'éléments tels que Ca et d'éléments des terres rares; cela est décrit typiquement

dans les brevets japonais n Sho 57-17065 et n Sho 57-16184.

Avec l'utilisation de ces arts antérieurs on a développé

jusqu'à maintenant des aciers présentant une certaine ré-

sistance à des environnements dont la sévérité pouvait 3.

être tolérée.

On fabrique maintenant des conduites soudées par résistance électrique en formant des-tôles bobinées à

chaud en soudant leurs bords par soudage par résistance élec-

trique. Par conséquent, étant essentiellement différente d'une tôle en acier, une conduite soudée par résistance électrique comporte naturellement une partie soudée et une

zone affectée par la chaleur lors du soudage. Mais on a ra-

rement étudié jusqu'ici la résistance aux agents corrosifs de l'acier dans la partie soudée et autour de celle-ci. Cela est dû au fait qu'on considère traditionnellement que la

partie soudée et la région environnante présentent une ré-

sistance satisfaisante aux agents corrosifs dans le cas d'une conduite soudée par résistance électrique dite "à cercle unique" qu'on fabrique par soudage par résistance électrique des parties latérales de l'acier. La raison en est que, dans les procédés de fabrication classiques,les

emplacements o il y a accumulation des inclusions d'hyro-

gène sulfuré du type JIS "A", telles que MnS sont largement les parties de ségrégation V et de ségrégation V inversé dans le cas d'un lingot de grandes dimensions et dans le cas d'une brame coulée en continu, à la partie centrale de ségrégation. Par conséquent, il y a rarement des inclusions de ce type aux parties latérales de la tôle en acier. Une

autre raison est qu'il n'existe presque aucune micro-ségré-

gation aux bords, car l'emplacement o une telle micro-

ségrégation de Mn et P, laquelle accélère la formation de

fendillements parallèles à la surface de la tôle, est lar-

gement le même que dans le cas des inclusions d'hydrogène

sulfuré du type JIS "A".

D'autre part, dans le cas d'une conduite soudée par résistance électrique dite à bobine fendue, qui est fabriquée après division d'une bobine chaude en deux ou plusieurs bandes dans le sens de la largeur, on a admis

qu'il peut se former des fendillements induits par l'hydro-

gène, car l'un des bords ou les deux bords devant être 4. soudés correspondent aux parties de ségrégation centrale

ou en V inversé qui sont hautement sujettes aux fendille-

ments induits par l'hydrogène. Dans ce cas, on a consi-

déré simplement comme étant des mesures suffisantes pour évi-

ter les fendillements la simple réduction des inclusions d'hydrogène sulfuré du type JIS "A", telles que MnS, et

la prévention de la formation des micro-ségrégations.

Par contraste avec ce qui précède, après des études détaillées de la résistance aux agents corrosifs de la partie soudée de conduites soudées par résistance électrique, les présents inventeurs ont trouvé que des fendillements induits par l'hydrogène sont parfois formés même lorsqu'il n'existe pas d'inclusions du type hydrogène sulfuré telles que MnS, et que des fendillements induits par l'hydrogène peuvent se développer dans une direction

perpendiculaire à la surface de la tôle dans la partie sou-

dée - et cela est très différent du cas d'une tôle non sou-

dée.En outre, ils ont trouvé que des fendillements in-

duits par l'hydrogène sont également formés dans le cas d'un matériau à cercle unique dans lequel la formation de micro-ségrégations est essentiellement rare aux bords de la tôle. Alors que la formation de fendillements de ce type n'est pas connue, il s'agit d'un problème similaire ou plus sérieux

que celui des fendillements induits par l'hydrogène parallé-

lement à la surface du matériau de la tôle. En outre, on a trouvé que des fendillements de ce type se forment même

dans le cas des conduites soudées par résistance électri-

que, et qui sont fabriquées à partir d'un acier dans lequel on a pratiqué les contre-mesures classiques tendant à lutter

contre la formation des fendillements induits par l'hydro-

gène, et qu'on ne peut éviter les fendillements en appli-

quant les méthodes classiques.

D'autre part, les régions de production du pétrole et du gaz naturel se sont étendues ces dernières années 3_ pour atteindre des zones extrêmement froides, telles que j. l'Alaska, l'URSS et l'Océan Arctique, et il est nécessaire dans le cas d'un pipeline devant être utilisé dans ces

régions que tant le matériau de base que les parties sou-

dées présentent une excellente ténacité aux basses tempé-

ratures. Il va sans dire que la résistance aux agents cor-

rosifs est également nécessaire en même temps que la téna-

cité aux basses températures dans le cas o de l'hydrogène

sulfuré est acheminé dans les produits sous forme de flui-

de.

Dans une conduite soudée par résistance électri-

que, la partie soudée a généralement une ténacité infé-

rieure par rapport à celle du matériau de base. Par consé-

quent, on a procédé à diverses études de la fabrication d'une conduite soudée par résistance électrique ayant une

excellente ténacité, comprenant la partie soudée et a pro-

posé à cet égard diverses méthodes et conduites en acier.

Comme cela est typiquement représenté dans, par exemple, les demandes de brevet japonais publiées n Sho 54-136512 et Sho-57-140823 et dans les brevets japonais Sho 58-53707

et Sho 58r53708, on a proposé une amélioration de la téna-

cité du matériau de la plaque en limitant les températures de finition et de bobinage dans le procédé de laminage à chaud, en contrôlant la taille des grains par limitation de la vitesse de refroidissement après la fabrication des

conduites, en réduisant la quantité de N en solution soli-

de dans l'acier, et un procédé de raffinage de la taille des grains par l'addition de Nb ou de V. Par conséquent, on a développé jusqu'à maintenant, en utilisant ces arts, des conduites soudées par résistance électrique présentant

une ténacité tolérable. Cependant, ces conduites sont des-

tinées à être utilisées dans des environnementsordinai-

res sans prise en considération de leur emploi dans les en-

vironnements o des agents corrosifs sont présents, tels

que ceux contenant de l'hydrogène sulfuré et de l'eau.

A la suite d'études poussées qu'ils ont également 6.

effectuées sur la ténacité de la partie soudée d'une con-

duite soudée par résistance électrique (SRE), les pré-

sents inventeurs ont trouvé qu'il y a de nombreux cas o la partie soudée d'une conduite SRE résistant aux agents corrosifs a une ténacité nettement inférieure à celle de son matériau de base, et qu'une telle conduite en acier ne

peut être améliorée par application des divers arts clas-

siques mentionnés ci-dessus.

A la suite d'autres études effectuées sur la

mise au point d'une nouvelle conduite SRE ayant une excel-

lente résistance aux fendillements de type assez nouveau

induits par l'hydrogène, qui sont perpendiculaires à la sur-

face de la plaque, tout en ayant une ténacité supérieure,

les présents inventeurs ont trouvé que la cause de l'appa-

rition des fendillements induits par l'hydrogène et de

l'abaissement de la ténacité à la partie soudée d'une con-

duite SRE est l'existence d'inclusions aplaties d'oxyde dans la partie soudée et la zone affectée par la chaleur,

à moins de 100 pm des deux côtés de la conduite. On a d'au-

tre part trouvé que, parmi les inclusions aplaties d'oxyde, les inclusions présentant un rapport supérieur à 2 entre leur longueur dans le sens de l'épaisseur, de la plaque et la longueur dans la direction circonférentielle et ayant leur grand diamètre supérieur à 10 pm, inclusions existant dans la section en coupe située à moins de 100 pm des deux côtés de la partie soudée, peuvent servir de noyaux pour l'apparition de fendillements induits par l'hydrogène. En outre, lorsque le nombre d'inclusions d'oxyde ayant une taille supérieure à 10 pm dans leur grand diamètre dépasse 5 par mm2 de la section en coupe, les fendillements induits par l'hydrogène se développent à partir des noyaux pour se

rejoindre et former des fendillements macroscopiques.

Selon d'autres études entreprises par les pré-

sents inventeurs, on a trouvé que la quasi-totalité des inclusions sphériques d'oxyde existant antérieurement dans 7.

le matériau de base est chauffée à proximité du point de fu-

sion de l'acier au cours du soudage par résistance électrique, et est alors comprimée à partir des deux côtés de la soudure

avec l'utilisation d'un rouleau de compression; ces inclu-

sions sont ainsi déformées pour prendre une configuration aplatie. Sur la base des connaissances et des découvertes mentionnées ci-dessus, l'un des présents inventeurs a déjà déposé un brevet japonais n Sho 59-70546, ayant pour objet D une conduite SRE présentant une excellente résistance aux agents corrosifs. Le point essentiel de la divulgation est que, parmi les inclusions d'oxyde contenues dans la région de 100 pm sur les deux côtés du cordon de soudure, il n'y

en a pas plus de 5 par mm2 de section en coupe ayant un rap-

port supérieur à 2 entre la longueur dans le sens de l'épais-

seur et la longueur dans la direction circonférentielle

au droit de la section en coupe et ayant une taille supérieu-

re à 10 pm dans le sens du grand diamètre.

Alors que la désoxydation fut effectuée dans ce cas avec l'utilisation de Al comme dans l'art antérieur, en

partant de la considération selon laquelle on peut amélio-

rer la résistance aux agents corrosifs et la ténacité de la partie soudée par une sélection appropriée des éléments constituants, différant du moyen mentionné ci-dessus, on a étudié d'autres constituants et à la suite de cette étude

proposé l'utilisation de Ti et Zr.

Ti a rarement été utilisé dans l'art antérieur comme élément désoxydant, mais récemment on a décrit dans une demande de brevet japonais publiée ayant pour n 58-204117 un procédé de fabrication d'acier,- qui donne une excellente ténacité à la zone affectée par la chaleur, même si celle-ci est soumise à une chaleur de soudage élevée, par l'addition de divers éléments d'alliage comprenant Ti pour la formation d'oxydes. Cependant, ce procédé n'a pas pour 3: objet d'améliorer la résistance aux agents corrosifs et 8. d'autre part la teneur en oxygène, qui est normalement

réduite à une valeur rmssi faible que possible pour assu-

rer une excellente résistance aux agents corrosifs, est très élevée et située dans ce cas là dans la plage 150 - 50 ppm. Par conséquent, il est évident qu'un acier à haute ténacité présentant une excellente résistance aux

agents corrosifs pour conduites SRE ne peut être fabri-

qué en utilisant cet art antérieur.

Une conduite SRE dans laquelle la résistance à une corrosion sélective à la partie soudée est améliorée par limitation de la teneur en A1 à pas plus de 0,01 % et addition d'un ou de plusieurs éléments choisis dans le

groupe comprenant Ti, Zr et Y suivant une quantité compri-

se entre 0,05 - 0,3 % au.total, est décrite dans le bre-

vet japonais Sho 59-14536.Cependant, dans cet art, la rai-

son de la limitation de la teneur en A1 est d'éviter le raf-

finage des grains cristallins dans le voisinage de la par-

tie soudée, et la raison de l'addition de Ti, Zr et Y de former des sulfures insolubles de ces éléments. L'objet est par conséquent d'améliorer la résistance à une corrosion

sélective à la partie soudée; l'amélioration de la résistan-

ce aux agents corrosifs et de la ténacité du matériau de

base et de la partie soudée n'est pas prise en considéra-

tion. Dans cet art, étant donné qu'on évite le raffinage des grains autour de la partie soudée, la ténacité est plutôt détériorée, et aucune contre-mesure du tout n'est

prise sur l'existence d'inclusions d'oxyde qui ont un ef-

fet néfaste sur l'amélioration de la résistance aux agents corrosifs et de la ténacité à la partie soudée, et, par conséquent, il est impossible de produire un acier à haute ténacité, qui présente une excellente résistance aux agents corrosifs, pouvant être utilisé dans la fabrication

d'une conduite SRE.

- Dans le but d'ajouter quelques mots à titre de référence il est bien connu dans l'art que Ti ajouté à un acier est efficace pour augmenter la ténacité, à la zone affectée par la chaleur lors du soudage, du métal de la soudure et du matériau de base. Cependant, dans le cas ou Ti est ajouté à un acier ou Ti est contenu dans le métal de soudure avec un tel objectif, le principal effet atten- du est la formation de TiN et TiC, et la désoxydation

de l'acier afin de réduire suffisamment sa teneur en oxy-

gène et éviter la formation des oxydes de Ti, doit être ef-

fectuée avec l'utilisation de A1 comme dans l'art classi-

que.

Dans ces circonstances, les présents inventeurs ont poursuivi leurs études et trouvé, après une analyse

détaillée, que la déformation des inclusions d'oxyde est re-

marquable lorsque l'oxyde est constitué d'un oxyde complexe

de CaO et A1203, et que la déformation est particulière-

ment frappante lorsque des constituants tels que CaS et SiO2

sont mélangés ensemble.

Les présents inventeurs ont en outre étudié une conduite SRE dans laquelle la partie soudée est supérieure non seulement quant à la résistance aux agents corrosifs, mais également quant à la ténacité, et ont trouvé qu'on

peut remarquablement améliorer la résistance aux agents cor-

rosifs et la ténacité de la partie soudée par réduction

de la teneur en Al ajouté de manière classique principale-

ment à des fins de désoxydation, qu'on peut encore amélio-

rer la résistance aux agents corrosifs et la ténacité de la partie soudée en utilisant Ti ou Zr à la place de Al

comme élément désoxydant.

Par conséquent, la présente invention prévoit

une composition d'acier à haute ténacité ayant une excellen-

te résistance aux agents corrosifs et pouvant être utili-

sée dans la fabrication de conduites SRE, comprenant (en pourcentages en poids): 0,01 - 0,35 % C, 0,02 - 0,5 % Si, 0,1 - 1,8 % Mn, 0,0005 - 0,008 % Ca, 0,006 - 0,2 % au total de Ti ou Zr ou de Ti et Zr, pas plus de 0, 005 % Al, pas 10. plus de 0,015 % P, pas plus de 0,003 % S, le reste étant

du fer et les impuretés inévitables.

En outre, l'acier peut contenir un ou plusieurs des éléments suivants: 0, 20 - 0,60 % Cu, 0,1 - 1,0 % Ni et 0,2 - 3,0 % Cr. De plus, l'acier peut contenir un ou plu-

sieurs des éléments suivants: 0,10 - 1,0 % Mo, 0,01 -

0,15 % Nb et 0,01 - 0,15 % V.

La caractéristique la plus importante de l'in-

vention réside dans le fait que la teneur en Ai est limitée 19 de manière à avoir une faible valeur ne dépassant pas 0,005 % afin d'éviter la formation d'inclusions facilement

déformables au cours du soudage par résistance électri-

que à des fins de couture, et que Ti et/ou Zr sont ajoutés

à titre d'éléments de désoxydation à la place de Ai.

13 On expliquera maintenant les raisons de la défini-

tion des plages des constituants de l'acier de la présen-

te invention.

C est un élément de base pour augmenter de maniè-

re la plus régulière possible la résistance d'un acier et à cet effet il est nécessaire d'ajouter au moins 0,01 % de C. Cependant, C a un effet indésirable sur la ténacité d'un acier lorsque sa teneur dépasse 0,35 %. Par conséquent,la

teneur en C est limitée à 0,01 - 0,35 %.

Si est un élément essentiel pour l'amélioration

de la résistance, et au moins 0,02 % de Si doit être pré-

sentmais sa limite supérieure est définie à 0,5 % dans

le but d'assurer la ténacité.

Mn est également un élément essentiel pour l'amé-

lioration de la résistance, et au moins 0,1 % de Mn doit être présent, mais sa limite supérieure est définie à 1,8 % dans le but d'assurer les propriétés désirées de

soudage et de ténacité.

Ca est un élément très effectif pour améliorer la résistance-aux agents de corrosion, car il fixe S dans 52 l'acier sous forme de CaS afin d'éviter la formation de MnS, 11. de sorte que sa teneur ne doit pas être inférieure à 0,0005 %, mais sa limite supérieure doit être 0,008 % car des inclusions de grande taille constituées principalement -de CaS-CaO sont formées lorsque la teneur dépasse cette limite supérieure.

Ti et Zr sont des éléments importants de la déso-

xydation pour remplacer A1. Ces éléments sont définis com-

me étant présents dans la plage allant de 0,006 à 0,2 % au total, car avec une quantité totale inférieure à

0,006 %, ils ne produisent aucun effet pratique de désoxy-

dation et, d'autre part, avec une quantité totale supérieure

à 0,2 % ils détériorent la ténacité de l'acier.

La raison pour laquelle Ti ou Zr ou Ti et Zr remplacent A1 dans la présente invention s'explique de la façon suivante. Dans l'étude des fendillements induits par l'hydrogène et des fractures de la section en coupe

d'une conduite en acier, lors d'essais aux chocs, on a trou-

vé que, dans le cas de la désoxydation avec utilisation de Ti et/ou Zr, l'oxyde complexe constitué des deux éléments et de Ca comme constituants principaux ne peut se déformer facilement pendant le processus SRE et les inclusions

sont très fines, ayant une taille de 1 pm ou moins.

D'autre part, A1 forme des inclusions se déformant facilement en combinaison avec Ca et O lors du processus SRE, de sorte que sa teneur doit être limitée à pas plus de 0,005 % mais il est souhaitable qu'elle soit aussi faible

que possible.

La teneur en P doit être limitée de manière à ne pas être supérieure à 0, 015 %, car il s'agit d'un élément qui accélère la propagation des fendillements induits par

l'hydrogène dans le matériau de base.

S se combine avec Mn pour former MnS qui agit en

sites d'amorçage pour les fendillements induits par l'hydrogè-

ne dans le matériau de base, de sorte que sa teneur doit

être limitée à pas plus de 0,003 % afin d'assurer la résis-

tance du matériau de base aux agents corrosifs.

12. La présente invention sera bien comprise lors

de la description suivante faite en liaison avec les des-

sins ci-joints dans lesquels:

La figure 1 est un schéma de la zone o exis-

E tent des inclusions d'oxyde déformées en forme de plaque à la partie d'assemblage d'une conduite SRE, et à ses deux côtés; La figure 2 représente la zone d'une conduite dans laquelle on a prélevé un échantillon d'essai; La figure 3 représente le sens dans lequel est effectué un test aux ultrasons;

Les figures 4 et 5 représentent, respective-

ment, la relation entre la teneur en AI ou Ti dans l'acier

et le rapport des aires des fendillements induits par l'hy-

drogène dans la direction perpendiculaire à la surface de la plaque à la partie soudée; et Les figures 6 et 7 représentent, respectivement, la relation entre la teneur en A1 ou Ti dans l'acier et

la différence dans la température de transition d'appari-

tion de fractures, AvTrs, entre le matériau de base et

la partie soudée.

En liaison tout d'abord avec la figure 1, on a représenté une section d'une partie de conduite 1 en acier soudée électriquement, comportant une couture 2 en soudure faite électriquement. Des inclusions d'oxyde se

produisent dans les zones 3 affectées par la chaleur de cha-

que côté de la couture en soudure 2, et les inclusions d'oxy-

de qui servent de noyaux pour les fendillements induits par l'hydrogène se produisent à l'intérieur des zones Z1

et Z s'étendant sur 100 im de chaque côté de la couture 2.

De tels fendillements se produisent si les inclusions pré-

sentent un rapport entre leur longueur dans le sens de

l'épaisseur de la plaque et leur longueur circonférentiel-

le supérieur à 2, avec le grand diamètre supérieur à 10 Pm, et s'il y a un nombre d'inclusions supérieur à 5 13. par mm2 de la section en coupe, alors les fendillements développés à partir des noyaux se rejoignent pour former

des fendillements macroscopiques.

On décrira maintenant la raison pour laquelle la teneur en A1 est limitée à la gamme mentionnée ci-dessus.

Elle est basée sur le résultat des expériences suivantes.

Les aciers utilisés pour les expériences suivan-

tes avaient la composition de base suivante: 0,09 - 0,11 % C, 0,20 - 0,22 % Si, 0,87 - 1,01 % Mn, 0,005 - 0,007 % P, 0,001 - 0,002 % S et 0,0020 0,0031 % Ca, et on étudia l'effet de Al, Ti et Zr sur leur résistance aux agents

corrosifs et sur leur ténacité.

Dans la fabrication des échantillons d'essai, on prépara d'abord par fusion et laminage à chaud des plaques d'acier ayant la composition précédente et une épaisseur de 11 mm, et fabriqua des conduites en faisant appel à un

procédé SRE ordinaire servant à la fabrication des condui-

tes SRE. Une normalisation des coutures (normalisation de la partie soudée) fut appliquée à la partie soudée,

t; à une température de 1020 C.

A partir de ces conduites SRE ayant une épais-

seur de paroi t1 = 11 mm (comme représenté dans la figure 2), on prépara des échantillons d'essai 5 ayant une épaisseur t2 = 9 mm comprenant la partie soudée, une largeur w = 20 mm

et une longueur 1 = 100 mm, pour l'évaluation de la résistan-

ce aux agents corrosifs. Dans le dessin, la référence 4 représente le sens du soudage. De plus, on prépara des

échantillons d'essai à partir des matériaux de base eux-

mêmes ayant les mêmes dimensions et la même forme que pré-

cédemment, pour le même test.

Quant à la méthode d'évaluation de la résistan-

* ce aux agents corrosifs, on immergea un échantillon d'es-

sai tel que mentionné ci-dessus dans une solution constituée d'une solution aqueuse de NaCl à 5 % saturée de H2S et à laquelle on avait ajouté CH3COOH suivant une quantité de 14. 0,5 % (' C, pH: 2,8 - 3,8) pendant 96 heures, de manière

à déterminer la formation de fendillements. Pour la détermi-

nation de l'occurrence des fendillements, on soumit l'échan-

tillon d'essai 5 comprenant la partie soudée électriquement à une inspection des fendillements par ultrasons, aux deux

sections dans les directions P et R comme représenté en figu-

re 3, puis on observa les sections au microscope à des fins d'évaluation. Dans la figure P représente le sens de

la recherche des fendillements aux ultrasons pour la détec-

1) tion des fendillements parallèles à la surface de la plaque,

et R la direction de la recherche des fendillements aux ul-

trasons pour la détection des fendillements perpendiculai-

res à la surface de la plaque. Dans le cas o l'échantil-

lon était prélevé dans le matériau de base lui-même, la recherche des fendillements ne fut effectuée que dans la direction P. D'autre part, pour l'évaluation de la ténacité

on effectua un essai au choc Charpy en utilisant des échan-

tillons JIS n 4. On prépara les échantillons dans le sens

C (transversal) de la conduite SRE en ménageant une entail-

le dans le matériau de base ou à la partie de soudure, et détermina la différence de la température de transition d'apparition des fractures, AvTrs, entre le matériau de base et la partie soudée ( = [vTrs dans le matériau de

base] - [vTrs à la partie soudée]).

Les figures 4 et 5 représentent respectivement la relation entre la teneur en Al ou Ti de l'acier et le

rapport des aires des fendillements induits par l'hydro-

gène dans le sens perpendiculaire à la surface de la plaque

9e à la partie soudée. Comme le représente clairement la figu-

re 4, en diminuant la teneur en A1 de l'acier, le rapport des aires desfendillements induits par l'hydrogène diminue remarquablement, et il est également clair que le rapport

peut être pratiquement rendu nul pour la première fois lors-

que la teneur en Al n'est pas supérieure à 0,005 %. Par 15. contraste, comme le montre clairement la figure 5 représentant le rapport des aires, dans le cas o Ti est ajouté à l'acier de la présente invention ne contenant

pas plus de 0,005 % de Al, le rapport des aires des fen-

dillements induits par l'hydrogène dans la direction per- pendiculaire à la surface de la plaque à la partie soudée est pratiquement nul même lorsque Ti est ajouté dans une

quantité non inférieure à 0,006 %. Ainsi, il est claire-

ment indiqué que la résistance aux agents corrosifs est excellente. Le rapport pour les fendillements induits par

l'hydrogène dans le sens parallèle à la surface de la pla-

que est excellent tant dans la partie soudée que dans les matériaux de la tôle avec un rapport des aires supérieur

à 5 %.

Les figures 6 et 7 représentent respectivement la

relation entre la teneur en A1 ou Ti de l'acier et la diffé-

rence dans la température de transition d'apparition des fractures entre le matériau de base et la partie soudée,

AvTrs. Comme représenté en figure 6, AvTrs commence à dimi-

nuer lorsque la teneur en Al dépasse 0,005 %, et la diminu-

tion est remarquable lorsque la teneur en Al dépasse 0,010 %. Cela signifie après tout que vTrs de la partie soudée augmente remarquablement par rapport au vTrs du

matériau de base. D'autre part, comme le montre claire-

ment la figure 7 concernant le cas o la teneur en Ti est modifiée par limitation de la teneur en A1 à pas plus de

0,005 %, la ténacité n'est pas détériorée mais au contrai-

re améliorée, même par augmentation de la teneur en Ti à plus de 0,006 %. On peut obtenir des résultats similaires dans le cas o Zr est utilisé à la place de-Ti ou lorsque Ti et Zr sont Utilisés en combinaison. De cette façon, en ajoutant Ti et/ou Zr tout en limitant la teneur en A1,

il est possible d'obtenir simultanément la résistance ex-

cellente désirée contre les agents corrosifs et la haute

ténacité tant dans le matériau de base que dans la par-

tie soudée.

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16. Avec la composition de base du présent acier

telle qu'elle est définie ci-dessus, soit l'un des élé-

ments suivants ou plusieurs de ces éléments, Cu, Ni et Cr, peuvent être ajoutés, soit l'un ou plusieurs des éléments suivants, Mo, Nb et V, soit même un ou plusieurs de l'un

quelconque de ces éléments peuvent être ajoutés dans cer-

tains cas, en fonction de l'emploi final envisagé pour

l'acier de la présente invention.

Cu, Ni et Cr sont tous efficaces pour augmenter

la résistance à la corrosion du matériau de base et évi-

ter l'entrée d'hydrogène dans l'acier.

La teneur en Cu est limitée à 0,20-0,60 %, car avec moins de 0,20 % le cuivre n'est pas pratiquement

effectif et à plus de 0,60 % il produit des effets néfas-

tes sur l'aptitude au travail à chaud.

La teneur en Ni est limitée à 0,1 - 1,0 % car avec moins de 0,1 %., le nickel n'a pas d'effet pratique et

avec plus de 1,0 % il a tendance à induire des fendille-

ments par contraintes dues au sulfure. Ni peut être ajou-

té dans la gamme mentionnée ci-dessus en même temps que Cu afin d'éviter la fragilité aux hautes températures

due à Cu. L'addition de Ni à cet effet ne sort pas du ca-

dre de la présente invention.

Cr n'a pas d'effet lorsqu'il est présent suivant une quantité inférieure à 0,2 % et abaisse la ténacité de l'acier lorsqu'il est présent suivant une quantité

supérieure à 3,0 %, de sorte que la plage de Cr est limi-

tée à 0,2-3,0 %. Il est en outre possible d'utiliser Cr pratiquement comme élément permettant d'augmenter la résistance et la ténacité d'un acier dans lequel la teneur en Mn est limitée à moins de 0,6 % dans le but d'empêcher la formation de MnS. La teneur définie de Cr ajouté afin d'augmenter la résistance et la ténacité d'un acier ne

s'écarte en aucun cas du domaine de la présente invention.

En outre, tous les éléments Mo, Nb et V sont 17. efficaces pour augmenter la résistance d'un acier, et 0,10 % ou plus de Mo et 0,01 % ou plus soit de Nb ou

V soit de Nb et V sont efficaces pour augmenter égale-

ment la résistance.Cependant la ténacité est détériorée lors-

que la teneur en Mo dépasse 1,0 % et la teneur soit de Nb soit de V dépasse 0,15 %, de sorte que la teneur en Mo est

limitée à 0,10 - 1,0 % et les teneurs de Nb et V sont limi-

tées respectivement à 0,01 - 0,15 %.

L'utilisation des éléments d'alliage mentionnés ci-dessus indépendamment et en combinaison dans les plages définies antérieurement ne présente aucun obstacle pour les effets et objets fondamentaux de la composition d'acier

de la présente invention.

S'agissant des impuretés dans l'acier de la pré-

sente invention, plus de 0,010 % de N est fâcheux car l'ap-

titude au soudage est détériorée et pas plus de 0,010 % n'a d'influence remarquable sur la qualité de l'acier, mais, en considérant l'influence sur les contraintes dues au

vieillissement et la ténacité de parties soudées circulai-

rement, il est souhaitable de réduire la teneur en N de ma-

nière à ce qu'elle soit aussi basse que possible. D'autre

part, dans le but d'utiliser effectivement Ca pour la fixa-

tion de S et d'un sulfure sans formation d'oxydes de Ca,

la teneur en O doit être limitée à une quantité ne dépas-

sant pas 0,004 %, mais il est souhaitable qu'elle soit

aussi faible que possible.

Quant au procédé de fabrication de l'acier de la présente invention, fondamentalement l'acier peut être

laminé à chaud, mais on peut également utiliser des procé-

dés tels que le refroidissement contrôlé immédiatement après le laminage à chaud, et la normalisation, le revenu, le revenu par refroidissement du produit laminé, qui sont industriellement appliqués pour la fabrication de

matériaux en acier.En outre, des procédés tels que la nor-

malisation, le retenu et le revenu par refroidissement 18. peuvent être appliqués partiellement ou totalement à une

conduite SRE fabriquée avec l'acier de la présente inven-

tion. Le choix des procédés appropriés devant être utili-

sés peut être décidé en fonction de l'obligation d'avoir à

assurer des propriétés caractéristiques telles que la résis-

tance et la ténacité.

En outre,lun des objets de l'utilisation de Ti -

et/ou Zr pour la désoxydation de la présente invention est d'employer Ca pour fixer effectivement S, par réduction de

la teneur en oxygène dans l'acier à l'état fondu, de sor-

te que la désoxydation de l'acier avec l'utilisation de Ti et/ou Zr doit être effectuée avant l'addition de Ca,

et en outre il est souhaitable de réduire la teneur en oxy-

gène dans l'acier à l'état fondu par un traitement sous vi-

de tel que le traitement dit RH après l'addition de Ti

et/ou Zr.

On décrira maintenant en détail certains exemples

spécifiques d'aciers de la présente invention.

On procède à la fusion des aciers ayant la composi-

tion indiquée dans le tableau 1, les lamine à chaud afin d'obtenir des plaques d'une épaisseur de 12,7 mm, et les transforme en conduites SRE ayant un diamètre extérieur de 406 mm en faisant appel à un procédé usuel. Les résultats des tests d'évaluation de la résistance des produits aux

agents corrosifs par utilisation des moyens indiqués ci-

dessus sont indiqués dans le tableau 2. Comme le montre ce tableau,dans le cas de conduites en acier fabriquées avec l'acier de la présente invention, aucune occurrence de fendillements induits par l'hydrogène ne peut être décelée

soit dans le matériau de la tôle soit dans les parties sou-

dées, et la détérioration de la ténacité est très faible, même aux parties soudées. Par contraste, dans le cas de

conduites en acier fabriquées avec des aciers de comparai-

son, non seulement il y a des fendillements induits par l'hydrogène perpendiculairement à la:surface de la plaque 19. qu'on peut observer à la partie soudée, mais encore vTrs

est remarquablement élevé et la ténacité notablement rédui-

te aux parties soudées, par rapport aux résultats obtenus

avec le matériau de base.

Comme le montrent clairement les résultats expé-

rimentaux, la présente invention-peut fournir un acier de hau-

te ténacité, présentant une excellente résistance aux agents corrosifs pour la production de conduites SRE qui sont complètement exemptes d'apparitions de fendillements induits par l'hydrogène, même en cas d'utilisation dans un environnement sévère à faible pH, et qui présentent une excellente ténacité aux basses températures.Ainsi, on peut tirer de grands avantages industriels des aciers de la

présente invention.

20.

TABLEAU 1

j % en i C Si Mn Ca Ti Zr A1 N0

1 0,070 0719 1,02 0,0009 07021 - 0,002

2 07255 0,15 1728 0,0031 01042 - 01003

3 0,082 0,22 1l09 070020 _- 0036 0O003

4 07069 0716 1,09 070025 07018 01009 0,003

0,093 0,20 1113 0;0033 0,016 - 0?002

0 6 0?074 0,16 0,88 0,0019 0,025 - 07003

7 07156 0722 0179 0,0022 - 0,034 0,003

8 0,092 0,21 1714 0)0023 0,024 - 0,002

s15 -. 9 0,073 0719 1733 0,0026 07032 - 0,004

4 10 0,11 0,20 1,04 0;0037 0,025 07007 01003

11 07093 0713,Ot86 0,0035 - 0,051 0,003

12 0,099 0,22 1710 0,0029 0031 - 0002

PI

< 13 0,13 0,20 0,95 0,0058 07029 - 0?002

o 14 0 082 0,20 0;97 0;0022 - 07050 01003

! 15 0,26 0121 1122 0O0038 0,025 - 0,003

16 0 053- 0,24 1,05 0,0025 01019 - -

co 17 0,077 0718 1,18 0,0019 O017 01010 -

18 0,081 0722 1,43 0,0016 - 0,043 0?002

I

19.0,070 0 13 0 95 0)0035 0,031 - 0,003

0,072 0723 0,96 0;0037 - 07040 0,003

21 0,065 0,16 0,20 0,0051 07026 - 0,003

22 07080 0,24 1723 010048 03008 - 0,022

o mr 23 0711 0718 1,05 010044 07015 - 01025 :H

24 0 13 0 25 1J24 0;0037 0 025 - 0?021

0,10 0727 1900 0;0028 - - 07018

8 26 0,06 0717 1752 0,0010 - 0,03 0,015

21. TABLEAU 1 (Suite) QOen N' P S Cu Ni Cr Mo Nb V N0

1 07009 0,0005 - - - - -

2 01011 0,0009 - - - - -

3 07008 0,0010 - - - - -

4 07010 070010 - - - - -

0 007 0,0010 0,31 - - - -

o 6 0t009 070009 - 0738 - - -

7 07011 070013 - - 0793 - - -

> 8 01006 0,0008 0135 0,21 - - -

i'. 9 0,006 0,0007 0736 - 0723 - -

4 10 0,009 0,0010 - 0,23 0124 - - -

11 01005 0,0016 044 0,18 0125 - - -

i 12 0,008 0,0011 - _ _ 0728 -

u 13 0t009 070020. - 0y062 -

D À 14 0,001 0,0008. .- -. 07057

07005 070015 - - - 0,22 01026 -

16 01009 0.0008 - - - 0,23 - 0,041

a> o 17 01010 050007 - - - - 07034 0r047

18 07008 0,0005 - - - 0,25 0,031 0,028

19 07008 0 0016 0t30 - - 0723 - -

01009 00009 - 0,41 - - 07037 -

21 0;007 0}0024 - - 2/5 0714 - 0,039

22 0 011 0,0026 _.- - -_

23 0,009 0,0021. - - - -

C. 24 01013 0,0016 0;24 0,20 - _0023 07041

0,014 070011 0,29.. - - _

i 26 0,012 0,0035 _ 0725 _ 0,028 0,035

26 01012 0 0035 - 0)25 --0,028 0,035

22.

TABLEAU 2

I Rapport des aires des Rapport des aires des I: fendillements induits fendillements induits Dar AtvTrs

par l'hydrogène dans l'hydrogène dans la direc-

le sens perpendiculai- tion parallèle à la surfa-

I re à la surface de la ce de la plaque plaque Partie de la couture faite élec Matériau de la triquemen %) plaque (%) (OC) (%) ( oC)(%

-

1 0 0 0 + 5

2 0 0 0 0

3 O. 0 0 0

4 0 0 0 0

15. 5 0 0 0 - 1

o

6 0 0 0 + 1

7 0 0 0 - 3

8 0 0 0 0

9 0 0 0 + 3

10 0 0 0 - 2

G>

" 11. O O O - O

12 0 0 0 0

13 0 0 0 - 1

14 0 0 0 0

i 15 0 0 - 3

-@ 16 0 0 0 0

17 0 0 0 + 5

18 0 0 0 + 3

19 O O O O

3C 20 0 0 0 - 2

21 0 0 0 + 2

22 9 0 5 - 49

c. 23 13 0 4 - 59 M 24 il11 0 1 - 55 M"c

3 25 10 0 0 - 61

o o26 16 5 30 - 60 23. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications

et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

24.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 - Composition d'acier à haute ténacité ayant une excellente résistance aux agents corrosifs, pouvant être utilisée pour la fabrication de conduites en acier soudées par résistance électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend (en % en poids): 0,01 à 0,35 % de C, 0,02 à 0,5 % de Si, 0,1 à 1,8 % de Mn, 0,0005 à 0,008 % de Ca, 0,006 à 0,2 % au total de Ti ou Zr ou de Ti et Zr, pas plus de 0,005 % de Al, pas plus de 0,015 % de P et pas plus de 0,003 % de S

le reste étant du fer et des impuretés inévitables.

2 - Composition d'acier selon la revendication

1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un ou plu-

sieurs des éléments suivants: 0,2 à 0,6 % de Cu, 0,1 à 1,0 % de Ni et

0,2 à 3,0 % de Cr.

3 - Composition d'acier selon la revendication

1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle com-

prend en outre un ou plusieurs des éléments suivants: 0,10 à 1,0 % de Mo, 0,01 à 0,15 % de Nb, et 0,01 à 0,15 % de V.

4 - Composition d'acier selon l'une quelconque

des revendications précédentes, caractérisée en ce que Cr

est contenu dans la plage de 0,2-3,0 % et la teneur en Mn

est limitée à moins de 0,6 %.