FR2802607A1 - Conduite flexible comportant des armures en acier bas carbone - Google Patents

Conduite flexible comportant des armures en acier bas carbone Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une conduite tubulaire flexible dont au moins une armure de renfort en métal est fabriquée à partir d'un acier à basse teneur en carbone, c'est à dire inférieure à 0, 16%, ayant une microstructure à prédominance bainitique, et des propriétés mécaniques qui résultent notamment :- de l'ajout d'éléments de micro-alliage : B, V, Ti, Nb,..., - et de la maîtrise des conditions de trempe.

Description

La présente invention appartient au domaine technique des conduites
flexibles renforcées par des armures métalliques et adaptées au transport d'effluents sous pression pouvant contenir des produits corrosifs ou fragilisants. L'invention peut convenir à des flexibles du type ", flow line ", c'est à dire des conduites flexibles déroulées à partir d'un bateau pour être posées sur le fond de la mer et connectées entre des têtes de puits et/ou des installations de collectes sous-marines, ou à des conduites flexibles du type < riser ", c'est à dire des conduites qui traversent la tranche d'eau et sont donc soumis à des efforts dynamiques dus à l'environnement. L'invention concerne plus particulièrement le type de matériaux métalliques constitutifs des fils de forme des armures de renforts.
On connaît par les documents WO-91/16461, W0-96/28575, WO-
98/10113 des aciers et leurs traitements thermiques associés qui conviennent pour fabriquer des fils d'armures pour des conduites flexibles, telles que décrites dans les documents API RP 17B (Recommended Practices) et SPEC 17J (Specification) qui ont pour objet des conduites flexibles pour l'exploitation des gisements pétroliers offshore. Cependant, ces documents ne décrivent pas les alliages à très bas carbone ayant des caractéristiques mécaniques conformes au cahier des charge que doivent respecter les fils d'armures de renfort des
conduites flexibles.
La figure 1 montre en exemple une structure d'une conduite flexible qui combine une ou plusieurs gaines d'étanchéité (2, 5) aux gaz ou aux liquides transportés, avec des nappes d'armures destinées à résister aux efforts radiaux dus à la pression interne et/ou à la pression externe (1, 3), ainsi qu'aux efforts longitudinaux (4) résultant du poids de
la conduite et/ou de la pression.
D'une manière générale, une conduite flexible comporte, de l'intérieur vers l'extérieur, une carcasse (1) constituée par exemple d'un feuillard agrafé, une gaine d'étanchéité en polymère (2), au moins une voûte de pression (3) constituée par des fils de forme agrafés enroulés selon une spirale à faible pas, au moins une couche de fil d'armures (4) de traction enroulés selon une spirale à pas long. Cette configuration est
dénommée, rough bore ".
Une variante de conduite flexible (non représentée ici, mais connue de l'homme du métier) peut comporter une gaine d'étanchéité interne, une première nappe d'armures résistant principalement à la pression développée par le fluide en circulation dans la gaine interne, généralement appelée voûte de pression, au moins une deuxième nappe d'armures résistant principalement à la traction. Cette variante est
dénommée ", smooth bore ".
Dans une autre variante, certains flexibles comportent une nappe d'armures, disposée au-dessus de la gaine d'étanchéité, qui résiste à la fois aux effets de traction dirigés longitudinalement et à la composante circonférentielle due à la pression interne du fluide. Une telle couche de renfort de pression peut comporter deux nappes de fils à hélice à pas inverse dont les angles d'armage sont voisins de 55 . Les efforts dus à la
pression interne sont, dans ce cas, retenus par ces couches.
Dans le cas d'une présence de gaz corrosifs dans l'effluent transporté par la conduite, par exemple de l'H2S, la qualité des aciers servant à la fabrication de tous les fils d'armures, ainsi que les traitements mécaniques et thermiques effectués sur ces fils (notamment écrouissage à la mise en forme, puis éventuellement recuit) doivent être choisis et définis de façon que ces fils apportent conjointement: la résistance mécanique nécessaire en service et en pose, et la résistance à la corrosion en présence d'H2S ou C02. Pour cela, on est, jusqu'à présent, conduit à utiliser des aciers ayant des qualités mécaniques relativement faibles, ou des aciers de composition spécifique combinés avec des traitements thermiques adaptés. Dans le premier cas, cela conduit à des poids d'acier pénalisants, dans l'autre cas, souvent à des coûts de fabrication plus importants à cause des traitements thermiques. On peut
citer en référence les documents déjà cités: WO-91/16461 et WO-
96128575.
La présente invention concerne une conduite flexible dont au moins une armure de renfort en métal est fabriquée à partir d'un acier à basse teneur en carbone, inférieure à 0,16%, ayant une microstructure à prédominance bainitique, et des propriétés mécaniques qui résultent notamment: - de l'ajout d'éléments de micro-alliage: B, V, Ti, Nb,...,
- et de la maitrise des conditions de trempe.
Les documents EP-0851038A1, EP-0845544A1 et EP-0775756A1 décrivent de tels alliages destinés principalement à la fabrication de
pièces mécaniques forgées.
Selon la présente invention, les fils de voûte, de carcasse ou de nappes d'armure de traction sont avantageusement fabriqués à partir d'un acier ayant la composition (I) suivante
0,03% < C < 0,16%
0,5% < Mn < 2% 0,05% < Si < 0,5% 0% < Cr < 1,8% 0% < Mo < 0,25% 0,001% $ Ai < 0,05% 0,001% Ti < 0,05%
0% < V < 0,15%
0,0005% < B < 0,005%
0,004% < N < 0,012%
0,001% < S < 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005% de calcium, jusqu'à 0,01% de tellure, jusqu'à 0,04% de sélénium, jusqu'à 0,3% de plomb, - le reste étant du fer et des impuretés résultant de o l'élaboration, la composition chimique (I) de l'acier satisfaisant en outre les relations: Mn + 0,9Cr + 1,3Mo +1,6V > 2,2% Al + Ti > 3,5N La composition (I) peut être telle que
0,06% < C < 0,12%
0,8% < Mn < 1,7% 0,1% < Si < 0,35% 0,1% < Cr < 1,5% 0,07% < Mo < 0,15%
0,001% < AI < 0,035%
0,001% < Ti < 0,03%
0% < V < 0,1%
0,001% <B < 0,004%
0,004% < N < 0,01%
0,001% < S < 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005% de calcium, jusqu'à 0,01% de tellure, jusqu'à 0,04% de sélénium, jusqu'à 0,3% de plomb, - le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. La composition (I) peut aussi être telle que Io Ni < 0,25% Cu < 0,25% La composition (I) peut comporter: P < 0,02% Les fils de forme en acier de composition (I) peuvent être obtenus par laminage à chaud et/ou à froid suivis d'une trempe à refroidissement contrôlé pour obtenir une structure essentiellement bainitique, c'est à dire constituée de plus de 50% de bainite. La résistance Rm peut être supérieure à 650 MPa, et de préférence supérieure à 1200 PMa Selon l'invention, les fils de forme sont aussi fabriqués à partir de la composition (II) qui comprend en poids:
0,06% < C < 0,11%
1% < Mn < 1,7% 0,15% < Si <0,40%
0,025% <S < 0,10%
P < 0,025%
0% < Ni < 0,25% 0,5% < Cr < 1,20% 0,08% < Mo < 0,13% 0% < Cu < 0,25%
0,003% < AI < 0,035%
o 0% < Ti < 0,035%
0% < V < 0,10%
0% < Nb < 0,06%
0,0008% < B < 0,0040%
0,0060% < N < 0,011%
- éventuellement un ou plusieurs éléments pris parmi: Te jusqu'à 0,010%, Se jusqu'à 0,025%, Bi jusqu'à 0,13%, Pb jusqu'à 0,090%, Ca jusqu'à 0, 0040%, - le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations: Mn +Cr + Mo >2,1% 0,015% < V + Nb + Ti < 0,13% Al + Ti > 0, 020% Mn/S > 12 Les fils de forme en acier de composition (II) peuvent être obtenus par laminage à chaud suivi d'un refroidissement controlé pour obtenir une structure essentiellement bainitique, c'est à dire constituée de plus de 50% de bainite. La phase de refroidissement contrôlé peut être effectuée dans la chaude de laminage, c'est à dire sans réchauffage du fil
après laminage, ou après rechauffage au-dessus de la température AC3.
La résistance Rm peut être supérieure ou égale à 1000 MPa.
Selon l'invention, les fils de forme sont également fabriqués à partir de la composition (III) qui comprend en poids:
0,05% < C < 0,12%
0,1% < Si < 0,45% 1,01% < Mn < 1,8% 0,15% < Cr < 1,15% 0,06% < Mo < 0,12% Cu < 0,30% Ni < 0,30% 2o 0,01% < Ti < 0,04%
0,005% < AI < 0,04%
0,006% < N < 0,013%
0,0005% < B < 0,004%
P < 0,025%
0,02% < S < 0,1%
0% < Pb < 0,1% 0% - Te < 0,07% - éventuellement de 0,0002 à 0,002% de calcium, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations 0,2% < Ni + Mo + Cu < 0,7% - la teneur en bore non combiné n'étant pas inférieure à 0,0005% au-dessus de 950 C. La composition (III) peut être telle que
0,05% < C < 0,08%
t5 0,15% < Si < 0,35% 1,01% < Mn < 1,35% 0,8% < Cr < 1,15% 0,08% ' Mo < 0, 11% Les fils de forme obtenus à partir de la composition (III) peuvent être obtenus par une opération de mise en forme à chaud, dans une gamme de température définie par la teneur en bore non combinée à la fin de cette opération, directement suivie par un refroidissement contrôlé jusqu'à la température ambiante (lequel assure la formation d'une structure essentiellement bainitique). La résistance Rm peut être
supérieure à 1000 MPa.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1) Conduite flexible armée, caractérisée en ce que au moins un des fils de forme métalliques constituant une armure de renfort est fabriqué à partir d'un acier ayant l'une des compositions chimiques (I), (II) et (III) suivantes: - la composition (I) comprend en poids:
0,03% < C _ 0,16%
0,5% < Mn < 2% 0,05% < Si < 0,5% 0% _ Cr < 1,8% 0% < Mo < 0,25% 0,001% < Ai < 0,05% 0,001% < Ti 5 0,05%
0% < V < 0,15%
0,0005% < B < 0,005%
0,004% ' N < 0,012%
0,001% < S < 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005% de calcium, jusqu'à 0,01% de tellure, jusqu'à 0,04% de sélénium, jusqu'à 0,3% de plomb, -le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique de l'acier satisfaisant en outre les relations: Mn + 0,9Cr + 1,3Mo +1,6V > 2, 2% et Ai + Ti > 3,5N - la composition (II) comprend en poids
0,06% < C < 0,11%
1% < Mn < 1,7% 0,15% < Si < 0,40%
0,025% < S < 0,10%
s P < 0,025% 0% < Ni < 0,25% 0,5% < Cr < 1,20% 0,08% $ Mo < 0,13% 0% < Cu < 0,25% 0,003% i AI < 0,035% 0% < Ti < 0,035%
0% < V < 0,10%
0% < Nb < 0,06%
0,0008% < B < 0,0040%
0,0060% < N < 0,011%
- éventuellement un ou plusieurs éléments pris parmi Te jusqu'à 0,010%, Se jusqu'à 0,025%, Bi jusqu'à 0,13%, Pb jusqu'à 0,090%, Ca jusqu'à 0, 0040%, - le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations: Mn + Cr + Mo> 2,1% 0,015% < V + Nb + Ti < 0,13% Al + Ti > 0, 020% Mn/S > 12 -la composition (III) comprend en poids:
0,05% < C < 0,12%
0,1% < Si < 0,45% 1,01% < Mn < 1,8% 0,15% < Cr < 1,15% 0,06% < Mo < 0,12% Cu < 0,30% Ni < 0,30% 0,01% < Ti < 0,04%
0,005% < A1 < 0,04%
0,006% < N < 0,013%
0,0005% < B < 0,004%
P < 0,025%
0,02% < S < 0,1%
0% < Pb < 0,1% 0% < Te < 0,07% - éventuellement de 0,0002 à 0,002% de calcium, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition !5 chimique satisfaisant en outre les relations: 0,2% <Ni + Mo + Cu < 0,7% - la teneur en bore non combiné n'étant pas inférieure à 0,0005% au-dessus de 950 C.
2) Conduite flexible selon la revendication 1, dans laquelle la composition (I) est telle que
0,06% < C < 0,12%
0,8% < Mn < 1,7% 0,1% < Si < 0,35% 0,1% < Cr < 1,5% 0,07% < Mo < 0,15%
0,001% < AI < 0,035%
0,001% < Ti < 0,03%
0%<V<0,1%
0,001% < B < 0,004%
0,004% < N < 0,01%
0,001% < S < 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005% de calcium, jusqu'à 0,01% de tellure, jusqu'à 0,04% de sélénium, jusqu'à 0,3% de plomb, - le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
3) Conduite flexible selon la revendication 2, dans laquelle la composition (I) est telle que Ni < 0, 25% Cu < 0,25%
4) Conduite flexible selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la composition (I) est telle que
P < 0,02%
) Conduite flexible selon la revendication 1, dans laquelle la composition (III) est telle que:
0,05% < C < 0,08%
0,15% < Si < 0,35% 1,01% < Mn < 1,35% 0,8% < Cr < 1,15% 0,08% < Mo < 0, 11% 6) Procédé de fabrication d'un fil de forme pour la constitution d'une conduite flexible armée, caractérisé en ce que l'on effectue les étapes suivantes: - on fabrique un demi produit sidérurgique à partir d'un acier ayant l'une des compositions (I), (II) ou (III), selon l'une des
revendications 1 à 5,
- on effectue au moins une opération de mise en forme à chaud et/ou à froid pour obtenir ledit fil de forme, - on effectue une trempe à refroidissement contrôlé pour obtenir
o0 une structure essentiellement bainitique.
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