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Perfectionnements aux tubes métalliques minai' de grand diamètre et à leur procède de fabrication" Les tubes de grand diamètre A paroi mince actuellement fabriquée en grande série, pour l'industrie pétrolière notamment* demandent à être toujours plus résistants tout en continuant 4 être fournie par les installations existantes, dites "chaïnes à tubes".
Il en est ainsi, en particulier, des tubes d'acier servant au transport des hydrocarbures liquides ou gaseux, Ce* tube., dont l'épaisseur est en gênerai inférieurs à 12,7 milli- mètres, ont un diamètre compris entre 0,5 et 1 mètre'et une longueur importante (afin de réduire autant que possible le nombre des soudures sur le chantier de pose d'un pipe-Une dans la pratique, cette longueur est de 12 mètres).
Afin d'Accroître les pressions de pompage et le débit dea conduites d'un diamètre donne sans toute-fois modifier trop profondément les outillages existant$ et en particulier le$ presses à former, employées de préférence aux machinée à cintrer
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ou à rouler lorsqu'on recherche des cadences de fabrication
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élevées$ la tendance actuelle *et de mettre en couvre des acier# de nuances différente , aux caraotdristiques de réeittanoe aocru...
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C'est ainsi que la nuance d'acier ulull:18, normalisée sous la référence X 52 par 1 American Petroleum Institut* et correspondant & une limite élastique de 36 kg/mm2, tend à être remplacée par les nuances X 56 et X 60 correspondant respective-
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ment à des limites élastiques de 3,2 et 42,0 k&/mm2. Cette augmentation de limite élastique permet, pour une pression donnée, . de diminuer l'épaisseur donc d'alléger les conduites et de diminuer leur prix au mètre.
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La présente invention a pour objet la fabrication, A partir des chaînas A tubes existantes, de tubes possédant de bonnes caractéristiques mécaniques et en particulier une limite élastique élevée et présentant une très bonne résistance à l'effet d'entaille.
Elle consiste essentiellement à compléter les différen-
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ton opérations effectuées le long d'une chaîne à tubes usuelle par un traitement thermique de trempe et de revenu.
Or, dans les procédés actuellement utilisés, le point
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final des différentes opérations effectuées dans une ohaine à tubes moderne se trouve âtre une opération d'expansion qui est destinée à arrondir le tube tout en ajustant son diamètre* Cette
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expansion à froid du métal crée des contraintes internes très importantes que l'on peut imputer en particulier à l'hétérogénéité .géométrique du tube due au cordon de soudure et qui s'ajoutent A celles dues au formage et au soudage..
Si l'on porte un tube expansé de grand diamètre et à
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paroi mince de la température ambiante à la température dtauisti- niaatlon par un chauffage relativement lent (par exemple dans un four classique), aux environs* d'une température de 60"0t il 1. produit une relaxation des contraintes et le tube se déforme ; d'autre parti pour des températures plus élevées, de l'ordre de
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600 t 90tC* le tube s'affaisse tous son propre poids.
Il en
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recuite que, dans l'état actuel de la technique, il tout pas possible de soumettre un tubs expansé à un traitement thermique de trempe et de revenu sans qu'il se déforme.
Par ailleurs, le formage de tôles préalablement soumises . un traitement thermique de trempe et de revenu nécessitarait des presses et un expanseur d'une puissance considérable et augmente- rait sensiblement les contraintes internée.
La présente invention fournit un moyen qui permet d'effectuer un traitementthermique de trempe et revenu sur un tube préalablement expansé et d'éviter, à l'occasion du chauffage, les déformations résultant soit de la relaxation de contrainte, soit de l'affaissement du tube sous l'effet de la pesanteur*
A cet effet, suivant l'invention, on exécute un chauffage rapide et à coeur du métal du tube en mouvement.
Le chauffage rapide, local et momentané du tube cet réalisé par induction de courants électriques à basse fréquence, à l'aide d'un appareillage approprié, et, par exemple, d'une ou plusieurs bobinée d'induction traversées par le tube*
De cette façon, le métal cet porté en un temps très court à une température dépassant la température de relaxation des contraintes (environ 650 C), ce qui évite au tube de se déformer lorsque Ion tensions sont relaxées. Par exemple, on choisit une température voisine de 950 C de façon qu'elle permette une austénisation du métal maigre la rapidité du traitement*
Le tube qui défile dans un ou plusieurs inducteurs est porté rapidement mais progressivement de l'ambiante à la tempéra- ture de trempe.
Il existe donc un tronçon du tube qui ae trouve dans un intervalle de température (650 à 950)C où l'on peut craindre les déformations.
Néanmoins, la position de cette bande chauffée entre une partie moins chaude et une partie froide font que le tube n'est pats déformé malgré l'influence de la pesanteur et la libération des contraintes.
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Une trempe brute. suivie d'un revenu fait nuit* ce', chauffage.
Un tel traitement thermique réduisant 1.. contraint.. locales du tube après soudage et expansion se combine donc avec
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la deformtion à froid et Ilderouissage produite par ladite' expansion pour accroître les caractéristique mécanique du tube, en même temps que non homogénéité* Il en résulte un
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élargissement du domaine d'emploi des tubes mince formés à 3A presse, vers les hautes pressions de pompage, A..oo1' toutefois z une sûreté de fonctionnement accrue \ l'importunée industrielle du progrès ainsi réalisé n'échappera pas au tochnïcioné La description qui va suivre, donnée seulement À titre d'exemple non limitatif de l'invention,
fera bien comprendre les différentes particularités de cette dernière et l'art de les réaliser. Toute disposition ressortant du texte demeure, bien entendu, dans le cadre de la présente invention
Les nuances d'acier adaptées à la mine en oeuvre du procéda de l'invention sont bien connues du métallurgiste, ainsi d'ailleurs que la composition des électrodes qui permettent la soudure des divers tronçons de tube sur le chantier de pose
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aussi sera-t-il seulement indiqua que ces aciers, peu ou non alliés,
peuvent avoir avant traitement une limite élastique de
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35 à 45 kg/mm2 et que cette limite peut être portée suivant l'invention entre 70 et 60 kg)nm2.
Les tubes minces de diamètre important sont usuellement fabriquée en grande série suivant le procédé o1-deaaoul , les rives longitudinales d'une tôle ayant une largeur égale au périmètre du tube subissent d'abord un rabotage suivi d'un
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ohanfreinage et d'un "oroquage', ou recourbement en rayon du tube sur une certaine largeur @ la tôle est.ensuite formée à froid à la presse et prend successivement la forme d'un U, puis telle d'un O ; - le soudage des rives est effectué ensuite, en général nous flux mais aussi parfois électriquement, par résistance ;
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-.le tube est soumis à une expansion à froid, hydraulique ou mécanique ;
- enfin, les extrémités du tube sont préparées, en vue de leur soudage sur le chantier même de pose. les presses à former sont seules capables de réaliser rapidement le fommage à froid nécessaire, le roulage utilise en chaudronnerie étant beaucoup plus lent. Cependant, l'adaptation infime d'un tel outillage rend difficile, voire impossible sans créer de décohésion. locales du métal, le forcée de t$les d'une épaisseur et/ou d'une résistance supérieure. à la normale.
Aussi applique-t-on, suivant l'invention, les différent tes étapes du procédé de fabrication qui vient d'être rappelé, eau± peut-être la dernière, à un acier susceptible.d'être durci par traitement thermique ;après quoi le tube ainsi obtenu cet chauffé rapidement au pansage, sur une longueur relativement petite, trempé et éventuellement soumis à un revenu* Le tube soutenu par des galets multiples est déplacé à vitesse convenable à travers un dispositif de chauffage annu- laire qui entoure ainsi momentanément chacune de ses sections,
Le dispositif de chauffage est avantageusement constitué par au moins une bobine d'induction alimentée par un courant électrique industriel à basse fréquence (50 hertz). Un dispositif de refroidissement accéléré par projection d'un fluide de trempe usuel et une bobine de revenu, également annulaire, peuvent être disposés à la suite du dispositif de chauffage.
Les caractéristiques mécaniques d'un tube traité par ce procédé sont notablement accrues ainsi d'ailleurs que la résis- tance à l'effet d'entaille, en particulier dans la soudure où. la résilience est près de deux fois ce qu'elle était dans la soudure brute.
La rapidité de ce traitement et l'amélioration des caractéristiques du métal traité donnent un intérêt accru aux chaînes à tubes existantes qu'il est aisé de modifier pour qu'elle mettent en oeuvre le procédé de l'invention.
Les résistances .ainsi obtenues dépassent de loin les normes actuelles*
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II va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation explicitement décrit, mais quelle couvre également ceux qu'on peut obtenir par la mise en oeuvre de moyen techniques équivalents, En particulier, on pourrait à la rigueur concevoir un dispositif annulaire de chauffage par combustion, ou répartir des bobines d'induction sur une certaine longueur, à condition .
que la vitesse de passage du tube soit accrue en conséquence (de quelques centimètre. à quelques dizaines de centimètres par seconde) )! on pourrait également chauffer le tube moine fort mais plue longtemps, soudure en haut, en tablant sur une compen- sation mutuelle de l'ovalisation par relaxation et de l'aplatisse-; ment sous l'action de la pesanteur.
L'invention couvre également tous les tubes pinces obtenus suivant le procédé qui vient d'être décrit, en partiou- lier les tubes servant au transport de produite pétroliers et dont le diamètre est supérieur à 0,50 m.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to large-diameter metal tubes and their manufacturing process "Large-diameter thin-walled tubes currently mass-produced, for the petroleum industry in particular * need to be ever more resistant while continuing to be supplied by existing installations, called "tube chains".
This is the case, in particular, of steel tubes used for the transport of liquid or gaseous hydrocarbons, This tube., Whose thickness is generally less than 12.7 millimeters, have a diameter between 0, 5 and 1 meter and a significant length (in order to reduce as much as possible the number of welds on the site for laying a pipe-A in practice, this length is 12 meters).
In order to increase the pumping pressures and the flow rate of the pipes of a diameter given without however changing too deeply the existing tools $ and in particular the $ forming presses, preferably employed on the bending machines
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or to roll when looking for production rates
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high $ the current trend * and to cover steel # of different shades, with the characteristics of aocru reittanoe ...
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Thus the ulull steel grade: 18, standardized under the reference X 52 by the American Petroleum Institute * and corresponding to an elastic limit of 36 kg / mm2, tends to be replaced by the grades X 56 and X 60 respective correspondent-
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ment to yield strengths of 3.2 and 42.0 k & / mm2. This increase in elastic limit allows, for a given pressure,. to reduce the thickness and therefore to lighten the pipes and reduce their price per meter.
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The present invention relates to the manufacture, from existing tube chains, of tubes having good mechanical characteristics and in particular a high elastic limit and having very good resistance to the notch effect.
It essentially consists in completing the different
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your operations carried out along a conventional tube chain by a heat treatment of quenching and tempering.
However, in the processes currently used, the point
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end of the various operations carried out in a modern tube chain is an expansion operation which is intended to round the tube while adjusting its diameter * This
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cold expansion of the metal creates very significant internal stresses which can be attributed in particular to the geometric heterogeneity of the tube due to the weld bead and which are added to those due to forming and welding.
If one carries an expanded tube of large diameter and
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thin wall from room temperature to dtauistiniaatlon temperature by relatively slow heating (for example in a conventional oven), around * a temperature of 60 "0t it 1.produces stress relaxation and the tube deforms ; on the other hand for higher temperatures, of the order of
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600 t 90tC * the tube all sags under its own weight.
It
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annealing that, in the current state of the art, it is not quite possible to subject an expanded tube to a heat treatment of quenching and tempering without it being deformed.
In addition, the forming of previously submitted sheets. a heat treatment of quenching and tempering would require presses and an expander of considerable power and would significantly increase the internal stresses.
The present invention provides a means which makes it possible to carry out a heat treatment of quenching and tempering on a previously expanded tube and to avoid, on the occasion of heating, the deformations resulting either from the stress relaxation or from the collapse of the tube. tube under the effect of gravity *
To this end, according to the invention, a rapid heating is carried out to the heart of the metal of the moving tube.
The rapid, local and momentary heating of the tube is carried out by induction of low-frequency electric currents, using suitable equipment, and, for example, one or more induction coils through which the tube passes *
In this way, the metal is raised in a very short time to a temperature above the stress relaxation temperature (around 650 C), which prevents the tube from deforming when the stresses are relaxed. For example, we choose a temperature close to 950 C so that it allows an austenization of the lean metal the speed of the treatment *
The tube which passes through one or more inductors is brought rapidly but gradually from room temperature to the quenching temperature.
There is therefore a section of the tube which is in a temperature range (650 to 950) C where deformation can be feared.
However, the position of this heated strip between a less hot part and a cold part means that the tube is not deformed despite the influence of gravity and the release of stresses.
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Raw quenching. followed by an income made night * ce ', heating.
Such a heat treatment reducing 1 .. stress .. local of the tube after welding and expansion is therefore combined with
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cold deformtion and Ilderouissage produced by said expansion to increase the mechanical characteristics of the tube, at the same time as non-homogeneity * This results in a
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broadening of the field of use of thin tubes formed in a press, towards high pumping pressures, A..oo1 'however increased operational reliability \ the industrial inconvenience of the progress thus achieved will not escape tochnïcioné. which will follow, given only by way of non-limiting example of the invention,
will explain the different characteristics of the latter and the art of achieving them. Any provision emerging from the text remains, of course, within the scope of the present invention.
The steel grades suitable for the mine using the process of the invention are well known to the metallurgist, as well as the composition of the electrodes which allow the various sections of tube to be welded on the laying site.
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also it will only be indicated that these steels, little or not allied,
may have before treatment an elastic limit of
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35 to 45 kg / mm2 and that this limit can be increased according to the invention between 70 and 60 kg) nm2.
Thin tubes of large diameter are usually manufactured in large series according to the o1-deaaoul process, the longitudinal edges of a sheet having a width equal to the perimeter of the tube first undergo planing followed by
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o bevelling and an "oroquage", or radius bending of the tube over a certain width @ the sheet is then cold formed in the press and successively takes the shape of a U, then such of an O; - the welding of the edges is carried out then, in general we flux but also sometimes electrically, by resistance;
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-.the tube is subjected to a cold expansion, hydraulic or mechanical;
- Finally, the ends of the tube are prepared for their welding on the actual installation site. the forming presses are the only ones capable of quickly carrying out the necessary cold forming, the rolling used in boiler making being much slower. However, the minute adaptation of such a tool makes it difficult, if not impossible, without creating decohesion. localities of the metal, the forced t $ les of a thickness and / or a greater resistance. to normal.
Also, according to the invention, the different stages of the manufacturing process which have just been recalled, water ± perhaps the last, are applied to a steel capable of being hardened by heat treatment; after which the tube thus obtained is heated quickly during grooming, over a relatively short length, soaked and possibly subjected to tempering * The tube supported by multiple rollers is moved at suitable speed through an annular heater which thus momentarily surrounds each of its sections,
The heating device is advantageously constituted by at least one induction coil supplied with an industrial electric current at low frequency (50 hertz). A cooling device accelerated by spraying a usual quenching fluid and a tempering coil, also annular, can be arranged after the heating device.
The mechanical characteristics of a tube treated by this process are notably increased as well as the resistance to the notch effect, in particular in welding or. the resilience is almost twice what it was in the raw weld.
The rapidity of this treatment and the improvement in the characteristics of the treated metal give an increased interest to existing tube chains which it is easy to modify so that they implement the process of the invention.
The resistances thus obtained far exceed current standards *
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It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment explicitly described, but which also covers those which can be obtained by the implementation of equivalent technical means, In particular, one could at a pinch design a annular combustion heating device, or distribute induction coils over a certain length, provided.
that the speed of passage of the tube be increased accordingly (from a few centimeters to a few tens of centimeters per second))! one could also heat the monk tube strong but longer, welded up, counting on a mutual compensation of the ovalization by relaxation and the flattening; ment under the action of gravity.
The invention also covers all the clamp tubes obtained according to the process which has just been described, in particular the tubes used for transporting petroleum products and whose diameter is greater than 0.50 m.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.