EP0925380B1 - Method for manufacturing self-hardening steel wire, reinforcing wire and application to a flexible duct - Google Patents

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EP0925380B1
EP0925380B1 EP97940193A EP97940193A EP0925380B1 EP 0925380 B1 EP0925380 B1 EP 0925380B1 EP 97940193 A EP97940193 A EP 97940193A EP 97940193 A EP97940193 A EP 97940193A EP 0925380 B1 EP0925380 B1 EP 0925380B1
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EP
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wire
steel
hrc
equal
shaped
Prior art date
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EP97940193A
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French (fr)
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EP0925380A1 (en
Inventor
José MALLEN HERRERO
François Ropital
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
Coflexip SA
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B21C37/045—Manufacture of wire or bars with particular section or properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/065—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
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    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12951—Fe-base component
    • Y10T428/12972—Containing 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]

Definitions

  • the present invention relates to elongated elements of great length, such as steel wires to reinforce flexible pipes intended for the transport of effluent under pressure.
  • the invention relates to a method of manufacturing these reinforcing threads, the threads obtained by the process and flexible pipes which include such reinforcing wires in their structure.
  • sealing is ensured by one or more sheaths made of polymer, mechanical resistance to internal and external pressure and to stresses external mechanical, is carried out by one or more layers of armor constituted by steel wires or profiles with a specific profile.
  • the flexible tube comprises at least one of the following armor plies: a carcass for resistance to external pressure in wires or profiles laid at an angle close to 90 ° relative to the axis, a resistance ply to the internal pressure (called vault) laid with an angle greater than 55 °, the elongated elements of the carcass and the vault preferably being staplable wires, and at least one layer of tensile strength armor laid with a lower angle at 55 °.
  • the vault and the tensile armor are replaced by two layers of symmetrical armor reinforced at an angle of about 55 °, or by two pairs of layers reinforced at 55 °, or by a set of at least at least two plies, the winding angle of at least one ply being less than 55 ° and the winding angle of at least one other ply being greater than 55 °.
  • the steel of the wires making up the armor must be chosen in such a way that these wires, given their cross-section, provide the mechanical resistance necessary in service, at the same time as they resist corrosion, in particular in certain cases in the presence of H 2 S.
  • These steel wires may have profiles, that is to say straight sections, various: substantially flat or flat, U-shaped, T-shaped, Z-shaped, with or without hooking means on a neighboring wire, or circular.
  • NACE standards have been provided to assess the suitability of a steel structural element to be used in the presence of H 2 S.
  • the steels must undergo a test on a representative sample, under stress in H 2 S medium with a pH 2.8 to 3.4 (NACE Test Method TM 0177 relating to stress cracking effects, commonly known as "Sulfide Stress Corrosion Cracking" or SSCC), to be considered as usable in the manufacture of metallic structures which must resist effects of stress corrosion in the presence of H 2 S.
  • HIC hydrogen-induced cracking effects
  • the test procedure recommended by the above standard consists in exposing samples, without voltage, in a seawater solution saturated with H 2 S, at ambient temperature and pressure, at a pH between 4, 8 and 5.4. The procedure plans to then carry out metallographic examinations to quantify the cracking of the samples, or to note the absence of cracking.
  • the armouring wires of the hoses are made with soft or semi-hard carbon-manganese steels (0.15 to 0.50% carbon) having a ferrite-perlite structure, to which, after cold forming of the wire rod, an appropriate annealing heat treatment is applied to bring the hardness to the accepted value, if necessary.
  • the NACE 0175 standard defines that such carbon-manganese steels are compatible with an H 2 S medium if they have a hardness less than or equal to 22 HRC. It has thus been verified that armor wires as described above, made of carbon-manganese steel and having a ferrite-pearlite structure, can be produced by cold forming followed by annealing so as to satisfy the traditional NACE criteria.
  • the steels and the production methods used to make the armouring wires for the hoses must be such that the forming wire can be produced in very large continuous lengths, of the order of several hundred meters or several kilometers.
  • the wire thus manufactured is wound on spools for its subsequent use to produce the armor plies of the hoses.
  • a heat treatment is to be provided after welding. But it is important, in order not to excessively overload the manufacturing costs, that this heat treatment after welding makes it possible to achieve the goal set in a sufficiently short time, a few minutes if possible, preferably less than 30 minutes.
  • the form wire is hardened in a liquid, typically, with water or oil, which requires controlling with a high precision the conditions for carrying out the quenching operation, and what risks make the wire drawing operations more difficult.
  • the object of the present invention is to describe a process for obtaining an elongated element of great length intended for the manufacture of flexible tube, the elongated element having optimized mechanical characteristics as well as, in an application according to the invention , good resistance to H 2 S.
  • the structure of the steel of the shaped wire thus obtained can preferably be of the type martensite-bainite, preferably predominantly bainitic.
  • the amount of ferrite will preferably be low, in particular less or equal to 10%, and advantageously less than or equal to 1%.
  • Hot rolling or drawing of the forming wire can be carried out from a ingot or wire rod previously rolled and brought to the temperature of transformation by means of suitable ovens.
  • the air quenching level of the wire wound in a crown mainly depends on steel grade and cooling conditions.
  • the main parameters which define the cooling conditions are in particular: the temperature at the end of rolling, the section of the wire, the quantity of wire and the compactness of the crown, the dynamics cooling.
  • the choice of cooling systems and mode is conditioned by steel grade, cross-section and quantity of wire. Cooling of the calm air type corresponds, for example, to the rapid handling of the crown after rolling.
  • agitated or forced air cooling corresponds to ventilation of the crown by blower or forced air.
  • the crown can be ventilated under bell.
  • the type of agitated or forced air cooling is advantageously used.
  • the structure obtained after cooling is preferably predominantly bainite with a percentage between 0 and 30% martensite.
  • the bainite is in the lower bainite state and not higher bainite.
  • the structure may contain only a small amount of ferrite, preferably less or equal to 10%, and advantageously less than or equal to 1%.
  • the method according to the invention has the advantage that its industrial implementation can be carried out relatively economically and easily.
  • the characteristics of the wire produced are less sensitive to possible variations of the various parameters involved in the air quenching operation, both in terms of adjusting the austenitization temperature and at the level of the development of the cooling device. It is thus possible, relatively easily and stable and with a reduced risk of appearance of defects, to obtain the desired qualities, in particular the absence of tapure, high resistance, as well as in the case of the embodiment. described below, good resistance of the steel, after heat treatment of tempering, to corrosion in the presence of H 2 S.
  • the wire thus obtained may not be able to resist H 2 S under certain operating conditions, but it can be used very advantageously, in particular after a possible thermal expansion treatment, as armor wire for flexible pipes thanks to its excellent optimized mechanical properties, in particular by the combination of a high mechanical strength and a ductility higher than that which can be obtained with known methods.
  • the rupture limit Rm can reach 1000 to 1600 MPa, equal to or greater than that of the most resistant armor wires currently known, and the elongation at break can be greater than 5%, possibly greater than 10% and possibly exceeding 15% in some cases. Whereas for known steel wires with ferrite-perlite structure having a level of resistance comparable to the work hardened state, these have an elongation at break not exceeding 5%.
  • the invention thus makes it possible to form a shaped wire having after air cooling a relatively bainitic dominant structure homogeneous throughout the thickness of the wire, despite the increase in the thickness of the wire.
  • We can thus obtain in such a predominantly lower bainite structure with a percentage of martensite between 0 and 30%, a total content of bainite and martensite commonly at least 90%, and in the most favorable cases, can reach approximately 100%.
  • the values in the table correspond to the typical average values for a sample of wire wound in a crown and after cooling, ie air quenched, depending on the steel grade used.
  • This carbon equivalent formulation is, in itself, well known, but generally in order to fix, for the steel considered, not an equivalent carbon minimum as in the present invention, but a maximum value so as to facilitate welding by reducing the hardness in the heat affected areas, and to get rid of a heat treatment after welding.
  • the threads then have a composition characterized by a carbon generally equivalent between 0.5 and 0.6 and not exceeding 0.75.
  • application FR 95/03093 which mainly describes the production of the yarn shaped by cold forming followed by quenching in a liquid, also offers a variant of shaping the wire by hot forming necessarily followed by a liquid quenching operation, but in this case it is specified that the wire must have a rupture limit Rm less than or equal to 850 MPa after hot rolling. So that in the present invention, the shaped wire after hot rolling has a hardness at least equal to 40 HRC, corresponding to an Rm of at least 1200 MPa.
  • the method may comprise, after the crown has cooled, possibly supplemented by an expansion treatment, a final tempering heat treatment under determined conditions to obtain a hardness greater than or equal to 20 HRC and less than or equal to 35 HRC, preferably greater than or equal to 22 HRC and less than or equal to 28 HRC, and more particularly less than 26 HRC, the tempering operation having resulted in the transformation of the predominantly lower bainite structure into a tempered tempered type structure having extremely fine carbide nodules in a state of very great dispersion in a ferrite matrix produced by tempering of the bainite-martensite structure.
  • the conditions of the final tempering treatment can be adapted from so as to obtain a hardness less than or equal to 28 HRC compatible with the conditions that can provide an environment with a pH close to 3.
  • a steel according to the present invention does not exhibit blistering or crack in HIC tests, and furthermore does not show cracking when subjected to tests according to standard NACE 0177 (SSCC) with a tensile stress at least equal to 60% of the elastic limit and up to approximately 90% of the latter.
  • SSCC standard NACE 0177
  • the final income can be made in a bundle in an oven.
  • the tempering temperature can be at most equal to a lower temperature from about 10 ° C to 30 ° C relative to the AC1 temperature at the start of austenitization of steel, in order to avoid excessive coalescence of carbide which could lead to a decrease in characteristics.
  • This hot transformation process has the advantage of manufacturing costs reduced. It also makes it possible to obtain wires with the shape of larger sections than the cold rolling.
  • the form wire has a structure of the hardened type, predominantly bainite lower with a percentage between 0 and 50% martensite.
  • the structure may contain only a small amount of ferrite.
  • Wire may have hardness greater than 40 HRC.
  • the size of the austenitic grain is between the indices 5 and 12, and advantageously between indices 8 and 11, according to standard NF 04102.
  • the shaping wire has a structure of the quenched type income exhibiting extremely fine carbide nodules in a state of very large dispersion in a ferrite matrix produced by tempering of a bainite-martensite structure.
  • the form wire can have a section having at least one of the general forms following: U, T, Z, rectangular or round.
  • the section of the form wire can have a width L and a thickness e, and have the following proportions: L / e greater than 1 and less than 7.
  • the thickness can vary between 1 mm and 20 mm, up to 30 mm.
  • the profile of the form wire may include means for hooking with a wire adjacent.
  • the shaped wire according to the invention may have a bainite martensite structure having an HRC hardness greater than or equal to 40, preferably greater than or equal to 45.
  • the wire thus obtained may not be able to resist to H 2 S under certain operating conditions, but it can be very advantageously used as armouring wire for flexible pipes thanks to its excellent optimized mechanical properties, in particular by the combination of high mechanical strength and of a ductility higher than that which can be obtained with the known methods.
  • the rupture limit Rm can reach 1000 to 1600 MPa, preferably greater than or equal to 1200 MPa.
  • Such a wire can advantageously be used to make the armor of hoses intended for the transport of weakly corrosive crude oil ("sweet crude”), degassed oil (“dead oil”) or water.
  • the process for producing such a wire will include a hot transformation, air cooling of the wire obtained and stored in a ring at the end of transformation, preferably followed by an expansion treatment.
  • the form wire according to the invention remaining wound in a crown undergoes a tempering treatment so as to present a structure of the quenched type, tempered with an HRC hardness greater than or equal to 20 and less than or equal to 35 , preferably greater than or equal to 22 and less than or equal to 28, and in particular less than or equal to 26.
  • the wire thus obtained may have properties of resistance to H 2 S under the operating conditions described above , in particular following HIC tests in very acidic medium (pH close to 2.8 or 3).
  • the mechanical resistance Rm can be of the order of 700 to 900 MPa under a pH close to 3 and can reach at least 1100 MPa with a higher pH.
  • the stress applied in the SSCC tests according to NACE, with a pH close to 2.8 can be at least 400 MPa and can reach 600 MPa.
  • the allowable stresses may be higher, up to approximately 90% of the Elastic limit.
  • the method according to the invention makes it possible to produce steel shaped wires.
  • the tempered martensite-bainite type the structure of which has extremely fine carbide nodules in a state of very great dispersion in a ferrite matrix produced by tempering of a martensite-bainite structure. It is interesting to compare this steel with other steels already proposed or used to make armor wires intended for the same use, such as steels obtained by spheroidization treatment from a hardened ferrite-perlite structure. these steels also comprising carbide elements in a ferritic matrix.
  • the spheroidized carbide elements of these steels are considerably less fine and less dispersed than in the case of the steel according to the invention, which makes it possible to clearly identify the difference between the two types of material.
  • the superior properties of shaped wire according to the invention in terms of mechanical resistance and compatibility with H 2 S, compared to the wires of the prior art, in particular in spheroidized steel, can have a relation to having a much finer and more dispersed nodular structure.
  • the tempering temperature must be at least about 10 to 30 ° C lower than the temperature AC1, this condition resulting from the fact that it has been found that under these conditions the wire tempering has very good H 2 S resistance characteristics. It can thus be seen that the grade 35CDV6 requires adjusting the tempering temperature with a little more precision.
  • the invention has in particular the advantage that from the same batches of crown of shaped wires obtained according to the method according to the invention, it is possible to produce, depending on the needs, either very strong steel wires. mechanically but not sometimes having the required properties of resistance to H 2 S, ie wires resistant to H 2 S even under the most severe conditions.
  • the manufacturing range is preferably supplemented by an expansion treatment.
  • the production range is, at least, supplemented by an additional stage of final income.
  • the invention can be applied to a flexible tube for the transport of an effluent comprising H 2 S, the tube possibly comprising at least one layer of reinforcements of reinforcement under pressure and / or under tension comprising wires form according to the invention.
  • Table I gives the chemical analysis of three grades of steels which can be used according to the method of the present invention, different samples of yarn having been made in these shades on a trial basis.
  • the products T10, T14 correspond to a T section of height 10 and 14 mm, of sections 132 mm2 and 276 mm2 respectively.
  • the product 15 * 5 corresponds to a rectangular section wire 15 mm wide and 5 mm thick with a cross section of 75 mm2.
  • the products ⁇ 15, ⁇ 16 and ⁇ 19 correspond to a wire of circular section of diameter 15, 16, 19 mm having respectively section 176 mm2, 201 mm2 and 283 mm2.
  • the different products referenced in Table I were manufactured by rolling hot, at temperatures which have been chosen, taking into account the profile, the nuance steel, so that the final temperature is higher than the AC3 temperature, preferably about 10 to 50 ° C.
  • the wire crowns are cooled in still air.
  • the following description shows the good homogeneity of the crowns after air rolling and cooling, mechanical characterization of unprocessed products hot rolling, defining the areas of income to obtain an HRC hardness between 20 and 30 corresponding as a first approximation to values of Rp0,2 between 650 and 750 MPa and Rm values between 800 and 850 MPa.
  • the crowns were cut into three sections: A1-A2, B1-B2, C1-C2 to take samples at the start (A1), at the end (C2) and in two intermediate portions (B1 and C1).
  • Rm MPa
  • Rp 0.2
  • HRC 35CDV6 A1 1760 1030 50 ⁇ 19 B1 1754 1060 50 C1 1742 1110 50 C2 1984 1054 53 T10 A1 2200 1344 55 B1 1851 1236 52 Cl1 1927 1233 52 C2 2172 1403 55 22CD12 A1 1392 840 42 ⁇ 15 B1 1381 813 43 C1 1387 838 42 C2 1422 862 44 T14 A1 1445 896 43 B1 1381 813 42 C1 1398 843 42 C2 1491 911 44 30CD12 A1 1502 931 42 T14 B1 1524 982 45 C1 1540 1003 45 C2 1549 1004 45
  • the 30CD12 grade has better homogeneity in the Rm values, representative of better quenchability due to the carbon content of 0.30% and the presence of 0.22% Ni.
  • Tables III, IV and V give respectively the mechanical characteristics products respectively produced in grades 35CDV6, 22CD12 and 30CD12 in tempering treatment temperature function of about 3 hours.
  • the tempering conditions for obtaining a hardness value of between 20 to 25 HRC lead to tempering on the order of three hours at a temperature very close to the point AC1. This peculiarity is due to the vanadium content.
  • the wires produced from this grade can be reserved for flexible pipes of short length.
  • the samples are subjected to the NACE TM 0177 test under a stress of 500 MPa (65% of Rp 0.2 ), for 30 days, without obtaining a rupture.
  • the SSCC behavior was established according to standard TM0177 method C, that is to say under so-called "ring" solicitation.
  • Method C the rings were made so that the samples curved by plastic deformation, present, in the absence of forces external, a curvature corresponding to that of the coiled armor wire to form a pressure vault type armor with an inside diameter of 4 inches (101.6 mm).

Description

La présente invention concerne des éléments allongés de grande longueur, tels des fils d'acier pour renforcer des conduites flexibles destinées au transport d'effluent sous pression. L'invention concerne un procédé de fabrication de ces fils de renfort, les fils obtenus par le procédé et les conduites flexibles qui comportent de tels fils de renfort dans leur structure.The present invention relates to elongated elements of great length, such as steel wires to reinforce flexible pipes intended for the transport of effluent under pressure. The invention relates to a method of manufacturing these reinforcing threads, the threads obtained by the process and flexible pipes which include such reinforcing wires in their structure.

On connaít des applications dans lesquelles on utilise pour le transport de fluides, notamment des hydrocarbures, des conduites flexibles armées par des nappes d'armures constituées par des fils en acier. Dans certains cas, ces conduites sont placées dans des conditions dans lesquelles elles sont soumises à une ambiance corrosive, par exemple en présence de fluides acides comportant des produits sulfurés. En outre, dans le cas où de telles conduites flexibles sont disposées dans de grandes profondeurs d'eau, elles doivent, de plus en plus, présenter des performances mécaniques très élevées en termes de résistance à la pression intérieure, à la charge axiale, à la pression extérieure consécutive à la grande profondeur d'eau d'immersion.We know applications in which we use to transport fluids, in particular hydrocarbons, flexible pipes reinforced by armor plies made up of steel wires. In some cases, these lines are placed in conditions under which they are subjected to a corrosive atmosphere, for example in presence of acidic fluids containing sulfurized products. In addition, in the event that such flexible pipes are arranged in great depths of water, they must, increasingly, present very high mechanical performance in terms of resistance to internal pressure, axial load, external pressure following the great depth of immersion water.

Dans les conduites flexibles, l'étanchéité étant assurée par une ou plusieurs gaines en polymère, la résistance mécanique à la pression interne et externe et aux sollicitations mécaniques externes, est réalisée par une ou plusieurs nappes d'armures constituées par des fils ou des profilés en acier ayant un profil spécifique.In flexible pipes, sealing is ensured by one or more sheaths made of polymer, mechanical resistance to internal and external pressure and to stresses external mechanical, is carried out by one or more layers of armor constituted by steel wires or profiles with a specific profile.

Généralement, le tube flexible comporte au moins l'une des nappes d'armure suivantes : une carcasse de résistance à la pression externe en fils ou profilés posés suivant un angle proche de 90° par rapport à l'axe, une nappe de résistance à la pression interne (appelée voûte) posée avec un angle supérieur à 55°, les éléments allongés de la carcasse et de la voûte étant préférentiellement des fils agrafables, et au moins une nappe d'armures de résistance à la traction posée avec un angle inférieur à 55°. Selon un autre mode, la voûte et les armures de traction sont remplacées par deux nappes d'armure symétriques armées à un angle d'environ 55°, ou par deux paires de nappes armées à 55°, ou encore par un ensemble d'au moins deux nappes, l'angle d'armage d'au moins une nappe étant inférieur à 55° et l'angle d'armage d'au moins une autre nappe étant supérieur à 55°. L'acier des fils composant les armures doit être choisi de façon telle que ces fils, compte tenu de leur section, apportent la résistance mécanique nécessaire en service, en même temps qu'ils résistent à la corrosion, en particulier dans certains cas en présence de H2S.Generally, the flexible tube comprises at least one of the following armor plies: a carcass for resistance to external pressure in wires or profiles laid at an angle close to 90 ° relative to the axis, a resistance ply to the internal pressure (called vault) laid with an angle greater than 55 °, the elongated elements of the carcass and the vault preferably being staplable wires, and at least one layer of tensile strength armor laid with a lower angle at 55 °. According to another mode, the vault and the tensile armor are replaced by two layers of symmetrical armor reinforced at an angle of about 55 °, or by two pairs of layers reinforced at 55 °, or by a set of at least at least two plies, the winding angle of at least one ply being less than 55 ° and the winding angle of at least one other ply being greater than 55 °. The steel of the wires making up the armor must be chosen in such a way that these wires, given their cross-section, provide the mechanical resistance necessary in service, at the same time as they resist corrosion, in particular in certain cases in the presence of H 2 S.

Ces fils d'acier, mis en forme généralement par laminage ou tréfilage à chaud ou à froid, peuvent avoir des profils, c'est-à-dire des sections droites, variés : sensiblement plat ou méplat, en U, en T, en Z, avec ou sans moyens d'accrochage sur un fil voisin, ou circulaire.These steel wires, generally formed by hot rolling or drawing or when cold, may have profiles, that is to say straight sections, various: substantially flat or flat, U-shaped, T-shaped, Z-shaped, with or without hooking means on a neighboring wire, or circular.

Dans le cas de l'utilisation en présence de gaz acide, essentiellement l'H2S et le CO2, en plus de la corrosion généralisée, peuvent se poser des problèmes liés à la pénétration d'hydrogène dans l'acier. En effet l'H2S (ou plutôt l'ion HS-) est un inhibiteur de recombinaison des atomes d'hydrogène produits par réduction des protons à la surface de l'acier. Ces atomes d'hydrogène s'introduisent à l'intérieur du métal et s'y recombinent, étant ainsi à l'origine de deux types de détériorations :

  • des soufflures sous la surface de l'acier ("Hydrogen Blistering", on parle alors de "Blister"), ou des fissurations internes (dites en gradin), pouvant apparaítre en l'absence de contraintes et pouvant être aggravées en présence de contraintes résiduelles,
  • une fragilisation résultant en ruptures différées dans le cas où l'acier est mis sous contraintes (corrosion sous contraintes par l'hydrogène).
In the case of use in the presence of acid gas, essentially H 2 S and CO 2 , in addition to generalized corrosion, there may be problems associated with the penetration of hydrogen into the steel. In fact, H 2 S (or rather the ion HS - ) is an inhibitor of recombination of the hydrogen atoms produced by reduction of the protons on the surface of the steel. These hydrogen atoms are introduced inside the metal and recombine there, thus being at the origin of two types of deterioration:
  • blowing under the surface of the steel ("Hydrogen Blistering", we then speak of "Blister"), or internal cracks (so-called tiered), which can appear in the absence of stresses and can be aggravated in the presence of stresses residual,
  • embrittlement resulting in deferred fractures in the event that the steel is placed under stress (corrosion under stress by hydrogen).

Des normes NACE ont été prévues pour évaluer l'aptitude d'un élément structurel en acier à être utilisé en présence d'H2S. Les aciers doivent subir un test sur un échantillon représentatif, sous contrainte en milieu H2S avec un pH de 2,8 à 3,4 (NACE Test Method TM 0177 relatif aux effets de fissuration sous contrainte, désignés communément par "Sulfide Stress Corrosion Cracking" ou SSCC), pour pouvoir être considérés comme utilisables dans la fabrication de structures métalliques devant résister aux effets de la corrosion sous contrainte en présence d'H2S.NACE standards have been provided to assess the suitability of a steel structural element to be used in the presence of H 2 S. The steels must undergo a test on a representative sample, under stress in H 2 S medium with a pH 2.8 to 3.4 (NACE Test Method TM 0177 relating to stress cracking effects, commonly known as "Sulfide Stress Corrosion Cracking" or SSCC), to be considered as usable in the manufacture of metallic structures which must resist effects of stress corrosion in the presence of H 2 S.

Une autre norme NACE (TM 0284) est relative aux effets de fissuration induits par l'hydrogène, désignés communément par "Hydrogen Induced Cracking" ou HIC. La procédure de test recommandée par la norme ci-dessus consiste à exposer des échantillons, sans tension, dans une solution d'eau de mer saturée par de l'H2S, à température et pression ambiantes, à un pH compris entre 4,8 et 5,4. La procédure prévoit d'effectuer ensuite des examens métallographiques pour quantifier la fissuration des échantillons, ou constater l'absence de fissuration.Another NACE standard (TM 0284) relates to hydrogen-induced cracking effects, commonly known as "Hydrogen Induced Cracking" or HIC. The test procedure recommended by the above standard consists in exposing samples, without voltage, in a seawater solution saturated with H 2 S, at ambient temperature and pressure, at a pH between 4, 8 and 5.4. The procedure plans to then carry out metallographic examinations to quantify the cracking of the samples, or to note the absence of cracking.

Les conditions d'exploitation des gisements sous-marins étant devenues de plus en plus sévères, il est apparu récemment que la qualification des matériaux pour leur utilisation en présence d'H2S doit viser le cas de milieu plus acide, le pH pouvant descendre jusqu'à environ 3. On a été ainsi conduit à spécifier que, dans certains cas, les essais selon la norme NACE TM 0284 doivent être réalisés dans une solution saturée en H2S présentant un pH, par exemple de 3 ou 2,8, semblable à la solution définie par la norme NACE TM 0177, et non plus avec un pH au moins égal à 4,8.The conditions of exploitation of underwater deposits having become more and more severe, it appeared recently that the qualification of the materials for their use in the presence of H 2 S must aim at the case of more acid medium, the pH being able to fall up to approximately 3. We have thus been led to specify that, in certain cases, the tests according to standard NACE TM 0284 must be carried out in a saturated solution of H 2 S having a pH, for example of 3 or 2.8 , similar to the solution defined by the NACE TM 0177 standard, and no longer with a pH at least equal to 4.8.

Selon les techniques actuellement connues, les fils d'armure des flexibles, en particulier pour le cas du transport des fluides comportant de l'H2S, sont réalisés avec des aciers au carbone-manganèse doux ou mi-dur (0,15 à 0,50% de carbone) présentant une structure ferrite-perlite, auxquels on applique, après mise en forme à froid du fil machine, un traitement thermique de recuit approprié pour amener la dureté à la valeur admise, si nécessaire. According to currently known techniques, the armouring wires of the hoses, in particular for the transport of fluids comprising H 2 S, are made with soft or semi-hard carbon-manganese steels (0.15 to 0.50% carbon) having a ferrite-perlite structure, to which, after cold forming of the wire rod, an appropriate annealing heat treatment is applied to bring the hardness to the accepted value, if necessary.

La norme NACE 0175 définit que de tels aciers au carbone-manganèse sont compatibles avec un milieu H2S s'ils présentent une dureté inférieure ou égale à 22 HRC. Il a été ainsi vérifié que des fils d'armure tels que décrits ci-dessus, réalisés en acier au carbone-manganèse et présentant une structure ferrite-perlite, peuvent être fabriqués par formage à froid suivi d'un recuit de façon à satisfaire les critères NACE traditionnels. On connaít un procédé décrit dans le document FR-A-2661194 permettant d'obtenir un acier de dureté supérieure à 22 HRC compatible avec l'H2S selon les normes NACE TM 0177 et TM 0284, la solution utilisée pour les essais selon TM 0284 ayant un pH compris entre 4,8 et 5,4.The NACE 0175 standard defines that such carbon-manganese steels are compatible with an H 2 S medium if they have a hardness less than or equal to 22 HRC. It has thus been verified that armor wires as described above, made of carbon-manganese steel and having a ferrite-pearlite structure, can be produced by cold forming followed by annealing so as to satisfy the traditional NACE criteria. We know a process described in document FR-A-2661194 for obtaining a steel of hardness greater than 22 HRC compatible with H 2 S according to NACE TM 0177 and TM 0284 standards, the solution used for tests according to TM 0284 having a pH between 4.8 and 5.4.

Par contre, il a été constaté que les aciers au carbone à structure ferrite-perlite sont inaptes à supporter de façon satisfaisante les essais HIC réalisés selon la procédure de la norme TM 0284 lorsque ces essais sont réalisés en milieu plus acide, par exemple avec un pH de l'ordre de 3 correspondant aux conditions dorénavant rencontrées dans certains cas d'exploitation des gisements pétroliers. Ces résultats inacceptables ont été obtenus même dans le cas où le traitement thermique final est plus poussé de façon à obtenir une dureté HRC inférieure à 22 HRC.However, it has been found that carbon steels with a ferrite-perlite structure are unable to withstand the HIC tests satisfactorily in accordance with the the standard TM 0284 when these tests are carried out in a more acid medium, for example with a pH of around 3 corresponding to the conditions now encountered in some case of exploitation of petroleum deposits. These unacceptable results have been obtained even in the case where the final heat treatment is more advanced so as to obtain a HRC hardness less than 22 HRC.

Il y a donc un besoin pour la réalisation de fils d'armure des flexibles, d'un acier qui, dune part soit compatible avec l'H2S dans les conditions nouvelles décrites ci-dessus et qui d'autre part, soit d'une composition et d'une procédure d'élaboration relativement classiques et peu sophistiquées dans le but de conserver des coûts de fabrication suffisamment faibles.There is therefore a need for the production of armouring wires for hoses, a steel which, on the one hand is compatible with H 2 S under the new conditions described above and which, on the other hand, is d 'a relatively conventional and unsophisticated composition and production procedure in order to keep manufacturing costs low enough.

Par ailleurs, les aciers et les procédés d'élaboration utilisés pour réaliser les fils d'armure des flexibles doivent être tels que le fil de forme peut être produit en très grandes longueurs continues, de l'ordre de plusieurs centaines de mètres ou de plusieurs kilomètres. Le fil ainsi fabriqué est enroulé sur des bobines en vue de sa mise en oeuvre ultérieure pour réaliser les nappes d'armure des flexibles. En outre, et malgré la longueur unitaire très importante des fils ainsi produits, il est important qu'ils puissent être raccordés par soudure pendant l'opération d'armage lors de la fabrication du flexible. Dans le but de reconstituer dans la zone de soudure, les propriétés spécifiées de l'acier, en particulier la résistance à l'H2S, un traitement thermique est à prévoir après soudure. Mais il est important, afin de ne pas surcharger excessivement les coûts de fabrication que ce traitement thermique après soudure permette d'atteindre le but fixé dans un délai suffisamment court, de quelques minutes si possible, préférablement moins de 30 minutes.Furthermore, the steels and the production methods used to make the armouring wires for the hoses must be such that the forming wire can be produced in very large continuous lengths, of the order of several hundred meters or several kilometers. The wire thus manufactured is wound on spools for its subsequent use to produce the armor plies of the hoses. In addition, and despite the very large unit length of the wires thus produced, it is important that they can be connected by welding during the winding operation during the manufacture of the hose. In order to reconstitute in the weld zone, the specified properties of the steel, in particular the resistance to H 2 S, a heat treatment is to be provided after welding. But it is important, in order not to excessively overload the manufacturing costs, that this heat treatment after welding makes it possible to achieve the goal set in a sufficiently short time, a few minutes if possible, preferably less than 30 minutes.

Dans le cas où la compatibilité avec l'H2S n'est pas requise (production de "sweet crude"), on utilise couramment des aciers au carbone à l'état brut de formage à froid présentant également une structure ferrite-perlite, mais possédant des valeurs sensiblement plus élevées de résistance mécanique et de dureté. Néanmoins, il a été constaté que l'augmentation de la résistance mécanique au delà de certaines limites, conduit pour de tels aciers à présenter une ductilité insuffisante compte tenu des opérations de préformation et d'armage qui doivent être réalisées avec le fil d'armure.In the case where compatibility with H 2 S is not required (production of "sweet crude"), carbon steels in the raw cold-forming state are also commonly used, also having a ferrite-perlite structure, but having significantly higher values of mechanical strength and hardness. However, it has been observed that the increase in mechanical strength beyond certain limits, leads for such steels to have insufficient ductility taking into account the preformation and reinforcement operations which must be carried out with the armor wire. .

Dans la demande de la demanderesse FR 95/03093, le fil de forme est trempé dans un liquide, typiquement, à l'eau ou à l'huile, ce qui impose de contrôler avec une grande précision les conditions de réalisation de l'opération de trempe, et ce qui risque de rendre plus difficile les opérations d'élaboration du fil.In the applicant's request FR 95/03093, the form wire is hardened in a liquid, typically, with water or oil, which requires controlling with a high precision the conditions for carrying out the quenching operation, and what risks make the wire drawing operations more difficult.

L'objet de la présente invention est de décrire un procédé d'obtention d'un élément allongé de grande longueur destiné à la fabrication de tube flexible, l'élément allongé présentant des caractéristiques mécaniques optimisées ainsi que, dans une application selon l'invention, une bonne résistance à l'H2S .The object of the present invention is to describe a process for obtaining an elongated element of great length intended for the manufacture of flexible tube, the elongated element having optimized mechanical characteristics as well as, in an application according to the invention , good resistance to H 2 S.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un fil de forme en acier, ce fil étant de grande longueur et apte à être utilisé comme fil d'armure d'un flexible. Le procédé comporte les étapes suivantes :

  • fabrication d'un fil de forme de grande longueur par laminage ou tréfilage à chaud à partir d'un acier comportant les éléments suivants :
    • de 0,18% à 0,45% de C, et de préférence de 0,20 à 0,40% de C,
    • de 0,4% à 1,8% de Mn, et de préférence de 0,45 à 1,50% de Mn,
    • de 1 à 4% de Cr, et de préférence de 1,5 à 3,5% de Cr,
    • de 0,1% à 0,6% de Si, et de préférence de 0,1 à 0,5% de Si,
    • de 0 à 1,5% de Mo,, et de préférence de 0,25 à 1% de Mo,
    • de 0 à 1,5% de Ni, et de préférence de 0 à 0,7% de Ni,
    • au plus 0,01% de S et 0,020% de P,
  • l'acier pouvant en outre comporter des dispersoïdes, en particulier du Vanadium, avec V ≤ 0,1, ou éventuellement V entre 0,1 et 0,15, s'il n'est pas prévu de souder le fil,
  • le fil de forme ayant en fin de laminage ou de tréfilage une température au moins supérieure à la température AC3; de préférence supérieure de 50 à 200°C, et en particulier de 100 à 150°C,
  • enroulement du fil en couronne, et
  • refroidissement à l'air de la couronne de fil pour obtenir une dureté HRC supérieure ou égale à 40 et de préférence supérieure ou égale à 45, et pouvant avantageusement atteindre ou dépasser 50,
The present invention relates to a method for manufacturing a steel form wire, this wire being very long and suitable for use as the armor wire of a hose. The process includes the following steps:
  • manufacture of a long form wire by hot rolling or drawing from a steel comprising the following elements:
    • from 0.18% to 0.45% of C, and preferably from 0.20 to 0.40% of C,
    • from 0.4% to 1.8% of Mn, and preferably from 0.45 to 1.50% of Mn,
    • from 1 to 4% of Cr, and preferably from 1.5 to 3.5% of Cr,
    • from 0.1% to 0.6% of Si, and preferably from 0.1 to 0.5% of Si,
    • from 0 to 1.5% of Mo ,, and preferably from 0.25 to 1% of Mo,
    • from 0 to 1.5% of Ni, and preferably from 0 to 0.7% of Ni,
    • at most 0.01% of S and 0.020% of P,
  • the steel possibly also comprising dispersoids, in particular Vanadium, with V ≤ 0.1, or possibly V between 0.1 and 0.15, if it is not intended to weld the wire,
  • the shaping wire having at the end of rolling or drawing a temperature at least higher than the temperature AC3; preferably greater than 50 to 200 ° C, and in particular 100 to 150 ° C,
  • winding of the wire in a crown, and
  • air cooling of the wire ring to obtain a HRC hardness greater than or equal to 40 and preferably greater than or equal to 45, and which can advantageously reach or exceed 50,

La structure de l'acier du fil de forme ainsi obtenu peut de préférence être du type martensite-bainite, de préférence à prédominance bainitique.The structure of the steel of the shaped wire thus obtained can preferably be of the type martensite-bainite, preferably predominantly bainitic.

La quantité de ferrite sera préférentiellement faible, en particulier inférieure ou égale à 10%, et avantageusement inférieure ou égale à 1%.The amount of ferrite will preferably be low, in particular less or equal to 10%, and advantageously less than or equal to 1%.

Le laminage ou tréfilage à chaud du fil de forme peut être effectué à partir d'un lingot ou d'un fil machine préalablement laminé et porté à la température de transformation par le moyen de fours appropriés.Hot rolling or drawing of the forming wire can be carried out from a ingot or wire rod previously rolled and brought to the temperature of transformation by means of suitable ovens.

Le niveau de trempe à l'air du fil enroulé en couronne dépend principalement de la nuance d'acier et des conditions de refroidissement. Les paramètres principaux qui définissent les conditions de refroidissement sont notamment: la température en fin de laminage, la section du fil, la quantité de fil et la compacité de la couronne, la dynamique de refroidissement. Le choix des systèmes et mode de refroidissement est conditionné par la nuance d'acier, la section et la quantité de fil. Le refroidissement du type air calme correspond, par exemple, à la manutention rapide de la couronne après laminage. Le refroidissement du type air agité ou pulsé correspond, par exemple, à une ventilation de la couronne par soufflerie ou air pulsé. Dans une autre variante, la couronne peut être ventilée sous cloche. Lorsque la quantité de fil est telle que la charge de la couronne dépasse 500 à 700 kg, le type de refroidissement à air agité ou pulsé est avantageusement utilisé.The air quenching level of the wire wound in a crown mainly depends on steel grade and cooling conditions. The main parameters which define the cooling conditions are in particular: the temperature at the end of rolling, the section of the wire, the quantity of wire and the compactness of the crown, the dynamics cooling. The choice of cooling systems and mode is conditioned by steel grade, cross-section and quantity of wire. Cooling of the calm air type corresponds, for example, to the rapid handling of the crown after rolling. The For example, agitated or forced air cooling corresponds to ventilation of the crown by blower or forced air. In another variant, the crown can be ventilated under bell. When the amount of wire is such that the crown load exceeds 500 to 700 kg, the type of agitated or forced air cooling is advantageously used.

La structure obtenue après refroidissement est de préférence à prédominance de bainite avec un pourcentage compris entre 0 et 30% de martensite. De préférence, la bainite est à l'état bainite inférieure et non pas bainite supérieure. De préférence, la structure peut ne comporter qu'une quantité faible de ferrite, de préférence inférieure ou égale à 10%, et avantageusement inférieure ou égale à 1%.The structure obtained after cooling is preferably predominantly bainite with a percentage between 0 and 30% martensite. Preferably, the bainite is in the lower bainite state and not higher bainite. Preferably, the structure may contain only a small amount of ferrite, preferably less or equal to 10%, and advantageously less than or equal to 1%.

Le procédé selon l'invention présente l'avantage que sa mise en oeuvre industrielle peut être réalisée de façon relativement économique et aisée. En particulier, par rapport à des fils d'acier réalisés par formage à froid suivi d'une trempe classique dans un liquide, typiquement à l'eau ou à l'huile, grâce au procédé selon l'invention, caractérisé par un formage à chaud suivi par une trempe à l'air, les caractéristiques du fil réalisé sont moins sensibles aux variations possibles des divers paramètres intervenant dans l'opération de trempe à l'air, aussi bien au niveau du réglage de la température d'austénitisation qu'au niveau de la mise au point du dispositif de refroidissement. Il est ainsi possible, de façon relativement facile et stable et avec un risque réduit d'apparition de défauts, d'obtenir les qualités désirées, en particulier l'absence de tapure, une résistance élevée, ainsi que dans le cas du mode de réalisation décrit ci-après, une bonne résistance de l'acier, après traitement thermique de revenu, à la corrosion en présence de l'H2S.The method according to the invention has the advantage that its industrial implementation can be carried out relatively economically and easily. In particular, compared with steel wires produced by cold forming followed by conventional quenching in a liquid, typically with water or oil, using the process according to the invention, characterized by hot followed by air quenching, the characteristics of the wire produced are less sensitive to possible variations of the various parameters involved in the air quenching operation, both in terms of adjusting the austenitization temperature and at the level of the development of the cooling device. It is thus possible, relatively easily and stable and with a reduced risk of appearance of defects, to obtain the desired qualities, in particular the absence of tapure, high resistance, as well as in the case of the embodiment. described below, good resistance of the steel, after heat treatment of tempering, to corrosion in the presence of H 2 S.

Le fil ainsi obtenu peut ne pas être apte à résister à l'H2S dans certaines conditions d'exploitation, mais il peut être utilisé de façon très intéressante, en particulier après un éventuel traitement thermique de détente, comme fil d'armure pour des conduites flexibles grâce à ses excellentes propriétés mécaniques optimisées, en particulier par la combinaison d'une résistance mécanique élevée et d'une ductilité supérieure à celle que l'on peut obtenir avec les procédés connus. La limite de rupture Rm peut atteindre 1000 à 1600 MPa, égale ou supérieure à celle des fils d'armure les plus résistants actuellement connus, et l'allongement à la rupture peut être supérieur à 5%, éventuellement supérieur à 10% et pouvant dépasser 15% dans certains cas. Alors que pour les fils d'acier connus à structure ferrite-perlite présentant un niveau de résistance comparable à l'état écroui, ceux-ci présentent un allongement à la rupture ne dépassant pas 5%.The wire thus obtained may not be able to resist H 2 S under certain operating conditions, but it can be used very advantageously, in particular after a possible thermal expansion treatment, as armor wire for flexible pipes thanks to its excellent optimized mechanical properties, in particular by the combination of a high mechanical strength and a ductility higher than that which can be obtained with known methods. The rupture limit Rm can reach 1000 to 1600 MPa, equal to or greater than that of the most resistant armor wires currently known, and the elongation at break can be greater than 5%, possibly greater than 10% and possibly exceeding 15% in some cases. Whereas for known steel wires with ferrite-perlite structure having a level of resistance comparable to the work hardened state, these have an elongation at break not exceeding 5%.

L'invention permet de réaliser ainsi un fil de forme présentant après refroidissement à l'air une structure à dominante bainitique de façon relativement homogène dans toute l'épaisseur du fil, malgré l'augmentation de l'épaisseur du fil. On peut ainsi obtenir dans une telle structure à dominante de bainite inférieure avec un pourcentage de martensite compris entre 0 et 30%, une teneur totale en bainite et martensite couramment au moins égale à 90%, et, dans les cas les plus favorables, pouvant atteindre approximativement 100%.The invention thus makes it possible to form a shaped wire having after air cooling a relatively bainitic dominant structure homogeneous throughout the thickness of the wire, despite the increase in the thickness of the wire. We can thus obtain in such a predominantly lower bainite structure with a percentage of martensite between 0 and 30%, a total content of bainite and martensite commonly at least 90%, and in the most favorable cases, can reach approximately 100%.

Un tel résultat est obtenu en utilisant une nuance d'acier adaptée à la trempabilité à l'air.Such a result is obtained by using a steel grade suitable for hardenability to the air.

Le tableau ci-dessous résume, en ordre de grandeur, les résultats obtenus dans le cas de trois nuances différentes correspondant aux exemples dont la description détaillée est faite plus loin.The table below summarizes, in order of magnitude, the results obtained in the case of three different shades corresponding to the examples whose detailed description is made further.

Les valeurs du tableau correspondent aux valeurs moyennes typiques pour un échantillon de fil enroulé en couronne et après refroidissement, c'est à dire trempé à l'air, en fonction de la nuance d'acier utilisée. Nuance d'acier 35CDV6 30CD12 22CD12 HRC 50 45 42 Rp0,2 (MPa) 1100 1000 850 Rm (MPa) 1800 1500 1350 Allongement à la rupture A (%) 13,5 15 12,5 Striction Z (%) 48 à 55 57 à 62 56 à 59 The values in the table correspond to the typical average values for a sample of wire wound in a crown and after cooling, ie air quenched, depending on the steel grade used. Steel grade 35CDV6 30CD12 22CD12 HRC 50 45 42 Rp0.2 (MPa) 1100 1000 850 Rm (MPa) 1800 1500 1350 Elongation at break A (%) 13.5 15 12.5 Striction Z (%) 48 to 55 57 to 62 56 to 59

Bien que relativement plus faibles, les valeurs de la limite élastique Rp0,2 et de la limite mécanique de rupture Rm de la nuance 22CD12 sont encore très élevées et intéressantes pour l'utilisation comme fil d'armure d'une conduite flexible. Les fils selon l'invention présentent des valeurs remarquablement élevées, par rapport aux fils d'acier connus dans cette utilisation, en allongement à la rupture et en striction, ce qui s'avère très intéressant pour la réalisation des conduites flexibles.Although relatively lower, the values of the elastic limit Rp0,2 and the mechanical breaking limit Rm of grade 22CD12 are still very high and interesting for using as flexible armor wire. Sons according to the invention have remarkably high values, compared to steel wires known in this use, in elongation at break and in necking, which turns out to be very interesting for the realization of flexible conduits.

Il a été trouvé que le procédé selon l'invention permet d'obtenir des résultats intéressants lorsque l'on utilise un acier dont la composition est telle que le carbone équivalent présente une valeur au moins égale à 0,75 et de préférence au moins égale à 0,85, le carbone équivalent étant calculé selon la formule suivante : Ceq = C + Mn6 + Cr + Mo +V6 + Cu + Ni15 It has been found that the method according to the invention makes it possible to obtain advantageous results when a steel is used whose composition is such that the equivalent carbon has a value at least equal to 0.75 and preferably at least equal at 0.85, the equivalent carbon being calculated according to the following formula: VS eq = C + Mn 6 + Cr + Mo + V 6 + Cu + Ni 15

Cette formulation de carbone équivalent est, en soi, bien connue, mais généralement dans le but de fixer, pour l'acier considéré, non pas un carbone équivalent minimum comme dans la présente invention, mais une valeur maximum de manière à faciliter le soudage par la diminution de la dureté dans les zones affectées thermiquement, et de s'affranchir d'un traitement thermique après soudage.This carbon equivalent formulation is, in itself, well known, but generally in order to fix, for the steel considered, not an equivalent carbon minimum as in the present invention, but a maximum value so as to facilitate welding by reducing the hardness in the heat affected areas, and to get rid of a heat treatment after welding.

Par comparaison avec les fils décrits dans la demande FR 95/03093, lesquels fils ayant subis après laminage une opération de trempe dans un liquide, les nuances d'acier étant 30CD4, 12CD4, 20C4 et 35C1, les fils ont alors une composition caractérisée par un carbone équivalent en général entre 0,5 et 0,6 et ne dépassant pas 0,75.By comparison with the wires described in application FR 95/03093, which wires having undergone a quenching operation in a liquid after rolling, the steel grades being 30CD4, 12CD4, 20C4 and 35C1, the threads then have a composition characterized by a carbon generally equivalent between 0.5 and 0.6 and not exceeding 0.75.

En outre, la demande FR 95/03093 qui décrit principalement l'élaboration du fil de forme par formage à froid suivi d'une trempe dans un liquide, propose également une variante d'élaboration du fil de forme par formage à chaud suivi nécessairement d'une opération de trempe dans un liquide, mais dans ce cas il est spécifié que le fil doit avoir une limite de rupture Rm inférieure ou égale à 850 MPa après laminage à chaud. Alors que dans la présente invention, le fil de forme après laminage à chaud présente une dureté au moins égale à 40 HRC, correspondant à une Rm d'au moins 1200 MPa. In addition, application FR 95/03093 which mainly describes the production of the yarn shaped by cold forming followed by quenching in a liquid, also offers a variant of shaping the wire by hot forming necessarily followed by a liquid quenching operation, but in this case it is specified that the wire must have a rupture limit Rm less than or equal to 850 MPa after hot rolling. So that in the present invention, the shaped wire after hot rolling has a hardness at least equal to 40 HRC, corresponding to an Rm of at least 1200 MPa.

L'élaboration du fil d'armure est avantageusement terminée par un traitement de détente qui peut être réalisé à une température relativement basse, de l'ordre de 180°C à 200°C. Cette procédure procure un double avantage :

  • elle est facile et peu coûteuse, la couronne de fil après trempe à l'air pouvant être directement déposée dans une étuve,
  • les limites élastiques et de rupture ne sont pas diminuées, la limite élastique pouvant même être légèrement augmentée.
The development of the armor wire is advantageously completed by an expansion treatment which can be carried out at a relatively low temperature, of the order of 180 ° C. to 200 ° C. This procedure has a double advantage:
  • it is easy and inexpensive, the wire crown after air quenching which can be directly deposited in an oven,
  • the elastic and breaking limits are not reduced, the elastic limit can even be slightly increased.

Selon un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention afin d'obtenir des fils de forme optimisés résistant à l'H2S, le procédé peut comporter, postérieurement au refroidissement de la couronne, éventuellement complété par un traitement de détente, un traitement thermique final de revenu dans des conditions déterminées pour obtenir une dureté supérieure ou égale à 20 HRC et inférieure ou égale à 35 HRC, de préférence supérieure ou égale à 22 HRC et inférieure ou égale à 28 HRC, et plus particulièrement inférieure ou égale à 26 HRC, l'opération de revenu ayant résulté en la transformation de la structure à dominante de bainite inférieure en une structure du type trempé revenu présentant des nodules de carbure extrêmement fins dans un état de très grande dispersion dans une matrice de ferrite issue par revenu de la structure bainite-martensite.According to a particular embodiment of the invention in order to obtain optimized shaped wires resistant to H 2 S, the method may comprise, after the crown has cooled, possibly supplemented by an expansion treatment, a final tempering heat treatment under determined conditions to obtain a hardness greater than or equal to 20 HRC and less than or equal to 35 HRC, preferably greater than or equal to 22 HRC and less than or equal to 28 HRC, and more particularly less than 26 HRC, the tempering operation having resulted in the transformation of the predominantly lower bainite structure into a tempered tempered type structure having extremely fine carbide nodules in a state of very great dispersion in a ferrite matrix produced by tempering of the bainite-martensite structure.

Les conditions du traitement thermique final de revenu peuvent être adaptées de façon à obtenir une dureté inférieure ou égale à 28 HRC compatible avec les conditions d'exploitation pouvant prévoir une ambiance à pH voisin de 3.The conditions of the final tempering treatment can be adapted from so as to obtain a hardness less than or equal to 28 HRC compatible with the conditions that can provide an environment with a pH close to 3.

Dans tous les cas, après un traitement thermique de revenu, tel que défini, y compris à pH voisin de 3, un acier selon la présente invention ne présente pas de cloque ni de fissure aux essais HIC, et en outre ne présente pas de fissuration lorsqu'il est soumis à des essais selon la norme NACE 0177 (SSCC) avec une contrainte de traction au moins égale à 60% de la limite élastique et pouvant atteindre environ 90% de cette dernière.In all cases, after an income heat treatment, as defined, there comprised at a pH close to 3, a steel according to the present invention does not exhibit blistering or crack in HIC tests, and furthermore does not show cracking when subjected to tests according to standard NACE 0177 (SSCC) with a tensile stress at least equal to 60% of the elastic limit and up to approximately 90% of the latter.

Le revenu final peut être effectué en botte dans un four.The final income can be made in a bundle in an oven.

La température du revenu peut être au plus égale à une température inférieure d'environ 10°C à 30°C par rapport à la température AC1 de début d'austénitisation de l'acier, afin d'éviter une coalescence excessive de carbure pouvant conduire à une diminution des caractéristiques.The tempering temperature can be at most equal to a lower temperature from about 10 ° C to 30 ° C relative to the AC1 temperature at the start of austenitization of steel, in order to avoid excessive coalescence of carbide which could lead to a decrease in characteristics.

Ce procédé de transformation à chaud présente l'avantage de coûts de fabrication réduits. Il permet en outre d'obtenir des fils de forme de sections plus importantes que le laminage à froid.This hot transformation process has the advantage of manufacturing costs reduced. It also makes it possible to obtain wires with the shape of larger sections than the cold rolling.

L'invention concerne également un fil de forme de section constante et de grande longueur, adapté à être utilisé comme fil d'armure d'une conduite flexible, ledit fil étant fabriqué à partir d'un acier comportant les éléments suivants :

  • de 0,18% à 0,45% de C, et de préférence de 0,20 à 0,40% de C,
  • de 0,4% à 1,8% de Mn, et de préférence de 0,45 à 1,50% de Mn,
  • de 1 à 4% de Cr, et de préférence de 1,5 à 3,5% de Cr,
  • de 0,1% à 0,6% de Si, et de préférence de 0,1 à 0,5% de Si,
  • de 0 à 1,5% de Mo,, et de préférence de 0,25 à 1% de Mo,
  • de 0 à 1,5% de Ni, et de préférence de 0 à 0,7% de Ni,
  • au plus 0,01% de S et 0,020% de P,
   - l'acier pouvant en outre comporter des dispersoïdes, en particulier du Vanadium. avec V ≤ 0,1, ou éventuellement V entre 0,1 et 0,15, s'il n'est pas prévu de souder le fil, le carbone équivalent présente une valeur au moins égale à 0,75.The invention also relates to a wire of constant cross-sectional shape and of great length, suitable for being used as armor wire of a flexible pipe, said wire being made from a steel comprising the following elements:
  • from 0.18% to 0.45% of C, and preferably from 0.20 to 0.40% of C,
  • from 0.4% to 1.8% of Mn, and preferably from 0.45 to 1.50% of Mn,
  • from 1 to 4% of Cr, and preferably from 1.5 to 3.5% of Cr,
  • from 0.1% to 0.6% of Si, and preferably from 0.1 to 0.5% of Si,
  • from 0 to 1.5% of Mo ,, and preferably from 0.25 to 1% of Mo,
  • from 0 to 1.5% of Ni, and preferably from 0 to 0.7% of Ni,
  • at most 0.01% of S and 0.020% of P,
- Steel may also contain dispersoids, in particular Vanadium. with V ≤ 0.1, or possibly V between 0.1 and 0.15, if it is not planned to weld the wire, the equivalent carbon has a value at least equal to 0.75.

Le fil de forme a une structure du type trempé, à prédominance de bainite inférieure avec un pourcentage compris entre 0 et 50% de martensite. De préférence, la structure peut ne comporter qu'une quantité faible de ferrite. Le fil peut avoir une dureté supérieure à 40 HRC. De préférence, la taille du grain austénitique se situe entre les indices 5 et 12, et avantageusement entre les indices 8 et 11, selon la norme NF 04102.The form wire has a structure of the hardened type, predominantly bainite lower with a percentage between 0 and 50% martensite. Preferably, the structure may contain only a small amount of ferrite. Wire may have hardness greater than 40 HRC. Preferably, the size of the austenitic grain is between the indices 5 and 12, and advantageously between indices 8 and 11, according to standard NF 04102.

Dans une variante de l'invention, le fil de forme a une structure du type trempé revenu présentant des nodules de carbure extrêmement fins dans un état de très grande dispersion dans une matrice de ferrite issue par revenu d'une structure bainite-martensite.In a variant of the invention, the shaping wire has a structure of the quenched type income exhibiting extremely fine carbide nodules in a state of very large dispersion in a ferrite matrix produced by tempering of a bainite-martensite structure.

Le fil de forme peut avoir une section ayant au moins l'une des formes générales suivantes : en U, en T, en Z, rectangulaire ou rond. The form wire can have a section having at least one of the general forms following: U, T, Z, rectangular or round.

La section du fil de forme peut avoir une largeur L et une épaisseur e, et avoir les proportions suivantes : L/e supérieur à 1 et inférieur à 7. L'épaisseur peut varier entre 1 mm et 20 mm, pouvant atteindre 30 mm.The section of the form wire can have a width L and a thickness e, and have the following proportions: L / e greater than 1 and less than 7. The thickness can vary between 1 mm and 20 mm, up to 30 mm.

Le profil du fil de forme peut comporter des moyens d'accrochage avec un fil adjacent.The profile of the form wire may include means for hooking with a wire adjacent.

Selon un premier mode de réalisation, le fil de forme selon l'invention peut avoir une structure bainite martensite présentant une dureté HRC supérieure ou égale à 40, de préférence supérieure ou égale à 45. Le fil ainsi obtenu peut ne pas être apte à résister à l'H2S dans certaines conditions d'exploitation, mais il peut être utilisé de façon très intéressante comme fil d'armure pour des conduites flexibles grâce à ses excellentes propriétés mécaniques optimisées, en particulier par la combinaison d'une résistance mécanique élevée et d'une ductilité supérieure à celle que l'on peut obtenir avec les procédés connus. La limite de rupture Rm peut atteindre 1000 à 1600 MPa, de préférence supérieure ou égale à 1200 MPa. Un tel fil peut avantageusement être utilisé pour réaliser l'armure de flexibles destinés au transport de pétrole brut faiblement corrosif ("sweet crude"), de pétrole dégazé ("dead oil") ou d'eau. Le procédé pour élaborer un tel fil comportera une transformation à chaud, un refroidissement à l'air du fil obtenu et stocké en couronne en fin de transformation, de préférence suivie par un traitement de détente.According to a first embodiment, the shaped wire according to the invention may have a bainite martensite structure having an HRC hardness greater than or equal to 40, preferably greater than or equal to 45. The wire thus obtained may not be able to resist to H 2 S under certain operating conditions, but it can be very advantageously used as armouring wire for flexible pipes thanks to its excellent optimized mechanical properties, in particular by the combination of high mechanical strength and of a ductility higher than that which can be obtained with the known methods. The rupture limit Rm can reach 1000 to 1600 MPa, preferably greater than or equal to 1200 MPa. Such a wire can advantageously be used to make the armor of hoses intended for the transport of weakly corrosive crude oil ("sweet crude"), degassed oil ("dead oil") or water. The process for producing such a wire will include a hot transformation, air cooling of the wire obtained and stored in a ring at the end of transformation, preferably followed by an expansion treatment.

Selon un autre mode de réalisation, le fil de forme selon l'invention restant enroulé en couronne subit un traitement de revenu de façon à présenter une structure de type trempée, revenue avec une dureté HRC supérieure ou égale à 20 et inférieure ou égale à 35, de préférence supérieure ou égale à 22 et inférieure ou égale à 28, et en particulier inférieure ou égale à 26. Le fil ainsi obtenu peut présenter des propriétés de résistance à l'H2S dans les conditions d'exploitation décrites ci-dessus, en particulier à la suite d'essais HIC en milieu très acide (pH voisin de 2,8 ou 3). La résistance mécanique Rm peut être de l'ordre de 700 à 900 MPa sous pH voisin de 3 et peut atteindre au moins 1100 MPa avec un pH plus élevé. La contrainte appliquée dans les essais SSCC selon NACE, avec un pH voisin de 2,8, peut être au moins de 400 MPa et peut atteindre 600 MPa. According to another embodiment, the form wire according to the invention remaining wound in a crown undergoes a tempering treatment so as to present a structure of the quenched type, tempered with an HRC hardness greater than or equal to 20 and less than or equal to 35 , preferably greater than or equal to 22 and less than or equal to 28, and in particular less than or equal to 26. The wire thus obtained may have properties of resistance to H 2 S under the operating conditions described above , in particular following HIC tests in very acidic medium (pH close to 2.8 or 3). The mechanical resistance Rm can be of the order of 700 to 900 MPa under a pH close to 3 and can reach at least 1100 MPa with a higher pH. The stress applied in the SSCC tests according to NACE, with a pH close to 2.8, can be at least 400 MPa and can reach 600 MPa.

Dans le cas où les essais SSCC sont réalisés avec un pH supérieur à 3, les contraintes admissibles peuvent être plus élevées, pouvant atteindre environ 90% de la limite élastique.If the SSCC tests are carried out with a pH greater than 3, the allowable stresses may be higher, up to approximately 90% of the Elastic limit.

En vue de leur utilisation comme fils d'armure de conduites flexibles destinées au transport de pétrole brut comprenant du gaz acide, en particulier du H2S et du CO2, le procédé selon l'invention permet de réaliser des fils de forme en acier du type martensite-bainite revenu dont la structure présente des nodules de carbure extrêmement fins dans un état de très grande dispersion dans une matrice de ferrite issue par revenu d'une structure martensite-bainite. Il est intéressant de comparer cet acier à d'autres aciers déjà proposés ou utilisés pour réaliser des fils d'armure destinés au même usage, tels que des aciers obtenus par traitement de sphéroidisation à partir d'une structure ferrite-perlite écrouie. ces aciers comportant également des éléments de carbure dans une matrice ferritique. Les éléments de carbure sphéroidisés de ces aciers sont considérablement moins fins et moins dispersés que dans le cas de l'acier selon l'invention, ce qui permet d'identifier de façon évidente la différence entre les deux types de matériau. En outre, il semble que les propriétés supérieures de fil de forme selon l'invention, en termes de résistance mécanique et de compatibilité à l'H2S, par comparaison aux fils de l'art antérieur, en particulier en acier sphéroidisé, peuvent avoir une relation avec le fait de présenter une structure nodulaire beaucoup plus fine et dispersé.With a view to their use as armouring wires for flexible pipes intended for the transport of crude oil comprising acid gas, in particular H 2 S and CO 2 , the method according to the invention makes it possible to produce steel shaped wires. of the tempered martensite-bainite type, the structure of which has extremely fine carbide nodules in a state of very great dispersion in a ferrite matrix produced by tempering of a martensite-bainite structure. It is interesting to compare this steel with other steels already proposed or used to make armor wires intended for the same use, such as steels obtained by spheroidization treatment from a hardened ferrite-perlite structure. these steels also comprising carbide elements in a ferritic matrix. The spheroidized carbide elements of these steels are considerably less fine and less dispersed than in the case of the steel according to the invention, which makes it possible to clearly identify the difference between the two types of material. In addition, it seems that the superior properties of shaped wire according to the invention, in terms of mechanical resistance and compatibility with H 2 S, compared to the wires of the prior art, in particular in spheroidized steel, can have a relation to having a much finer and more dispersed nodular structure.

Des résultats particulièrement intéressants sont obtenus en ajustant les conditions de laminage à chaud et de revenu, en fonction en particulier de la composition de l'acier et de la section du fil, de sorte que la dureté soit comprise entre 22 et 26 HRC, avec une limite élastique Rp0,2 comprise entre 650 et 750 MPa, et une limite à la rupture Rm comprise entre 780 et 860 MPa. Dans le cas particulier de trois nuances correspondant aux exemples dont la description détaillée est faite plus loin, le tableau ci-dessous résume les valeurs types moyennes des températures de revenu à appliquer, pour une durée de trois heures, en les comparant aux températures AC1 de chaque nuance. 35CDV6 30CD12 22CD12 Température de revenu (°C) 3 heures 680 - 720 660 - 690 620 - 650 AC1 (°C) ~ 730 ~ 780 ~ 780 Particularly interesting results are obtained by adjusting the conditions of hot rolling and tempering, depending in particular on the composition of the steel and the section of the wire, so that the hardness is between 22 and 26 HRC, with an elastic limit Rp 0.2 between 650 and 750 MPa, and a limit at rupture Rm between 780 and 860 MPa. In the particular case of three shades corresponding to the examples whose detailed description is given below, the table below summarizes the average standard values of the tempering temperatures to be applied, for a duration of three hours, by comparing them with the temperatures AC1 of every nuance. 35CDV6 30CD12 22CD12 Tempering temperature (° C) 3 hours 680 - 720 660 - 690 620 - 650 AC1 (° C) ~ 730 ~ 780 ~ 780

Ainsi qu'il a été exposé ci-dessus, la température de revenu doit être inférieure d'au moins environ 10 à 30°C à la température AC1, cette condition résultant du fait qu'il a été trouvé que dans ces conditions le fil revenu présente de très bonnes caractéristiques de résistance à l'H2S. On voit ainsi que la nuance 35CDV6 nécessite de régler avec un peu plus de précision la température de revenu.As explained above, the tempering temperature must be at least about 10 to 30 ° C lower than the temperature AC1, this condition resulting from the fact that it has been found that under these conditions the wire tempering has very good H 2 S resistance characteristics. It can thus be seen that the grade 35CDV6 requires adjusting the tempering temperature with a little more precision.

En comparant les caractéristiques mécaniques après revenu telles que résumées ci-dessus avec les caractéristiques mécaniques du fil à l'état trempé, on constate que, même dans le cas où un fil présente une limite élastique relativement plus faible à l'état trempé, par exemple 850 MPa dans le cas de la nuance 22CD12, au lieu de 1000 à 1100 pour les autres nuances, ce même fil, par exemple en 22CD12, présente à l'état revenu une limite élastique du même ordre de grandeur que les autres nuances, ce qui est particulièrement intéressant pour l'application à l'armage des conduites flexibles. Ceci correspond, dans ce cas, au fait que le traitement de revenu provoque une réduction de limite élastique beaucoup plus faible que la réduction de limite de rupture, ce qui est très avantageux dans la réalisation des conduites flexibles dans la mesure où leur dimensionnement est conditionné par la limite élastique des fils d'acier.By comparing the mechanical characteristics after tempering as summarized above with the mechanical characteristics of the wire in the quenched state, it can be seen that, even in the case where a wire has a relatively lower elastic limit in the state hardened, for example 850 MPa in the case of grade 22CD12, instead of 1000 to 1100 for the other grades, this same thread, for example in 22CD12, presents in the returned state a elastic limit of the same order of magnitude as the other nuances, which is particularly interesting for the application to the reinforcement of flexible conduits. This corresponds, in this case, to the fact that the income treatment causes a reduction in much lower elastic limit than the reduction in breaking limit, which is very advantageous in the production of flexible pipes insofar as their sizing is conditioned by the elastic limit of the steel wires.

Il faut noter que l'invention présente notamment l'avantage qu'à partir des mêmes lots de couronne de fils de forme obtenu selon le procédé selon l'invention, on peut réaliser, en fonction des besoins, soit des fils en acier très résistant mécaniquement mais ne présentant pas parfois les propriétés requises de résistance à l'H2S, soit des fils résistant à l'H2S même dans les conditions les plus sévères. Dans le premier cas, la gamme de fabrication est, de préférence complétée par un traitement de détente. Dans l'autre cas, la gamme de fabrication est, au moins, complétée par une étape complémentaire de revenu final.It should be noted that the invention has in particular the advantage that from the same batches of crown of shaped wires obtained according to the method according to the invention, it is possible to produce, depending on the needs, either very strong steel wires. mechanically but not sometimes having the required properties of resistance to H 2 S, ie wires resistant to H 2 S even under the most severe conditions. In the first case, the manufacturing range is preferably supplemented by an expansion treatment. In the other case, the production range is, at least, supplemented by an additional stage of final income.

L'invention peut être appliquée à un tube flexible pour le transport d'un effluent comportant de l'H2S, le tube pouvant comporter au moins une couche d'armures de renfort à la pression et/ou à la traction comportant des fils de forme selon l'invention.The invention can be applied to a flexible tube for the transport of an effluent comprising H 2 S, the tube possibly comprising at least one layer of reinforcements of reinforcement under pressure and / or under tension comprising wires form according to the invention.

La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaítront plus clairement à la lecture des exemples suivants, nullement limitatifs.The present invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the following examples, in no way limiting.

Le tableau I donne l'analyse chimique de trois nuances d'aciers pouvant être utilisés selon le procédé de la présente invention, différents échantillons de fil ayant été réalisés dans ces nuances à titre d'essai.Table I gives the chemical analysis of three grades of steels which can be used according to the method of the present invention, different samples of yarn having been made in these shades on a trial basis.

Les produits T10, T14 correspondent à une section en T de hauteur 10 et 14 mm, de sections respectivement 132 mm2 et 276 mm2.The products T10, T14 correspond to a T section of height 10 and 14 mm, of sections 132 mm2 and 276 mm2 respectively.

Le produit 15*5 correspond à un fil de section rectangulaire de largeur 15 mm et d'épaisseur 5 mm ayant pour section 75 mm2.The product 15 * 5 corresponds to a rectangular section wire 15 mm wide and 5 mm thick with a cross section of 75 mm2.

Les produits Ø15, Ø16 et Ø19 correspondent à un fil de section circulaire de diamètre 15, 16, 19 mm ayant respectivement pour section 176 mm2, 201 mm2 et 283 mm2.

Figure 00160001
The products Ø15, Ø16 and Ø19 correspond to a wire of circular section of diameter 15, 16, 19 mm having respectively section 176 mm2, 201 mm2 and 283 mm2.
Figure 00160001

Les différents produits référencés dans le tableau I ont été fabriqués par laminage à chaud, à des températures qui ont été choisies, compte tenu du profil, de la nuance d'acier, de telle sorte que la température finale soit supérieure à la température AC3, de préférence d'environ 10 à 50°C. Les couronnes de fil sont refroidies à l'air calme.The different products referenced in Table I were manufactured by rolling hot, at temperatures which have been chosen, taking into account the profile, the nuance steel, so that the final temperature is higher than the AC3 temperature, preferably about 10 to 50 ° C. The wire crowns are cooled in still air.

La description qui suit montre la bonne homogénéité des couronnes après laminage et refroidissement à l'air, la caractérisation mécanique des produits à l'état brut de laminage à chaud, la définition des domaines de revenu pour obtenir une dureté HRC comprise entre 20 et 30 correspondant en première approximation à des valeurs de Rp0,2 comprises entre 650 et 750 MPa et des valeurs de Rm comprises entre 800 et 850 MPa.The following description shows the good homogeneity of the crowns after air rolling and cooling, mechanical characterization of unprocessed products hot rolling, defining the areas of income to obtain an HRC hardness between 20 and 30 corresponding as a first approximation to values of Rp0,2 between 650 and 750 MPa and Rm values between 800 and 850 MPa.

A) Caractère autotrempant des nuances (1), (2), (3), et homogénéité des couronnes à l'état brut de laminage et refroidie à l'air calme (Tableau II):A) Self-soaking character of the shades (1), (2), (3), and homogeneity of the crowns in the rolling state and cooled in still air (Table II):

Les couronnes ont été découpées en trois tronçons: A1-A2, B1-B2, C1-C2 pour effectuer des prélèvements au début (A1), à la fin (C2) et dans deux portions intermédiaires (B1 et C1). Rm (MPa) Rp0,2 (MPa) HRC 35CDV6 A1 1760 1030 50 Ø19 B1 1754 1060 50 C1 1742 1110 50 C2 1984 1054 53 T10 A1 2200 1344 55 B1 1851 1236 52 Cl1 1927 1233 52 C2 2172 1403 55 22CD12 A1 1392 840 42 Ø15 B1 1381 813 43 C1 1387 838 42 C2 1422 862 44 T14 A1 1445 896 43 B1 1381 813 42 C1 1398 843 42 C2 1491 911 44 30CD12 A1 1502 931 42 T14 B1 1524 982 45 C1 1540 1003 45 C2 1549 1004 45 The crowns were cut into three sections: A1-A2, B1-B2, C1-C2 to take samples at the start (A1), at the end (C2) and in two intermediate portions (B1 and C1). Rm (MPa) Rp 0.2 (MPa) HRC 35CDV6 A1 1760 1030 50 Ø19 B1 1754 1060 50 C1 1742 1110 50 C2 1984 1054 53 T10 A1 2200 1344 55 B1 1851 1236 52 Cl1 1927 1233 52 C2 2172 1403 55 22CD12 A1 1392 840 42 Ø15 B1 1381 813 43 C1 1387 838 42 C2 1422 862 44 T14 A1 1445 896 43 B1 1381 813 42 C1 1398 843 42 C2 1491 911 44 30CD12 A1 1502 931 42 T14 B1 1524 982 45 C1 1540 1003 45 C2 1549 1004 45

La nuance 30CD12 présente une meilleure homogénéité dans les valeurs de Rm, représentative d'une meilleure trempabilité du fait de la teneur en carbone de 0,30% et de la présence de 0,22% de Ni.The 30CD12 grade has better homogeneity in the Rm values, representative of better quenchability due to the carbon content of 0.30% and the presence of 0.22% Ni.

Dans le cas de la nuance 35CDV6, la teneur en carbone de 0,35%, la teneur en nickel de 0,5%, et l'effet durcissant de la teneur de 0,13% de Vanadium, permettent d'expliquer les valeurs de Rm plus élevées par rapport aux autres nuances.In the case of grade 35CDV6, the carbon content of 0.35%, the content of 0.5% nickel, and the hardening effect of the 0.13% Vanadium content, allow to explain the higher Rm values compared to the other grades.

B) Définition des revenus:B) Definition of income:

Les tableaux III, IV et V donnent respectivement les caractéristiques mécaniques des produits respectivement fabriqués dans les nuances 35CDV6, 22CD12 et 30CD12 en fonction de température de traitement de revenu d'environ 3 heures.Tables III, IV and V give respectively the mechanical characteristics products respectively produced in grades 35CDV6, 22CD12 and 30CD12 in tempering treatment temperature function of about 3 hours.

On note que pour la nuance 35CDV6 les conditions de revenu pour obtenir une valeur de dureté comprise entre 20 à 25 HRC conduisent à des revenus de l'ordre de trois heures à une température très proche du point AC1. Cette particularité est due à la teneur en vanadium. Dans le cas où des soudures de fils sont nécessaires pour réaliser des conduites flexibles, les traitements thermiques des soudures posent problème. De préférence, les fils fabriqués à partir de cette nuance pourront être réservés à des conduites flexibles de courte longueur. 35CDV6 Revenu Fil RP0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Rp/Rm HRC 3 h à 680°C Ø 19 758 880 19,5 0,86 26-28 T10 866 945 19.7 0,92 3 h à 700°C Ø 19 700 830 20,7 0,84 21-26 T10 807 878 21,7 0,92 3 h à 720°C Ø 16 643 783 24 0,82 23 Ø 19 487 878 20,3 0,55 T10 733 811 24.2 0,90 22CD12 Revenu Fil Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Rp/Rm HRC 600°C Ø 15 890 1030 14,5 0,86 30 T14 850 990 15,1 0.86 630°C Ø 15 770 903 16,4 0,85 26 T14 773 910 16,2 0,85 660°C Ø 15 707 835 17,5 0,85 22-24 T14 717 839 17,2 0,85 30CD12 Revenu Fil Rp0,2 Rm A (%) Rp0,2/Rm HRC 3 h à 625°C T14 795 957 19 0,83 30 T10 793 979 14 0,81 15x5 791 961 13 0.82 3 h à 645°C T14 801 943 18,7 0,85 28 T10 745 914 14 0,82 15x5 760 913 13 0,83 3 h à 665°C T14 715 868 19,8 0,82 26 T10 719 871 16 0,83 15x5 764 878 14 0,87 3 h à 675°C T14 716 845 20,8 0,85 24 T10 684 837 17 0,82 15x5 701 849 14.5 0.83 3 h à 685°C T14 659 804 21.2 0.82 22 T10 655 806 17,5 0,81 15x5 646 802 16 0,81 It is noted that for the grade 35CDV6 the tempering conditions for obtaining a hardness value of between 20 to 25 HRC lead to tempering on the order of three hours at a temperature very close to the point AC1. This peculiarity is due to the vanadium content. In the case where wire welds are necessary to make flexible conduits, the heat treatments of the welds are problematic. Preferably, the wires produced from this grade can be reserved for flexible pipes of short length. 35CDV6 Returned Wire RP 0.2 (MPa) Rm (MPa) AT (%) Rp / Rm HRC 3 h at 680 ° C Ø 19 758 880 19.5 0.86 26-28 T10 866 945 19.7 0.92 3 h at 700 ° C Ø 19 700 830 20.7 0.84 21-26 T10 807 878 21.7 0.92 3 h at 720 ° C Ø 16 643 783 24 0.82 23 Ø 19 487 878 20.3 0.55 T10 733 811 24.2 0.90 22CD12 Returned Wire Rp0.2 (MPa) Rm (MPa) AT (%) Rp / Rm HRC 600 ° C Ø 15 890 1030 14.5 0.86 30 T14 850 990 15.1 0.86 630 ° C Ø 15 770 903 16.4 0.85 26 T14 773 910 16.2 0.85 660 ° C Ø 15 707 835 17.5 0.85 22-24 T14 717 839 17.2 0.85 30CD12 Returned Wire Rp 0.2 Rm AT (%) Rp0.2 / Rm HRC 3 h at 625 ° C T14 795 957 19 0.83 30 T10 793 979 14 0.81 15x5 791 961 13 0.82 3 h at 645 ° C T14 801 943 18.7 0.85 28 T10 745 914 14 0.82 15x5 760 913 13 0.83 3 h at 665 ° C T14 715 868 19.8 0.82 26 T10 719 871 16 0.83 15x5 764 878 14 0.87 3 h at 675 ° C T14 716 845 20.8 0.85 24 T10 684 837 17 0.82 15x5 701 849 14.5 0.83 3 h at 685 ° C T14 659 804 21.2 0.82 22 T10 655 806 17.5 0.81 15x5 646 802 16 0.81

C) Comportement en milieu H2SC) Behavior in H2S environment Acier 35CDV6Steel 35CDV6

Des fils de forme de section circulaire de diamètre 16 mm et de profil T10 ont été élaborés à partir d'un acier du type chrome molybdène conforme à la nuance 35CDV6 de la norme AFNOR. La composition de la coulée (a) à partir de laquelle les fils ont été fabriqués est donnée dans le tableau I. 16 mm diameter circular section wires with T10 profile made from chromium molybdenum type steel in accordance with grade 35CDV6 of AFNOR standard. The composition of the casting (a) from which the wires were manufactured is given in Table I.

Après austénisation à une température d'au moins 910°C, puis laminage à chaud et refroidissement à l'air, nous obtenons les caractéristiques mécaniques mentionnées "Brut de laminage" dans les tableaux II et III.After austenization at a temperature of at least 910 ° C, then hot rolling and air cooling, we get the mechanical characteristics mentioned "Rolling stock" in Tables II and III.

Des traitements de revenu de trois heures à 730°C pour le fil Ø 16 mm et de trois heures à 700°C pour le fil T10 ont été réalisés et les caractéristiques mécaniques des éprouvettes SSCC sont les suivantes: Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Dureté (HRC) Ø 16 3h à 730°C 620 822 21 23 T10 3h à 700°C 760 825 24 26 Tempering treatments of three hours at 730 ° C for the Ø 16 mm wire and three hours at 700 ° C for the T10 wire were carried out and the mechanical characteristics of the SSCC test specimens are as follows: Rp 0.2 (MPa) Rm (MPa) AT (%) Hardness (HRC) Ø 16 3h at 730 ° C 620 822 21 23 T10 3h at 700 ° C 760 825 24 26

Les essais SSCC ont été réalisés selon la norme NACE TM 01 77 méthode A (tension uni axiale).SSCC tests were carried out according to NACE TM 01 77 method A (uni axial tension).

Pour le traitement à 730°C (nécessaire pour obtenir une dureté de 23 HRC), nous avons obtenu des ruptures au bout de quelques jours sous 400 et 450 MPa, cette défaillance ayant été expliquée par le fait que la température de revenu dépasse la température du point AC1 (AC1 ≅ 720°C) de cette nuance. La présence de vanadium (0,13%) est la cause de cette basse température AC1.For the treatment at 730 ° C (necessary to obtain a hardness of 23 HRC), we we got ruptures after a few days under 400 and 450 MPa, this failure having been explained by the fact that the tempering temperature exceeds the temperature of point AC1 (AC1 ≅ 720 ° C) of this grade. The presence of vanadium (0.13%) is the cause of this low temperature AC1.

Pour le traitement à 700°C, les échantillons sont soumis au test NACE TM 0177 sous une contrainte de 500 MPa (65% de Rp0,2), pendant 30 jours, sans obtenir de rupture.For the treatment at 700 ° C., the samples are subjected to the NACE TM 0177 test under a stress of 500 MPa (65% of Rp 0.2 ), for 30 days, without obtaining a rupture.

Par ailleurs, des fils T10 traités thermiquement trois heures à 715°C ont montré une non sensibilité à la fissuration en gradin selon le test HIC NACE TM0284 avec la solution NACE TM 0177 (pH = 3). RP0,2 (MPa) Rm (MPa) Dureté (HRC) T10 3 h à 715°C 724 807 24 Furthermore, T10 wires heat-treated for three hours at 715 ° C. showed non-sensitivity to step cracking according to the HIC NACE TM0284 test with the NACE TM 0177 solution (pH = 3). RP0.2 (MPa) Rm (MPa) Hardness (HRC) T10 3 h at 715 ° C 724 807 24

Acier 22CD12Steel 22CD12

Des fils de forme ont été élaborés à partir d'un acier de type chrome molybdène conforme à la nuance 22CD12 définie par la norme AFNOR. Les compositions des coulées sont données dans le tableau I.

  • a) Du fil de section circulaire de diamètre 15 mm a été laminé à chaud, trempé à l'air puis revenu trois heures à 650°C afin d'obtenir une dureté de 25 HRC. Un traitement de détente à 630°C pendant deux heures a été réalisé anrès tremne à l'air Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Dureté (HRC) revenu 3h à 650°C 721 857 16,5 25 Des essais SSCC ont été réalisés selon la norme NACE TM 0177 Méthode A, sous une contrainte de 450 MPa (62% Rp0,2), pendant 30 jours, sans obtenir de rupture.
  • b) Des fils de forme rectangulaire 15x5 ont également laminés à chaud, trempés à l'air puis détensionnés deux heures à 610°C avant le revenu de trois heures à 655°C. Les caractéristiques mécaniques obtenues sont les suivantes: RP0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Dureté (HRC) revenu 3h à 655°C 676 823 21 25 Des essais HIC selon la norme NACE TM 02.84 avec la solution TM 0177 (pH = 3) ont mis en évidence une non sensibilité à la fissuration en gradin.La caractérisation SSCC a été effectuée selon la norme NACE TM 0177 méthode A et dans des conditions de pH constant de la solution (pH = 3,5) pendant toute la durée de 30 jours d'essai. Les contraintes d'essais SSCC sont :
    • pour la méthode TM 0177 méthode A (pH=3) σ = 450 MPa (66% Rp0,2)
    • pour la méthode à pH constant = 3,5 σ = 600 MPa (90% Rp0,2)
  • c) Des fils de forme T14 ont de même été laminés à chaud, trempés à l'air, détensionnés deux heures à 630°C et ils ont subi un traitement de revenu de trois heures à 650°C Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Dureté (HRC) revenu 3h à 650°C 706 832 19 24
    • Shaped wires were produced from chromium molybdenum type steel in accordance with the 22CD12 grade defined by the AFNOR standard. The flow compositions are given in Table I.
  • a) 15 mm diameter circular section wire was hot rolled, air quenched and then returned three hours at 650 ° C to obtain a hardness of 25 HRC. A stress relief treatment at 630 ° C for two hours was carried out while air breathing Rp 0.2 (MPa) Rm (MPa) AT (%) Hardness (HRC) income 3h at 650 ° C 721 857 16.5 25 SSCC tests were carried out according to the NACE TM 0177 Method A standard, under a stress of 450 MPa (62% Rp 0.2 ), for 30 days, without obtaining a rupture.
  • b) 15x5 rectangular wires were also hot-rolled, air-quenched and then tensioned for two hours at 610 ° C before the three-hour tempering at 655 ° C. The mechanical characteristics obtained are as follows: RP 0.2 (MPa) Rm (MPa) AT (%) Hardness (HRC) income 3h at 655 ° C 676 823 21 25 HIC tests according to the NACE TM 02.84 standard with the TM 0177 solution (pH = 3) revealed non-sensitivity to step cracking. The SSCC characterization was carried out according to the NACE TM 0177 method A and under conditions constant pH of the solution (pH = 3.5) throughout the 30 day test period. The SSCC test constraints are:
    • for method TM 0177 method A (pH = 3) σ = 450 MPa (66% Rp 0.2 )
    • for the constant pH method = 3.5 σ = 600 MPa (90% Rp 0.2 )
  • c) T14-shaped wires were likewise hot-rolled, air-quenched, stress relieved for two hours at 630 ° C and they underwent a three-hour tempering treatment at 650 ° C Rp 0.2 (MPa) Rm (MPa) AT (%) Hardness (HRC) income 3h at 650 ° C 706 832 19 24

    • Des essais HIC effectués selon la norme NACE TM 0284 avec la solution TM 0177 (pH = 3) indiquent une non sensibilité à la fissuration en gradins.HIC tests carried out according to the NACE TM 0284 standard with the TM solution 0177 (pH = 3) indicates a non-sensitivity to step cracking.

    Acier 30CD12Steel 30CD12

    Des fils de forme ont été élaborés à partir d'un acier type chrome molybdène conforme à la nuance 30CD12 définie par la norme AFNOR. Les compositions des coulées sont données dans le tableau I.

  • a) Des fils de forme rectangulaire 15x5 ont été laminés à chaud, trempés à l'air, détensionnés deux heures à 610°C. Un traitement de revenu de trois heures à 685°C a ensuite été réalisé Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Dureté (HRC) revenu 3h à 685°C 691 811 19 23 La résistance SSCC a été établie selon la norme NACE TM 0177 méthode A sous la contrainte de 500 MPa (72% Rp0,2). Les examens réalisés après les trente jours d'essais SSCC n'ont pas révélé de rupture ni de fissuration.
  • b) Des fils de forme rectangulaire 15x5 ont été laminés à chaud, trempés à l'air et détensionnés une heure à 630°C. Des traitements de revenu de trois heures à 685 ou 675°C ont permis d'obtenir des duretés respectives de 22 ou 24 HRC. Les caractéristiques mécaniques correspondantes sont données dans le tableau V. Le comportement SSCC a été établi lors d'essai sous tension uni axiale avec une solution dont le pH est maintenu constant à 3,5.Pour les fils de dureté 22 HRC, sous la contrainte d'essai de 580 MPa (90% Rp0,2), il n'y a pas eu de rupture au bout de 30 jours d'essai.Pour les fils de dureté 24 HRC, sous la contrainte d'essai de 480 MPa (70% Rp0,2), il n'y a pas eu de rupture au bout de 30 jours d'essai.Des essais HIC effectués selon la norme NACE TM 0284 avec la solution TM 0177 (pH = 3) indiquent une non sensibilité à la fissuration en gradins.
  • c) Des fils de forme T10 ont été laminés à chaud, trempés à l'air et détensionnés une heure à 630°C. Les traitements de revenu de trois heures à 685 ou 675 ou 665 ou 645°C ont conduit à des duretés respectives de 22, 24, 26 ou 28 HRC (les caractéristiques mécaniques sont reportées dans le tableau V).
    • Shaped wires have been produced from chromium molybdenum type steel in accordance with the 30CD12 grade defined by the AFNOR standard. The flow compositions are given in Table I.
  • a) Rectangular 15x5 wires were hot rolled, air quenched, stress relieved for two hours at 610 ° C. A three-hour tempering treatment at 685 ° C was then carried out Rp 0.2 (MPa) Rm (MPa) AT (%) Hardness (HRC) income 3h at 685 ° C 691 811 19 23 The SSCC resistance was established according to the NACE TM 0177 method A standard under the constraint of 500 MPa (72% Rp 0.2 ). The examinations carried out after the thirty days of SSCC tests did not reveal any rupture or cracking.
  • b) 15x5 rectangular wires were hot rolled, air quenched and stress relieved for one hour at 630 ° C. Three-hour tempering treatments at 685 or 675 ° C made it possible to obtain respective hardnesses of 22 or 24 HRC. The corresponding mechanical characteristics are given in table V. The SSCC behavior was established during a test under uni axial tension with a solution whose pH is kept constant at 3.5. For wires of hardness 22 HRC, under stress 580 MPa (90% Rp 0.2 ) test, there was no break after 30 days of testing. For 24 HRC hardness wires, under the test stress of 480 MPa (70% Rp 0.2 ), there was no rupture after 30 days of testing HIC tests carried out according to NACE standard TM 0284 with solution TM 0177 (pH = 3) indicate no sensitivity to step cracking.
  • c) T10 form wires were hot rolled, air quenched and stress relieved for one hour at 630 ° C. The three-hour tempering treatments at 685 or 675 or 665 or 645 ° C led to respective hardnesses of 22, 24, 26 or 28 HRC (the mechanical characteristics are given in Table V).

    • Les essais HIC réalisés selon la norme NACE TM 0284 dans la solution NACE TM 0177 (pH = 3) ont indiqué une non sensibilité à la fissuration en gradin pour ces différentes duretés.The HIC tests carried out according to the NACE TM 0284 standard in the NACE solution TM 0177 (pH = 3) indicated non-sensitivity to step cracking for these different hardnesses.

    Le comportement SSCC a été établi selon la norme TM0177 méthode C, c'est-à-dire sous sollicitation dite "ring". Dans la méthode C, les anneaux ont été réalisés de sorte que les échantillons incurvés par déformation plastique, présentent, en l'absence de forces extérieures, une courbure correspondante à celle du fil d'armure spiralé pour former une nappe d'armure du type voûte de pression de diamètre intérieur 4 pouces (101,6 mm). The SSCC behavior was established according to standard TM0177 method C, that is to say under so-called "ring" solicitation. In Method C, the rings were made so that the samples curved by plastic deformation, present, in the absence of forces external, a curvature corresponding to that of the coiled armor wire to form a pressure vault type armor with an inside diameter of 4 inches (101.6 mm).

    Pour la contrainte d'essai de 500 MPa (70% Rp0,2), le fil de dureté 26 HRC ne s'est pas rompu ni fissuré au bout des 30 jours d'essai.For the test stress of 500 MPa (70% Rp 0.2 ), the wire of hardness 26 HRC did not break or crack after the 30 days of testing.

    Pour la contrainte d'essai de 600 MPa (87% Rp0,2), le fil de dureté 24 HRC ne s'est pas rompu ni fissuré au bout des 30 jours d'essai.For the test stress of 600 MPa (87% Rp 0.2 ), the 24 HRC hardness wire did not break or crack after 30 days of testing.

    Claims (20)

    1. Method for manufacturing a steel wire adapted for use as reinforcing wire for a flexible pipe, characterised in that it comprises the following steps:
      manufacturing a shaped wire of great length by rolling or hot drawing from a steel comprising the following elements:
      0.18% to 0.45% C,
      0.4% to 1.8% Mn,
      1 to 4% Cr,
      0.1% to 0.6% Si,
      0 to 1.5% Mo,
      0 to 1.5% Ni,
      at most 0.01% S, at most 0.15% V and at most 0.02% P,
         and the remainder Fe with inevitable impurities, the shaped wire at the end of rolling or drawing having a temperature greater than the AC3 temperature of the steel and preferably 50 to 200°C greater,
      winding the wire in coils, and
      air cooling said coil of wire to obtain an HRC hardness greater than or equal to 40.
    2. Method according to claim 1, characterised in that after cooling of the coil, the hardness of the wire is greater than or equal to 45 HRC.
    3. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the steel of the shaped wire comprises the following elements:
      0.2% to 0.4% C,
      0.45% to 1.5% Mn,
      1.5 to 3.5% Cr,
      0.1% to 0.5% Si,
      0.25 to 0.1% Mo,
      0 to 0.7% Ni.
    4. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that the steel of the shaped wire comprises at most 0.1% vanadium.
    5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that it comprises a tempering heat treatment in predetermined conditions to obtain a hardness greater than or equal to 20 HRC and less than or equal to 35 HRC.
    6. Method according to claim 5, characterised in that the temperature of said final tempering is at most equal to a temperature approximately 10°C to 30°C less than the AC1 temperature at the start of austenitisation of the steel.
    7. Method according to one of claims 1 to 4, characterised in that the coil of wire is subjected to a stress-relieving heat treatment after cooling in air.
    8. Shaped wire of constant cross-section and great length, said wire being characterised in that it is made of a steel comprising the following elements:
      0.18% to 0.45% C,
      0.4% to 1.8% Mn,
      1 to 4% Cr,
      0.1% to 0.6% Si,
      0 to 1.5% Mo,
      0 to 1.5% Ni,
      at most 0.01% S, at most 0.15% V and 0.020% P, and the
         remainder Fe with inevitable impurities, in that it has a structure of the hardened type with a lower bainite predominance with a percentage of martensite of between 0 and 50%,
      in that it has a hardness greater than 40 HRC, and
      in that said steel has a carbon equivalent Ceq at least equal to 0.75 with Ceq = C + Mm6 + Cr + Mo + V6 + Cu + Ni15
    9. Wire according to claim 8, characterised in that the structure only comprises a small amount of ferrite, in particular less than or equal to 10% and preferably 1%.
    10. Wire according to one of claims 8 or 9, characterised in that it comprises the following elements:
      0.20 to 0.40% C,
      0.45% to 1.5% Mn,
      1.5 to 3.5% Cr,
      0.1 to 0.5% Si,
      0.25 to 1% Mo,
      0 to 0.7% Ni.
    11. Wire according to one of claims 8 to 10, characterised in that it comprises at most 0.1% vanadium.
    12. Shaped wire of constant section and great length, said wire being characterised in that it is made of a steel essentially comprising the following elements:
      0.18% to 0.45% C,
      0.4% to 1.8% Mn,
      1 to 4% Cr,
      0.1% to 0.6% Si,
      0 to 1.5% Mo,
      0 to 1.5% Ni,
      at most 0.01% S, at most 0.15% V and 0.020% P, and the remainder Fe with inevitable impurities,
      in that it has a structure of the tempered hardened type with extremely fine carbide nodules in a highly dispersed state in a ferrite matrix,
      in that it has a hardness greater than or equal to 20 HRC and less than or equal to 35 HRC, and
      in that said steel has a carbon equivalent Ceq at least equal to 0.75 with Ceq = C + Mm6 + Cr + Mo + V6 + Cu + Ni15
    13. Wire according to claim 12, characterised in that it has a hardness greater than or equal to 22 HRC and less than or equal to 28 HRC.
    14. Wire according to one of claims 12 or 13, characterised in that said structure stems from tempering of a structure with a lower bainite predominance with a percentage of martensite of between 0 and 50%.
    15. Wire according to one of claims 12 to 14, characterised in that it comprises the following elements:
      0.20 to 0.40% C,
      0.45% to 1.5% Mn,
      1.5 to 3.5% Cr,
      0.1 to 0.5% Si,
      0.25 to 1% Mo,
      0 to 0.7% Ni.
    16. Wire according to one of claims 12 to 15, characterised in that it comprises at most 0.1% vanadium.
    17. Wire according to one of claims 8 and 12, characterised in that it has a section being at least one of the following general shapes: U-shaped, T-shaped, Z-shaped, rectangular or round.
    18. Wire according to claim 17, characterised in that the section of the shaped wire has a width L and a thickness e, and has the following proportions: L/e greater than 1 and less than 7, the thickness varying between 1 mm and 30 mm.
    19. Wire according to claim 17, characterised in that the profile of the shaped wire comprises means for fastening to an adjacent wire.
    20. Flexible pipe, characterised in that it comprises at least one reinforcing layer comprising shaped wires according to one of claims 8 to 19.
    EP97940193A 1996-09-09 1997-09-08 Method for manufacturing self-hardening steel wire, reinforcing wire and application to a flexible duct Expired - Lifetime EP0925380B1 (en)

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    Application Number Priority Date Filing Date Title
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