FR2507628A1

FR2507628A1 - Alliage pour la realisation de chemisages et de tubes pour puits profonds

Info

Publication number: FR2507628A1
Application number: FR8210116A
Authority: FR
Inventors: Takeo Kudo; Taishi Moroishi; Akio Ikeda; Hiroo Ohtani; Kunihiko Yoshi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1982-06-10
Publication date: 1982-12-17
Also published as: SE452477B; GB2103655A; US4400209A; DE3221878C2; FR2507628B1; SE8203627L; DE3221878A1; GB2103655B

Abstract

CET ALLIAGE, QUI PRESENTE UNE GRANDE RESISTANCE A LA FISSURATION PAR CORROSION SOUS TENSION DANS L'ENVIRONNEMENT HS-CO-CL RENCONTRE DANS LES PUITS PROFONDS DE PRODUCTION DE PETROLE, DE GAZ NATUREL OU D'EAU GEOTHERMIQUE, PRESENTE LA COMPOSITION SUIVANTE: C: 0,1; SI: 1,0; MN: 2,0; P: 0,030; S: 0,005; N: 0 A 0,30; NI: 25 A 60; CR: 22,5 A 40; MO: 0 A 3,5 (EXCLUSIVEMENT); W: 0 A 7 (EXCLUSIVEMENT); CR () 10MO () 5W () 50; 1,0 MO () 12W () 3,5; CU: 0 A 2,0; CO: 0 A 2,0; TERRES RARES: 0 A 0,10; Y: 0 A 0,20; MG: 0 A 0,10; CA: 0 A 0,10 EVENTUELLEMENT UN OU PLUSIEURS DES ELEMENTS NB, TI, TA, ZR ET V, DANS UNE QUANTITE TOTALE DE 0,5 A 4,0; FE ET IMPURETES OCCASIONNELLES: LE RESTE.

Description

La présente invention est relative à une composition d'alliage qui

présente une résistance mécanique élevée ainsi qu'une résistance améliorée au fissurage par "stress-corrosion" ( corrosion sous tension), et qui est particulièrement utile pour la fabrication des chemisages, des tubes et des tiges de forage destinés à être utilisés dans-les puits profonds de production de pétrole, de gaz naturel ou d'eau géothermique (que l'on désignera ci-dessous globalement par l'expression "puits

profonds").

Ces derniers temps, pour explorer et atteindre de nouvelles sources de pétrole et de gaz naturel, on fore des puits de plus en plus profonds Des puits de pétrole de 6000 m ou plus ne sont plus inhabituels, et on a parlé I 5 de puits de pétrole ayant une profondeur de 10 000 m ou plus. Un puits profond, par conséquent, est inévitablement exposéi:à un environnement sévère Outre la pression élevée, l'environnement d'un puits profond contient des matières corrosives telles que du dioxyde de carbone et des ions chlorure ainsi que du sulfure d'hydrogène humide sous

haute pression.

Ainsi, les chemisages, les tubes et les tiges de forage (que l'ondésignera ci-dessous par l'expression "chemisages et tubes", qui signifiera, de façon générale,

des produits tubulaires pour régions pétrolifères) desti-

nés à être utilisés dans des puits de pétrole sous de

telles conditions sévères doivent présenter une résistan-

ce mécanique élevée et une résistance améliorée à la fis-

suration par stress-corrosion De façon générale, l'une des mesures connues utilisées pour éviter la fissuration par stress-corrosion des chemisages et/ou des tubes des puits de pétrole a constitué à injecter dans le puits un

agent de suppression de la corrosion appelé " inhibiteur".

Cependant, cette mesure de prévention de la corrosion ne peut pas être utilisée dans tous les'cas; par exemple,

elle n'est pas applicable aux puits de pétrole en mer.

Par conséquent, ces derniers temps, on a essayé d'utiliser un acier fortement allié de haute qualité résistant à la corrosion, tel que les aciers inoxydables

Incoloy et Hastelloy, qui sont des dénominations commer-

ciales Cependant, le comportement de ces matériaux sous un environnement corrosif comprenant un système H 2 S-CO 2-Cl rencontré dans les puits de pétrole profonds

n'a pas encore été étudié de façon complète.

Le brevet US 4 168 188 décrit un alliage à base de nickel contenant 12 à 18 % de molybdène, 10 à 20 % de chrome

et 10 à 20 % de fer et destiné à être utilisé dans la fa-

I 5 brication des tiges et des tubes pour puits Le brevet US 4 171 217 décrit également une composition d'alliage, similaire dans laquelle, cette fois, la teneur en carbone est limitée à 0,030 % maximum Le brevet US 4 245 698 décrit un super-alliage à base de nickel contenant 10 à 20 % de molybdène et destiné à être utilisé dans les puits

de pétrole ou de gaz acide.

Le but de l'invention est de fournir un alliage des-

tiné à être utilisé dans la fabrication de chemisages et de tubes pour puits profonds et présentant une résistance mécanique suffisante et une résistance suffisante à la fissuration par stress-corrosion pour supporter le forage en puits profonds ainsi qu'un environnement sévèrement corrosif, en particulier celui comprenant un système

H 2 S-C 02-Cl (que l'on désignera ci-dessous comme un "envi-

ronnementcontenant H 25-CO 2 C 11 '", ou simplement comme un

"environnement H 2 S-CO 2-Cl-").

2 02 "

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparaitront au cours de la description qui va suivre,

donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et en i i i i i i regard des dessins annexes, sur lesquels: la Fig 1 est un diagramme qui montre la relation entre le rapport de l'allongement dans l'environnement d'essai à l'allongement dans-l'air, et la teneur en P; la Fig 2 est un diagramme qui montre la relation entre le nombre de torsions et la teneur en S; les Fig 3 à 7 sont des diagrammes qui montrent la relation entre la teneur en Ni et la valeur de l'équation: Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W(%) par rapport à la résistance à la IO fissuration par stress-corrosion;

la Fig 8 est une vue schématique d'un spécimen main-

tenu par un bâti du type poutre à trois points de support; et la Fig 9 est une vue schématique d'un échantillon

d'essai mis sous tension au moyen d'un système vis-écrou.

Au cours de ses recherches, la Demanderesse a décou-

vert ce qui suit: a) Sous des environnements corrosifs contenant H 2 S, C 02 et des ions chlorure (CI-), la corrosion apparaît principalement par fissuration par stress-corrosion Le mécanisme de la fissuration par stress-corrosion dans de tels cas est cependant tout à fait différent de celui que l'on observe généralement dans les aciers inoxydables

austénitiques Ainsi, la cause principale de la fissura-

tion par stress-corrosion dans le cas d'unacier inoxydable austénitique est la présence d'ions chlorure (Cl) Au contraire, la cause principale de cette fissuration par

stress-corrosion que l'on observe dans les chemisages -

et/ou les tubes installés dans les puits de pétrole pro-

fonds est la présence de H 2 S, bien que la présence d'ions

Cl soit également un facteur.

b) Les chemisages et tubes en alliages destinés à être utilisés dans lespuits de pétrole profonds sont habituellement soumis à un écrouissage afin d'améliorer

leur résistance mécanique Cependant,l'écrouissage dimi-

nue sérieusement la résistance à la fissuration par

stress-corros 7 ion.

c) La vitesse de corrosion d'un alliage dans un en-

vironnement corrosif H 2 S-CO 2-Cl dépend des teneurs en Cr, Ni, Mo et W de l'alliage Si le chemisage ou le tube comporte une couche superficielle constituée de ces éléments, l'alliage non seulement présente une meilleure résistance à la corrosion de façon générale, mais il

IO présente également une résistance améliorée à la fissu-

ration par stress-corrosion, même dans l'environnement

corrosif que l'on trouve dans les puits de pétrole pro-

fonds Plus particulièrement, la Demanderesse a découvert que le molybdène est 10 fois plus efficace que le chrome, I 5 et que le molybdène est deux fois plus efficace que le tungstène, pour améliorer la résistance à la fissuration par stress-corrosion Ainsi, la Demanderesse a découvert que les teneurs en chrome, en tungstène et en molybdène satisfont les équations: Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W(%) > 50 % 1,01 < Mo(%) + 1/2 W(%) < 3, 5 % En outre, la teneur en Ni est de 25 à 60 %, et la teneur en chrome est 22,5 à 40 % Alors, même après avoir été soumis à un écrouissage, la couche superficielle de l'alliage résultant conserve une résistance notablement améliorée à la corrosion dans un environnement H 2 S-CO 2-Cl, en particulier dans un environnement contenant du H 25

concentré à une température de 150 C ou moins.

d) L'addition de nickel est efficace non seulement pour améliorer la résistance de la couche superficielle à la fissuration par stresscorrosion, mais également pour

améliorer la structure métallurgique elle-même de l'allia-

ge Ainsi, l'addition de nickel a pour résultat une

résistance nettement améliorée à la fissuration par stress-

corrosion.

e) Le soufre est une impureté occasionnelle, et lors-

que la teneur en S n'est pas supérieure à 0,Q 007 %e l'apti-

tude au façonnage à chaud de l'alliage résultant est nota-

blement améliorée, f) Le phosphore est également une impureté occasionnelle, et lorsque la teneur en P n'est pas supérieure à

0,003 %, la susceptibilité à la fragilisation par l'hydro-

gène est notablement réduite.

g) Lorsque du cuivre dans une quantité non supérieu-

IO re à 2,0 %, et/ou du Co dans une quantité non supérieure à 2,0 %, sont ajoutés à l'alliage en tant qu'éléments d'alliage additionnels, la résistance à la corrosion est

encore améliorée.

h) Lorsque l'un ou plusieurs des éléments d'alliage

I 5 suivants est ajouté à l'alliage dans la proportion indi-

quée, l'aptitude au façonnage à chaud est encore amélio-

rée: terres rares, pas plus de 0,10 %; Y, pas plus de 0,2 %;

Mg, pas plus de 0,10 %; et Ca, pas plus de 0,10 %.

i) Lorsque l'un ou plusieurs des éléments d'alliage suivantsest ajouté à l'alliage, avec une quantité totale comprise entre 0,5 et 4,0 %, la résistance mécanique de

l'alliage est encore améliorée grâce à l'effet de durcis-

sement par précipitation provoqué par ces additifs: Nb,Ti, Ta, Zr et V. j) Lorsque de l'azote, dans une quantité comprise entre 0,05 et 0,30 %, est ajouté intentionnellement à l'alliage en tant qu'élément d'alliage, la résistance mécanique de l'alliage résultant est encore améliorée

sans aucune réduction de sa résistance à la corrosion.

k) Une teneur préférée en azote est 0,05 à 0,25 % lorsque l'un au moins des éléments Nb et V est ajouté à l'alliage dans une quantité totale de 0, 5 à 4,0 % Dans ce cas, la résistance mécanique de l'alliage résultant est encore améliorée grâce au durcissement par précipitation de ces additifs, sans aucune réduction de la résistance à

la corrosion.

La présente invention a été mise au point sur la base

des découvertes mentionnées ci-dessus, et elle est cons-

tituée par une composition d'alliage destiné à être uti- lisé dans la fabrication de chemisageset de tubes de

haute résistance mécanique pour puits profonds, cet allia-

ge présentant une résistance améliorée à la fissuration par stresscorrosion et comprenant: IO C: pas plus de 0,10 %, de préférence pas plus de

0,05 %,

Si: pas plus de 1,0 %, Mn: pas plus de 2,0 %, P: pas plus de 0,030 %, de préférence pas plus de

I 5 0,003 %,

S: pas plus de 0,005 %; de préférence pas plus de

0,0007 %,

Ni: 25 à 60 %, de préférence 35 à 60 %, Cr: 22,5 à 40 %, de préférence 24 à 35 %, au moins l'un des éléments suivants: Mo: moins de 3,5 %, et W: moins de 7 %, les équations suivantes étant satisfaites: Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W(%) t 50 %, et 1,0 % < Mo(%) + 1/2 W(%)c 3,5 %,

le reste étant du fer, avec des impuretés occasionnelles.

L'alliage suivant l'invention peut en outre compren-

dre une combinaison quelconque des éléments suivants: i) l'un des éléments suivants: Cu, pas plus de 2,0 %, et/ou Co, pas plus de 2,0 %, ii) une ou plusieurs terres rares, pas plus de 0,10 %; Y, pas plus de 0,20 %; Mg, pas plus de-0,10 %;

et Ca, pas plus de 0,10 %.

iii) un ou plusieurs des éléments Nb, Ti, Ta, Zr et V,

en quantité totale de 0,5 à 4,0 %.

iv) de l'azote dans une quantité de 0,05 à 0,30 %, de préférence de 0,10 à 0,25 %, peut être ajouté

intentionnellement à l'alliage.

Dans un autre mode de réalisation, on peut ajouter de l'azote dans une quantité de 0,05 à 0,25 %, en combinai- son avec une addition de Nb et/ou de V dans une quantité

totale de 0,5 à 4,0 %.

Par conséquent, sous un aspect large, l'invention a

pour objet un alliage destiné à être utilisé dans la fa-

IO brication de chemisages et de tubes à haute résistance mécanique pour puits profonds, cet alliage présentant une résistance améliorée à la fissuration par corrosion sous tension, cet alliage étant caractérisé par la composition suivante: I 5 C c 0,1 % Si: 4 1,0 % Mn: 2,0 % P: À 0,030 %

S: 0,005 % N: O à 0,30 %

Ni: 25 à 60 % Cr: 22,5 à 40 % Mo: O à 3,5 % W: O à 7 % (exclusivement) (exclusivement) Cr(%) + 10 Mo(%) + 5 W(%)> 50 % 1,0 % <Mo(%) + 1/2 W(%)< 3,5 % Cu: O à 2,0 % Co: O à 2,0 % terres rares: O à 0,10 % Y: O à 0,20 % Mg: O à 0,10 % Ca: O à 0,10 %

Fe et impuretés occasionnelles: le reste.

Lorsque l'azote est ajouté intentionnellement, sa

limite inférieure est 0,05 %.

L'alliage suivant l'invention peut en outre compren-

dre au moins l'un des éléments Nb, Ti, Ta, Zr et V dans

une quantité totale de Q,5 à 4,0 %.

On va maintenant décrire les raisons pour lesquelles la composition d'alliage suivant l'invention est telle que définie ci-dessus: Carbone (C) : Lorsque la teneur en carbone est supérieure à 0,10 %,

l'alliage a plutôt tendance à se fissurer par stress-

corrosion La limite supérieure du carbone est 0,1 %, et, de préférence, la teneur en carbone n'est pas supérieure

à 0,05 %.

Silicium (Si):.

Si est un élément nécessaire en tant qu'agent désoxy-

dant Cependant, lorsqu'il est présent dans une quantité IO supérieure à 1, 0 %, l'aptitude au façonnage à chaud de l'alliage résultant se détériore La limite supérieure

du silicium est définie comme étant 1,0 %.

Manganèse (Mn): Mn est également un agent désoxydant, comme Si Il I 5 est à noter que l'addition de Mn n'a pratiquement aucun

effet sur la résistance à la fissuration par stress-

corrosion Ainsi, la limite supérieure de cet élément a

été ramenée à 2,0 %.

Phosphore (P): P est présent dans l'alliage en tant qu'impureté La

présence de P dans une quantité supérieure à 0,030 % con-

duit à une tendance à la fragilisation par l'hydrogène de l'alliage résultant Par conséquent, la limite supérieure de P est définie comme étant 0,030 %, de sorte que la tendance à la fragilisation par l'hydrogène peut être

maintenue à un niveau inférieur Il est à noter que lors-

que la teneur en P est réduite au-delà de 0,003 %, la ten-

dance'à la fragilisation par l'hydrogène est considéra-

blement améliorée Par Conséquent, il est extrêmement souhaitable de réduire la teneur en P à 0,003 % ủ moins

lorsqu'on désire obtenir un alliage présentant une résis-

tance remarquablement améliorée à la fragilisation par l'hydrogène. La Fig 1 montre comment une réduction de la teneur en P sert à améliorer la résistance à la fragilisation par l'hydrogène Une série d'alliages 25 %Cr50 %Ni-3 %Mo dans lesquels la quantité de P a été modifiée ont été

coulés, forgés et laminés & chaud pour fournir des pla-

ques d'alliage de 7 mm d'épaisseur -Les plaques résultan-

tes ont alors été soumises à un traitement de mise en solu-

tionsolide dans lequel les plaques ont été maintenues à 1050 C pendant 30 minutes et refroidies à l'eau Après a fin du traiateent de mise en solution solide, on a effectué

IO un écrouissage avec réduction de l'aire de 30 % afin d'a-

méliorer la résistance mécanique Des spécimens (épais-

seur 1,5 mm x largeur 4 mm x longueur 20 mm) ont été

découpés dans la feuille laminée à froid dans une direc-

tion perpendiculaire à la direction de laminage.

I 5 Les spécimens ont été soumis à un test de traction

dans lequel les spécimens ont été immergés dans une solu-

tion à 5 %Na Cl (température 25 C) saturée en H 2 S, à une pression de 10 atm, et un courant électrique de 5 m A/cm 2

a été appliqué en utilisant les spécimens comme une catho-

de Une contrainte de traction a alors été appliquée aux spécimens, avec un taux d'effort constant de 8,3 x 10 -7/s, jusqu'à ce que le spécimen se brise Un essai de traction

a également été effectué dans l'air pour déterminer l'al-

longement dans l'air Le rapport de l'allongement dans ladite solution de Na Cl contenant du H 2 S à celui observé dans l'air a été calculé S'il existe une fragilisation par l'hydrogène, l'allongement décroit Par conséquent,

un rapport de 1 signifie qu'il n'y a eu pratiquement aucu-

ne fragilisation par l'hydrogène Les résultats sont résu-

més à la Fig 1 Comme le montrent les données indiquées à la Fig 1, lorsque la teneur en P est réduite à 0,003 % ou moins, l'alliage résultant présente une résistance

remarquable à la fragilisation par l'hydrogène.

Soufre (S):

Lorsque la quantité de S, qui est présent dans l'a-

cier en tant qu'impureté occasionnelle, est supérieure à

0,005 %, l'aptitude au façonnage à chaud se détériore.

Ainsi, la quantité de S dans l'alliage est limitée à pas

plus de 0,005 % afin d'empêcher la détérioration de l'apti-

tude au façonnage à chaud Lorsque la quantité de S est réduite à 0,0007 % ou moins, l'aptitude au façonnage à

chaud est considérablement améliorée Par conséquent, lors-

IO que l'on désire effectuer un façonnage à chaud dans des

conditions sévères, il est souhaitable de réduire la te-

neur en S à 0,0007 % ou moins.

La Fig 2 montre les résultats d'un essai de torsion à la température de 12000 C sur une série de spécimens d'alliage 25 %Cr-50 %Ni-3 %Mo dans lesquels on a fait varier la teneur en S Des spécimens, dont la dimension de la partie parallèle sont 8 mm de diamètre x 30 mm de longueur, ont été découpés dans des lingots d'alliage constitués desdits alliages (poids 150 kg) L' é 9 saide torsion est habituellement utilisé dans le but d'évaluer l'aptitude au façonnage à chaud de matériaux métalliques Les données fournies à la Fig 2 indiquent que le nombre de cycles de torsion, c'est-à-dire le nombre de cycles de torsion appliqués jusqu'à rupture du matériau, augmente de façon importante lorsque la teneur en S est réduite à 0,0007 % ou moins, ce qui montre que l'aptitude au façonnage à

chaud s'est notablement améliorée.

Nickel (Ni): Le nickel améliore la résistance à la fissuration par tresscorrosion Lors-que l'on ajoute du nickel dans

une quantité inférieure à 25 %, cependant, il est impossi-

ble d'obtenir un degré suffisant derésistance à la fissu-

ration par stress-corrosion Par ailleurs, lorsqu'on l'ajoute dans une quantité supérieure à 60 %, la résistance

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à la fissuration par stress'corrosion ne peut pas être encore améliorée Par conséquent, dans un but d'économie

du matériau, la teneur en nickel est limitée à 25 à 60 %.

La teneur en nickel est de préférence comprise entre 35 et 60 %, afin d'améliorer la ténacité.

Aluminium (Al)-

Al, comme Si et Mn, est un agent désoxydant En ou-

tre, puisque Ai ne possède aucun effet défavorable sur les propriétés de l'alliage, on peut autoriser la présence

IO d'Alen tant qu'Al en solution,dans une quantité allant jusqu'à 0,5 %.

Chrome (Cr): Cr améliore la résistance à la corrosion sous tension en présence de Ni, Mo et W Cependant, une

quantité de Cr inférieure à 22,5 % ne contribue pas à amé-

I 5 liorer l'aptitude au façonnage à chaud, et il est néces-

saire d'ajouter d'autres éléments tels que Mo et W afin

de maintenir un niveau désiré de résistance à la fissura-

tion par stress-corrosion D'un point de vue économique,

par conséquent, il n'est pas souhaitable de réduire au-

tant la quantité de Cr La limite inférieure de la teneur

en Cr est définie comme étant 22,5 % D'un autre côté, lors-

que l'on ajoute Cr dans une quantité supérieure à 40 %, l'aptitude au façonnage à chaud se détériore, même lorsque la quantité de S est réduite à moins de 0,0007 % La teneur en Cr est de préférence comprise entre 24 et 35 % de façon à améliorer la résistance à la corrosion en général ainsi

que l'aptitude au façonnage à chaud.

Molybdène (Mo) et Tungstène (W): Comme déjà mentionné, ces deux éléments améliorent la résistance à la fissuration par stress-corrosion en présence de Ni et Cr Cependant, lorsque Mo et W sont respectivement ajoutés dans des quantités supérieure à 3,5 % et supérieure à 7 %, les propriétés de résistance à la corrosion ne peuvent plus être améliorées- dans l'environnement H 2 S-CO 2-Cl à une température de 150 C ou

2 2

moins Par conséquent, en considérant l'économie du maté-

riau, on ajoute Mo dans une quantité inférieure a 3,5 %, et/ou W dans une quantité inférieure à 7 % En ce qui concerne la teneur en Mo et W, la Demanderesse a introduit l'équation: Mo(%) + 1/2 W(%) Ceci est dû au fait que, puisque le poids atomique de W est deux fois le poids atomique de Mo, Mo possède l'efficacité de 1/2 W en ce qui concerne l'amélioration de la résistance à la fissuration IO par stress-corrosion Lorsque la valeur de cette équation

est inférieure à 1,0 %, il est impossible d'obtenir le ni-

veau désiré de résistance à la fissuration par stress-

corrosion, en particulier à une température de 150 C ou moins dans l'environnement sévère D'un autre côté, une I 5 valeur supérieure à 3,5 % n'est pas souhaitable du point de vue économique Ainsi, suivant l'invention, la valeur de l'équation: Mo(%) + 1/2 W(%) est définie comme comprise

entre 1,0 % et 3,5 %(exclusivement).

Azote (N): Lorsque N est ajouté intentionnellement à l'alliage, cet élément améliore la résistance mécanique de l'alliage résultant Lorsque la teneur en N est inférieure à 0,05 %, il est impossible de conférer à l'alliage un niveau désiré

de résistance mécanique D'un autre côté, il est assez -

difficile de dissoudre N dans une quantité supérieure à

0,30 % dans l'alliage Ainsi, suivant l'invention, la te-

neur en N, lorsqu'on ajoute cet élément, est définie comme comprise entre 0,05 et 0,30 %, de préférence entre 0,10 et

0,25 %.

Cuivre (Cu) et Cobalt (Co) Cu et Co améliorent la résistance à la corrosion de l'alliage suivant l'invention Par conséquent, on peut

ajouter Cu et/ou Co lorsque l'on désire obtenir une résis-

tance à la corrosion particulièrement élevée Cependant,

l'addition de Cu et/ou de Co dans une quantité supérieu-

re à 2,0 % respectivement tend à diminuer l'aptitude au façonnage à chaud En particulier, l'effet de Co, qui est

un élément d'alliage coiteux, est saturé en ce qui concer-

ne la résistance à la corrosion lorsque cet élément est

ajouté dans une quantité supérieure à 2,0 % La limite supé-

rieure de chacun de ces éléments est 2,0 %.

Terres rares, Y, Mg et Ca: Tous ces éléments améliorent l'aptitude au façonnage

IO à chaud Par conséquent, lorsque l'on doit soumettre l'al-

liage à un façonnage à chaud sevère,ril est souhaitable

d'incorporer dans l'alliage au moins un de ces éléments.

Cependant, lorsque l'on ajoute des terres rares dans une quantité supérieure à 0,10 %, ou bien Y dans une quantité

IS supérieure à 0,20 %, ou bien Mg dans une quantité supérieu-

re à 0,10 %, ou bien Ca dans une quantité supérieure à 0,10 %, il n'y a aucune amélioration notable de l'aptitude au façonnage à chaud Au contraire, on observe parfois

une détérioration de l'aptitude au façonnage à chaud.

Ainsi,l'addition de ces éléments est limitée à pas plus de 0,10 % pour les terres rares, à 0,20 % pour Y, à

0,10 % pour Mg et à 0,10 % pour Ca.

Nb, Ti, Ta, Zr et V: Ces éléments sont équivalents les uns aux autres dans

leur effet de durcissement par précipitation dû à la for-

mation d'un composé intermétallique principalement avec Ni Lorsqu'au moins l'un d'entre eux est ajouté dans une quantité totale inférieure à 0, 5 %, on ne peut pas obtenir un niveau désiré de résistance mécanique D'un autre côté, lorsque la quantité totale d'addition est supérieure à 4,0 %, la ductilité et la ténacité de l'alliage résultant sedétériorent, et l'aptitude au façonnage à chaud est

également affectée Par conséquent, la quantité totale d'ad-

dition est définie comme comprise entre 0,5 et 4,0 %.

En outre, puisque l'addition de ces éléments a pour résultat le durcissement par précipitation de l'alliage,

au cours de la fabrication de tubes et de chemisages des-

tinés à être utilisés dans les puits de pétrole, il est nécessaire d'effectuer un vieillissement, par exemple à une température de 450 à 800 'C pendant 1 à 20 heures avant ou après l'écrouissage (réduction d'épaisseur de à 60 %) ou à n'importe quelle autre étape appropriée

de la ligne de production.

Io Parmi ces éléments, Nb, V et la combinaison de ces deux éléments avec N sont préférables Ainsi, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, Nb et/ou V sont incorporés en même temps que 0,05 à 0,25 % de N, de

préférence 0,10 à 0,25 % de N dans la composition d'allia-

ge. Par ailleurs, suivant l'invention, la teneur en Cr, Mo et W doit satisfaire l'équation suivante: Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W%) > 50 % Les Fig 3 à 7 montrent la relation entre Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W(%} et Ni(%) en ce qui concerne la résistance à la fissuration par stress-corrosion dans des conditions

corrosives sévères.

Afin d'obtenir les données indiquées aux Fig 3 à 7, on a préparé, coulé, forgé et laminé à chaud une série d'alliages Cr-Ni-Mo, Ci-Ni-W et Cr-NiMo-W dans chacun desquels on a fait varier les proportions de Cr, Ni, Mo et W, afin de réaliser des plaques d'alliage de 7 mm

d'épaisseur Les plaques résultantes ont été alors soumi-

ses à un traitement de mise en solution solide dans lecuel on a maintenu la plaque à 10500 C pendant 30 minutes, et on l'a refroidie à l'eau Après la fin du traitement de mise en solution solide, on a effectué un écrouissage avec une réduction

d'épaisseur de 30 %, afin d'améliorer la résistance méca-

nique Des spécimens (épaisseur 2 mm x largeur 10 mm x longueur 75 mm) ont été découpés dans la feuille laminée i i à froid dans la direction perpendiculaire à la direction

de laminage.

Chacun de ces spécimens a été maintenu sur un bâti

du type poutre à trois points de-support tel que repré-

senté sur la Fig 8 Ainsi, les spécimens S sous tension, à un niveau de contrainte de traction correspondant à la

limite élastique à 0,2 % d'hystérésis(ou de déviation résiduel-

le),ont été soumis à l'essai de fissuration par stress-corrosion C'est

ainsi que le spéciien etlebâti ont été immergés dans une solu-

IO tion à 20 % de Na Cl (température du bain 150 C) saturée en H 2 S et en CO 2 à une pression de 10 atm, respectivement, pendant 1000 heures Après immersion pendant 1000 heures,

* on a examiné visuellement l'apparition de la fissuration.

Les données résultantes indiquent qu'il existe une rela-

I 5 tion définie, comme représenté aux Fig 3 à 7, entre la teneur en Ni(%) et l'équation: Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W(%), qui est un paramètre conçu pour la première fois par la

Demanderesse, en ce qui concerne la résistance à la fis-

suration par stress-corrosion.

Aux Fig 3 à 7, le symbole 'O" représente le cas o il ne s'est produit aucune fissuration notable, tandis

que le symbole "X" indique l'apparition d'une fissuration.

Comme on le voit d'après les données indiquées aux Fig 3 à 7, lorsque ladite équation est inférieure à 50 % ou que

la teneur en Ni est inférieure à 25 %, le but visé par l'in-

vention ne peut pas être atteint.

La Fig 3 montre le cas o l'alliage contient de l'azote= dans une quantité de 0,05 à 0,30 % La Fig 4 montre le cas ou la teneur en S est limitée à pas plus de Q,0007 % La Fig 5 montre le cas o la teneur en P est limitée à pas plus de 0,003 % La Fig 6 montre le cas o on a ajouté Nb dans unequantité de 0,5 à 4,0 % Dans ce cas, on a effectué un vieillissement à une température de 650 C pendant 15 heures après écrouissage La Fig 7 montre le cas o l'alliage contient non seulement de l'azote, mais également la combinaison de Nb et de V Dans

ce cas,, on a également effectué le vieillissement.

L'alliage suivant l'invention peut comprendre, en tant qu'impuretés occasionnelles, B, Sn, Pb, Zn, etc, chacun dans une quantité inférieure à 0,1 %, sans conduire

à aucun effet défavorable sur les propriétés de l'alliage.

Exemples:

Des alliages fondus ayant chacun les compositions Io d'alliage respectives indiquées dans les tableaux 1, 3 à

6 et 8 ci-dessous ont été préparés en utilisant une com-

binaison d'un four classique à arc électrique, d'un four de décarburation à l'argon et à l'oxygène lorsqu'il est nécessaire d'effectuer une désulfuration et une addition

I 5 d'azote, et d'un four dé refusion sous laitier électro-

conducteur lorsqu'il est nécessaire d'effectuer une dé-

phosphoration L'alliage ainsi préparé a alors été coulé sous la forme d'un lingot rond ayant un diamètre de 500 mm, lingot sur lequel on a effectué un forgeage à chaud à une température de 1200 'C pour former une billette ayant un

diamètre de 150 mm.

Pendant le forgeage à chaud, on a examiné visuelle-

ment les billettes en ce qui concerne la formation de fissures, dans le but d'évaluer l'aptitude au façonnage à chaud de l'alliage La billette a ensuite été soumise à une extrusion à chaud pour obtenir un tuyau ayant une dimension de 60 mm de diamètre x 4 mm d'épaisseur de paroi, et le tuyau ainsi obtenu a alors été soumis à une réduction à froid avec une réduction d'épaisseur de 22 % pour effectuer un écrouissage du tuyau Le tuyau résultant avait 55 mm de diamètre et une épaisseur de paroi de

3,1 mm.

Ainsi, des tuyaux constitués d'un alliage suivant l'invention, des tuyaux comparatifs dans lesquels certains

2507628 -

des éléments d'alliage se trouvent en dehors de la plage suivant l'invention, et des tuyaux classiques, ont été réalisés. Un spécimen annulaire de 20 mm de long a été découpé dans chacun de-ces tuyaux, puis une partie de la longueur circonférentielle de l'anneau correspondant à un angle de 600 a été éliminé par découpage, comme représenté à la Fig 9 Le spécimen d'essai S ainsi obtenu a été mis sous

tension sur sa surface à un niveau de contrainte de trac-

IO tion correspondant à la limite élastique à 0,2 % d'hysté-

résis, au moyen d'un boulon traversant les parties de paroi opposées de l'anneau Le spécimen et le boulon ont été immergés dans une solution à 20 % de Na Cl (température du bain 1500 C) pendant 1000 heures La solution a été I 5 maintenue en équilibre avec une atmosphère dans laquelle la pression partielle de H 2 S est 0,1 atm, ou 1 atmiou 15 atm,et la pression partielle de CO 10 atm Après avoir terminé l'essai de fissuration par stress-corrosion dans ladite solution de Na Cl, on a déterminé si une fissuration par stress-corrosion était ou non apparue Les résultats des essais sont résumés dans les tableaux 2 à 5, 7 et 9 ci- dessous, en même temps que les résultats d'essais de fissuration par façonnage à chaud pendant le forgeage à

chaud, de fragilisation à l'hydrogène et que les proprié-

tés mécaniques de l'alliage Dans les tableaux-2 à 5, 7 et 9, dans chaque colonne, le symbole " O " indique le cas o n'a pas observé de fissuration, tandis que le symbole

"X" représente le cas o une fissuration s'est produite.

Comme on le voit d'après les données expérimentales, les tuyaux comparatifs ne répondent aux exigences pour aucune des propriétés d'aptitude au façonnage à chaud, de résistance mécanique et de résistance à la fissuration par stress-corrosion Par contre, les tuyaux constitués d'un alliage suivant l'invention sont satisfaisants en ce qui concerne toutes ces propriétés C'est-à-dire que les tuyaux constitués d'un alliage suivant l'invention possèdent un niveau désiré de résistance mécanique et de résistance à la fissuration par stress-corrosion ainsi qu'une aptitude satisfaisante au façonnage à chaud, et, en ce qui concerne ces propriétés, elles sont également supérieures àcelles des tuyaux classiques constitués d'alliagesclassiques. i ii i i i i

TABLEAU 1

Alli Composition de l'alliage (% poids) I age No C Si Mn P S Ai Ni Cr Mo W Cu N Autres

1 0,06 0,25 0,72 0,025 0,002 0,12 42,0 25,5 2,1 1,9 0,6 0,008

2 0,03 0,30 0,75 0,021 0,003 0,15 51,1 30,2 1,5 1,1 0,025 Y:0,045

3 0,03 0,27 0,81 0,019 0,003 0,09 37,5 24,0 3,6 0,4 0,038 La+Ce:0,011 sui 4 0,02 0,22 0,74 0,021 0,0008 0,18 55,3 33,6 2,2 0,8 0,009 Y:0; 020,Mg:0, 011 vant l'in 5 0,03 0,15 0,75 0,005 0,003 0,20 44,5 30,7 1,3 1,9 0,014 Y:0; 031,Ti:0,30 ven' ien 6 0,01 0,20 0,80 0,018 0,002 0,15 58,6 24,8 3,4 0,5 0,01,9 Ca: 0,07

7 0,02 0,51 0,51 0,0,20 0,0005 0,10 40,5 27,6 3,0 0,007 Y:90,062

8 0,02 0,30 0,70 0,022 0,001 0,12 38,0 26,6 2,0 1,5 0,3 0,034

9 0,04 0,26 0,75 0,016 0,002 0,21 50,2 25,1 2,5 0,5 0,024 Mg:0,025

1 0,02 0,25 0,80 0,020 0,003 0,11 28,8 25,3 2 ',0 0,027

2 0,03 0,29 0,77 0,024 0,002 0,12 44,3 24,3 1,9 0,008 Y:0,028

Com 3 0,03 0,30 0,81 0,019 0,004,0,15 45,5 39,0 0,2 0,4 0,017 Mg:0,016 para- tifs 4 0,02 0,31 0,80 0,022 0,011 0,15 40,2 30,6 2,8 0,014 Mg:0,015

0,02 0,26 0,66 0,026 0,002 0,23 38,9 26,2 3,0 1,6 0,008 Y: 0,26

6 0,04 0,29 0,70 0,021 0,003 0,15 40,3 25,5 3,1 0,025 La+Ce:0,18 %o r%) t. n -4 0 % Co

Tableau 2

ilia Fissuration ge pendant le Fissuration sous H S et No forgeage-à 10 atm de CO 2 dans 220 %Na Cl chaud 2 ii 50,1 atm H 2 i atm H 2 15 ai

2 O O 0 O

3 O O O O

Suivant 4 O O O l'inven 5 0 O 0 O ticn

6 O O O O

7 O O O O

8 0 O O O

9 O O O O

i o O O X

2 O O O X

3 X-

Compa-

ratifs 4 X x -

6 X

NOTE: les numéros des ceux du Tableau alliages correspondent à 1.

Tableau 3

Allia Camposition de l'alliage (% en poid Is) Fissu Limite Fissuration sous ge NI' C si mn P S N Niî Cr Mo W Autres ration élas 1 H 2 Set10 atmci-_ pan tique C 02 dans 20 % de fdant, àO 0,2 %Na CI le for d'hys H 2 S H 25 H S geage àterosis chaud (N/inm 2) 0,1 1 15 atm atm atm

1 0,07 0,29 0,80 0,026 0,002 0,059 51,4 30,1 2,3 888,8

2 0,03 0,34 1,52 0,020 0,003 0,163 40,8 27,6 6,2 945,7

3 0,01 0,16 1,02 0,009 0,001 0,287 40,1 25,0 2,9 1203,7

4 0,05 0,25 0,56 0,014 0,0008 0,132 26,7 25,5 3,2 922,1

0,005 0,26 0,48 0,002 0,0002 0,115 59,1 26,1 2,0 1,9 911,3

6 0,02 0,42 0,67 0,010 0,004 0,085 28,6 23,1 6,8 857,4

7 0,01 0,20 0,68 0,016 0,0002 0,076 52,7 39,0 1,7 945,7

8 0,02 0,31 0,85 0,018 0,0005 0,143 55,0 37,4 1,4 1000,6

9 0,03 0,29 0,74 0,002 0,0002 0,105 56,4 36,5 3,0 969,2

0,05 0,69 0,62 0,019 0,0007 0,153 49,5 33,6 0,9 1,8 O 983,0 O O O

il 0,03 0,40 0,48 0,001 0,001 0,108 48,6 24,4 3,2 890,7

12 0,02 0,15 0,75 0,025 0,001 0,145 51,5 24,0 6,6 927,0.

13 0,02 0,30 0,72 0,019 0,001 0,170 38,9 25,8 2,2 1,6 Cu:1,30 939,8 r O 14 0,03 0,25 0,75 0,016 0,004 0,166 36,9 24,4 3,3 0,5 La+Ce:0,015 914,3

Z 15 0,04 0,28 0,75 0,019 0,004 0,211 51,1 30,2 1,6 1,2 Y:0,029 1222,3

H 16 0,02 0,21 0,81 0,014 0,001 0,136 50,5 24,9 2,7 0,4 Mg:0,012 902,5 4 > 17 0,02 0,25 0,94 0,018 0,0005 0,118 50,9 29,0 1,9 1,0 Ca:0,045 917,2 e 18 0,01 0,33 0,76 0,003 0,0001 0,165 54,8 32,6 2,1 Y 1:0,029 985,9 Mg: 0, 014 O 19 0,04 0,18 0,83 0,015 0,0005 0,225 39,7 28,5 4,8 la 4 Ce:0,032 1190,9 Ca:0, 010

0,03 0,27 0,70 0,020 0,001 0,086 44,6 24,9 2,9 Y:0,016,M'4:0,018 838,8

Ca:0,012 21 0,01 0,25 0,70 0,018 0,003 0,090 58,9 25,0 3,2 CU:0,40,Ca:0, 05 891,7 22 0,007 0,26 0,66 0,021 0,001 0,241 55,2 32,9 2,3 Cu: 1, 70, Mj:0, 014 1251, 8

Y:0,020

à 1 0,03 0,42 0,92 0,016 0,003 0,135 22,10 25,0 2,2 1,0 O 888,8 O O X

' 2 0, 02 0,36 0,77 0,020 0,0005 0,096 52,6 41,30 2,5 x o ea 3 0,01 0,18 0,79 0,012 0,001 0,113 31,7 28,6 0,80 890 7 4 0,05 028 074 0008 0004 & 54275 16 O 982 o O X

Nota: en dehors de la plage suivant l'invention.

0 % Oo)

Tableau 4

F-issura 7 Fissuration sous Allia Composition de l'alliage (% poids) issura Fissuration sous ge _______________________________________________tillo pen H 2 S et 10 atmo de ge g dant le C 02 dans 20 % Na Cl n C Si Mn P S Al Ni Cr Mo W N Autres forgeage H S H S HS sol à chaud a _ ___ c oi a as

1 0,05 0,62 0,95 0,019 0,0005 0,15 26,9 23,5 3,1 0,008 -

2 0,02 0,55 0,54 0,024 0,0002 0,07 48,3 27,2 5,0 0,014 -

3 0,006 0,28 0,44 0,015 0,0004 0,24 58,6 24,9 2,3 1,2 0,025 -

4 0,03 0,30 0,76 0,018 0,0004 0,31 38,5 23,9 2,9 0,038 -

0,01 0,21 0,72 0,010 0,0001 0,11 54,3 39,1 1,6 0,046 -

ui 6 0,01 0,18 1,60 0,007 0,0002 0,01 50,9 31,6 2,1 0,009 -

7 0,02 0,44 1,25 0,012 0,0005 0,14 45,0 28,5 5,3 0,007 -

vant8 0,03 0,49 0,48 0,012 0,0006 0,01 48,8 30,8 0,8 3,2 0,018 O O O O l'in 9 0,01 0,56 0,35 0,014 0,0002 0,25 34,9 25,5 3,4 0,017 Cu:1,7 ven 10 0,008 0,23 0,66 0,006 0,0003 0,31 40,5 24,8 3,1 0,009 La+Ce: tion 0,033 1 il 0,02 0,33 0,70 0,009 0,0001 0,08 57,9 30,3 4,8 0,017 Y:0,029 12 0,02 0, 38 0,84 0,010 0,0004 0,02 51,0 34,6 2,6 0,024 Mg:0,019 Ti:0,33 13 0,01 0, 36 0,80 0,015 0,0003 0,12 32,8 27,1 2,1 1,8 0,027 Ca:0,038

14 0,04 0,25 0,95 0,022 0,0002 0,19 50,5 24,7 3,4 0,015 Y:0,020,

Mg:0,012 Ca:Q,024 0,02 0,48 0,76 0,020 0,0005 0,15 40,8 25,1 6,6 0,019 Cu:O,6, Ca:0,025 Ccm i 0,02 0,46 0,70 0,017 0,0005 0,14 22,5 24,0 2,9 0, 024 O O O X a 2 0,03 0,29 1,12 0,017 0,0002 0,12 '50,5 41,9 1,7 0,008 X para 3 0,01 0,35 0,79 0,014 0,0004 0,26 33,6 27,9 0,7 0,013 O O O X tifs 4 0,01 0,37 0,70 0,019 0,0004 0,19 34,5 28,5 1,8 * 0,017 NOTE: * en dehors de la plage suivant l'invention N t,' V 1 0 % r> Co i uc)T 4 ue Au T I qup A Tris 96 eld e T op sampp ue t ajoe 0 O PIOJO eil ligz ZIPE silo modo modo 9910 OEIO zolo P s 900 " t CO S'LZ l'9 C ZVO TOO'O 11010 Z 610 9 P'O ú 010 E: r R 0 ed x x LIO'O 611 * 811 P 01 TS GO'o ZOOO'o ú 0010 OZ'T ICO Zolo E -tmo 0 O O O SZOQ S'Z S'PZ *L'IZ 91 0 E 0010 zoolo gglo OSLO Tolo 1 szolo:VD Llo:n D PTOI O Pig L' Z S'OP Polo TOO'O ZOO'O OL'O 900 ZO,10 si ,10:Ew t Io dore D TZO'O:À 80 O'O Z'E 9 'PZ VIS ZVO LOOO'O TOO'O WO úZ'O SOO'O Pl TSO#O:LDD 61010 S'I O'Z 91 LZ 9 'úú ZE'O 100 O 100 O Z 6 O SZ'O TO'O El OO:fw 91040 c, Z Z PE S, OS U'O ZOOO#O ZOO'O 06 '0 OE'O PO'O zi

610 O

9 Ol O:À LZOJO 61 P ú,Oú zigs golo 100010 loolo> PqO SEIO ?:O O Il uo-p-

9 Z"O:T PTO'O 6 'Z ZGZ 9 TP 9 VO ZOO'O EO Oe O ZL'O 6 Z'O TO'o O 1 -tra( 911:n D 60010 Z'E 019 Z S'SE ICO Poolo ZOO 10 zelo zslo iolo 6 UT 1 0 O O O O LIO'O Z'E 111 VIE 6 'Lt, l Od O> ZOO'O 100 O SP'O OP'O ZOO 9 scolo Els, Olez SIPP q Z 40 100,10 10010 > O?: il z Pio zo O L ns zolo 91 Z S'TE 9 6 t, T 010 > POO'O E O'O 99 '1 OE 10 SOO'O 9 ZO'O L'I 918 ú 1199 solo 800010 ZOO'O 9410 WO TO'O 9 Piolo Ilú glúZ VOú 1010 zoolo 10010 > 9910 9 zlo E 010 P 80010 OIT gjz P#PZ 9 '99 6 T'O POOO'O 10010 9 P'O 6 Z'O LOO'O E Tolo zig S'LZ 8 'LP 9010 TOOJO E 0010 9910 Oslo zolo Z ZO'O VE 6 'úZ 919 Z ZVO E 0010 zoolo Oslo zslo golo T pretp uqe uq-e u 4 le 95 va 6 si 1 I do au QJB -XO 391 -Toe A A 'P ' N M OW XO TN -IV S d UN TS D ou -Al T -Uad lDe N %OZ SIMP Z(D V UOT-4t O'r'4 ab E)p u 4 v 01 -4 a SZH- t>s T-l -e-úns (Sp Tod %) aeb TTIU T op UOTITSC)duco -ITT snos uo Tqipmss Tq -T 6-e Tq -s Tâ (M % O r.- CD Ln C-j

Tableau 6

gea Composition de l'alliage (% poids) N C Si Mn P S Al sol Ni Cr Mo W Nb Ti Ta Zr V N Autres

1 0,01 0,23 0,79 0,012 0,001 0,12 2 6,3 25,3 3,42,11 0,008 -

2 0,05 0,34 0,74 0,012 0,003 0,17 41,5 31,65,9 0,13 0,013 -

3 0,03 0,28 0,83 0,026 0,003 0,09 58,7 37,5 1,3 0,49 0,038 -

4 0,02 0,09 0,76 0,009 0,002 0,23 55,1 23,9 1,6 2,6 0,11 0,024 -

0,02 0,24 0,90 0,021 0,0003 0,15 51,7 39,1 0,8 1,9 13,71 0,039 -

6 0,01 0,56 1,22 0,016 0,0008 0,12 41,2 25,6 3,00,12 3,52 0,005 -

Sui 7 0,03 0,32 0,57 0,012 0,0009 0,14 38,6 27,94,8 0,60 0,52 0,018 -

vant 8 0,03 0,29 0,86 0,014 0,002 0,21 50,3 26,3 3,0 0,4 0,32 0,31 0,1 î 10,54 0,011 9 0,04 0,32 0,63 0,016 0,002 0,14 39,6 26,3 2,0 1,8 0,41 0,10 0,31 0,024 C u:1,3 n 10 0,03 0,28 0,83 0,013 0,002 0,09 37,2 25,2 3,0 0,4 0,30 0,32 0,100,51 0,031 la+Ce: 0,012 yen- tion 11 0,01 0,56 0,57 0,021 0, 0009 0,12 41,2 27,9 3,4 0,60 0,50 0,51 0,021 Y: 0,063 12 0,01 0,15 0,90 0, 009 0,004 0,26 44,5 30,8 1,4 1,2 0,31 0,30 O; 007 Mg:0,021 13 0,02 0,24 1, 02 0,013 È,003 O 015 58,8 25,6 3,3 0,11 0,51 0,10 0,014 Ca:0,063

14 0,03 0,22 0,66 0,002 0,002 0,14 39,0 36,3 2,8 1,1 0,4 0,1 0,100,3 0, 008 Y: 0,026

Mg: 0,009 0,01 0,23 0,82 0,013 0,0004 0,11 41,2 27,9 3,1 0,6 0,6 0,5 0, 005 La+Ce: 0,012 Mg: 0,005 Ca: 0,043 16 0,02 0,26 0,76 0,027 0,0008 0,23 55,1 33,4 2,8 0,51 0,20 0,019 Cu: 0,7, Y: Df; 026 Mg: 0,018 A_, t.j in co CD os CO Tableau 6 ( Suite) Mn u L NOTE * en dehors de la plage suivant l'invention t; 1 l M r 0 % Composition de l'alliage ( % poids) C Si Mn P S Nl Ni Cr Mo W< Nb Ti Ta Zr V, N Autres s o l

0,02 0,23 0,79 0,032 0,002 0,09 23,2 28,3 2,8 0,6 1,6 0,2 0,021 -

0,01 0,33 0,84 0,028 0,004 0,18 30,7 41,542,6 1,3 2,5 0,009 -

0,05 0,17 0,76 0,025 0,002 0,22 28,3 27,6 0,7 * 0,6 0,1 0,018 -

0,04 0,32 0,96 0,020 0,003 0,17 40,3 33,5 1,8 * 0,50,6 0,014 -

0,01 0,28 1,02 0,019 0,002 0,13 35,2 25,3 1,3 0,6 0,021 -

0,04 0,52 1,41 0,027 0,011 0,01 12,8 17,2 2,4 0,038 i Cu:0,l

0,05 0,50 1,29 0,028 0,012 20,4 25,2 0,040 -

0,05 0,52 1,10 0,016 0,008 0,32 31,8 20,5 0,20 0,025 -

0,04 0,49 0,82 0,025 0,010 5,4 25,4 2,2 0,009 -

Tableau 7

Allia Fissu Fissuration sous Limite Résis Allon Réduc Valeur ge N ration H 2 S et 10 abtm de élas tance gement tion de d'impact Dpen CD 2 dans 20 % de tique à la (%) section (kg m/cm 2) dant Na Cl à 0,2 % trac (M) à o C le for H H 2 SH 2 S d'hys tion geage 01 1 15 téré (N/hm 2) ch atm atm atm sis (N/n M 2)

1 897,6 922,1 14 68 8,2

2 878,0 900,6 15 76 18,6

3 858,4 899,6 17 75 20,5

4 807,4 838,8 16 79 25,6

1115,4 1189,0 12 42 8,9

6 1132,1 1201,7 13 46 7,8

7 848,6 887,8 15 73 12,5

8 832,9 871,1 14 75 16,9

9 O O O O 809,3 851,5 18 77 23,4

845,6 895,7 20 63 8,9

il 919,2 983,0 18 60 7,6

12 835,8 896,6 21 73 21,2

13 866,2 907,4 18 69 17,5

14 807,4 838,8 15 75 14,9

897,6 919,2 14 74 16,6

16 821,1 889,8 17 68 14,2

1 O O O X 848,6 873,1 13 67 8,2

q 4

2 X

3 721,0 735,7 16 82 22,5

O 4O O O X 767,1 783,8 15 81 25,4

786,8 826,0 16 79 21,6

1 709,3 722,0 18 80 25,6

g 12 695,5 732,8 20 82 16,8

3 O O O X 712,2 736,7 17 81 24,6

d 4 891,7 911,3 16 78 18,9 Nota: 1) Les N des alliages correspondent 2) On a effectué un vieillissement à

à ceux du tableau 6.

6500 C pendant 15 heures sur les alliages suivant l'invention et sur les

alliages comparatifs après écrouissage.

Tableau 8

i, camros 1 tion ce P aillage u N poîcis> si Mn P N Ni Ur Nb V Mo V

0, 01 -0,24

0, 04 0, 22

0, 05 0, 19

0, 02 0, 13

0, 03 0, 03

0,005 0,26

0, 01 0,43

0, 03 0,46

0, 02 0, 31

0, 01 0,09

0, 03 0, 34

0, 06 0, 28

0, 04 0, 27

0, 02 0,26

0, 01 0, 31

0,005 0, 21

0, 03 0, 25

0, 01 0, 25

0, 02 0, 22

0, 01 0, 27

0, 03 0,31

0,007-0,29

0,75 0,021 0,002

0,73 ûI,011 0,003

0, 86 0, 72 0, 69 0, 58 0, 64 0,66 0, 78 0, 81 0, 88 0, 86 0, 83 0,81 0, 66 1, 16 0, 70 0, 77 0,79 1, 87 0, 88 0,70

0, 016

0, 023

0, 013

0, 019

0, 010

0, 009

0, 021

0, 014

0,012

0, 011

0, 013

0, 019

0, 001

0, 018

0, 002

0, 014

0, 016

0, 018

0, 015

0, 014

0, 001

0, 002

0, 005

0,.0 01

0, 002

0, 001

0, 003

0, 0002

0, 001

0,002

0, 0004

0, 002

0, 0004

0, 001

0, 0001

0, 002

0, 004

0, 003

0, 0001

0, 057

0, 245

0, 071

0, 068

0, 059

0, 124

0, 115

0, 168

0, 151

0, 132

0, 091

0, 086

0, 077

0, 089

0, 131

0, 122

0, 100

0, 140

0, 119

0, 107

0, 113

0, 120

* 53, 2 ; 5 26, 9 59,4 37,8 , 3 51, 9 , 6 , 8 37, 6 41, 3 , 6 , 6 49, 8 48, 9 , 6 , 5 , 9 51, 2 52, 5 51, 3 , 5 Autres

,0 3,1 3,1 0,2

,8 0,33 0,40 2,6 0,8

36,8-

, 3 0, 62

23,4 0, 75

38,4 0, 43

27, 3 0; 56

28, 6 3, 86

26,8 39, 7 38, 8 23, 3 37, 9 26, 8 , 6 27, 2 24, 7 , 2 29, 8 27 2 , 6 , 1 0, 70 0,42 0, 67 0, 84 1, 90 0, 23 2, 50 0,60 0,76 0, 94 1, 52 2, il 2,54 0, 21 0, 34 0,54 3,94 0, 43 0, 26 0, 30 0, 92 0, 22 0, 15 0,36 0,40 1, 4 2, 3 3, 4 2, 9 1, 6 1, 7 2, 2 0,9 1, 3 3, 5 2, 8 2, 8 2, 7 2, 8 2, 1 3, 1 2, 7 3, 2 0, 4- 0, 2- 1, 4- 1, 2- 0, 6- 0, 3- 2, 7- 6, 4- -Cu: 1, 5 La+ Ce:0,024,Co:1,9

0,3 Y: 0,023

0-,2 M Ca::00,0369, Co:0,6 Mg:0,005, Ca:O 0,042 Cu:1,8, Mg:0,013 Cu:0,4, Ca:0 010 1,a:0,020

1 0,02 0,36 0,76 0,013 0,002 0,042 29,3 27,3 2,6 2,1

Zampa 2 0,01 0,25 0,89 0,009 0,001 0,152 23, 5: 30, 54 0,2 1,3 2,0 0,2 ratifs 3 0,04 0,38 0,74 0,021 0,008 0,105 36,2 42,0-0,3 2,5 1,6

4 0,06 0,27 0,88 0,033 0,001 0,038 50,6 29,8 0,44 * 0,8 0,2-

S 0,03 0,16 0,82 0,025 0,004 0,021 45,2 25,6 4,7 * 1,6 0,4

6 0,02 0,11 0,56 0,018 0,003 0,029 36,8 26,8 0,43 + 2,2

7 0,04 0,15 0,78 0,012 0,002 0,063 27,5 23,8 1,1 0,4 0,8 t

8 0,02 0,17 0,46 0,013 0,001 0,016 _ 29,8 30,6 1,5 1,7 *

NOTE: 4 en dehors de la plage suivant l'invention Ml 41 sui- vant

1 ' in-

yen- tiori N i 11 w' -J Lni c> U

28 2507628

Tableau 9

Allia Fissu Limite Valeur Fissuration sous Hc S et 10 atm de ge N ration élas d' impact 2 C 02 dans 20 % de Na Cl pen tique (kg m/cm) dant à 0, 2 %à 00 C H 2 S H 2 S H 25 le for d'hys 0,1 1 15 geage à térésis atm atm atm chaud (N/mm 2)

1 954,5 16,9

2 1017,3 12,9

3 976,1 12,5

4 869,2 20,5

796,6 22,5

6 976,1 11,6

7 958,4 10,5

8 1251,8 8,9

9 905,5 16,9

o 10 1034,0 5,6

11 927,0 9,3

> 12 O 857,4 12,3 O O O

13 918,2 12,1

14 867,2 14,6

O 15 986,9 13,0

16 905,5 16,9

17 1000,6 11,5

18 932,9 11,0

19 926,1 12,3

945,7 10,4

21 916,3 13,7

22 996,7 12,9

1 O 897,6 6,1 O O X

2 894,7 8,2

3 X

4 713,2 12,9

p 5 1059,5 0,2 X r 6 o 778,9 14,6 O o

U 7 721,0 20,6 X

8 786,8 19,3 O

Nota: 1) Les N des alliages correspondent à ceux du tableau 8.

2) On a effectué un vieillissement à 6500 C Pendant 15

heures après écrouissac 3 e.

Comme on l'a décrit de façon complète ci-dessus, l'alliage suivant l'invention est supérieur par son niveau

élevé de résistance mécanique et de résistance à la fissu-

ration par stress-corrosion, et il est particulièrement utile pour lafabrication de chemisages, de tubes, de colonnes perdues et de tiges de forage destinés à être utilisés dans les puits profonds de production de pétrole

brut, de gaz naturel et d'eau géothermique, et pour d'au-

tres applications.

Claims

REVENDICATIONS -

1. Alliage destiné à être utilisé dans la fabrica-

tion de chemisages et de tubes de haute résistance méca-

nique pour puits profonds, cet alliage présentant une résistance améliorée à la fissuration par corrosion sous tension, cet alliage étant caractérisé par la composition suivante: C: z 0,1 % Si: 1,0 % Mn: < 2,0 % P: , 0,030 %

-S: 0,005 % N: O à 0,30 %

IO Ni: 25 à 60 % Cr r 22,5 à 40 % Mo: O à 3,5 % W: O à 7 % (exclusivementl (exclusivement) Cr(%) + O 10 Mo(%) + 5 W(%) > 50 %, 1,0 % < Mo(%) + 1/2 W(%) À 3,5 % Cu: O à 2,0 % Co: O à 2,0 % I 5 Terres rares: O à 0,10 % Y: O à 0,20 % Mg: O a 0,10 % Ca: O à 0,10 %

Fe et impuretés occasionnelles: le reste.

2. Alliage destiné à être utilisé dans la fabrica-

tion de chemisages et de tubes à haute résistance méca-

nique pour puits profonds, cet alliage présentant une résistance améliorée à la fissuration par corrosion sous tension, cet alliage étant caractérisé par la composition suivante: C: 4 0,1 % Si: 1,0 % Mn: 2,0 % P: < 0,030 %

S: 0,005 % N: O à 0,30 %

Ni; 25 à 60 % Cr:22,5 à 40 % Mo: O à 3,5 % W O à 7 % (exclusivement) (exclusivement) Cr(%) + 10 Mo(%) + 5 W(% > 50 %, 1,0 % 4 Mo(%)+ 1/2 W(%) < 3,5 % Cu: O à 2,0 % Co: O à 2,0 % Terres rares: O à 0,10 % Y: O à 0,20 % mg: O à 0,10 % Ca: O à 0,10 %) ) Mg: 0 a 0,10 %C,0 i i i i i i i i i i i i i i i i i l'un ou plusieurs des éléments Nb, Ti, Ta, Zr et V dans une quantité totale de 0,5 à 4,0 %

Fe et impuretés occas-ionnelles: le reste.

3. Alliage destiné à être utilisé dans la fabrica-

tion de chemisages et de tubes à haute résistance méca- nique pour puits profonds, cet alliage présentant une résistance améliorée à la fissuration par corrosion sous tension, cet alliage étant caractérisé par la composition suivante: IO C: 0,1 % Si: 1,0 % Mn: c 2,0 % P: c 0,030 %

S: 0,005 % N: 0,05 à 0,30 %

Ni: 25 à 60 % Cr: 22,5 à 40 % Mo: 0 à 3,5 % W: O à 7 % (exclusivement)

<exc asivementi -.

I 5 Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W(%) 50 %, 1,0 % 5 Mo(%) + 1/2 W(%) 3,5 % Cu: O à 2,0 % Co: 0-à 2,0 % Terres rares: O à 0,10 % Y: O à 0,20 % Mg: O à 0,10 % Ca: O à 0,10 %

Fe et impuretés occasionnelles: le reste.

4. Alliage destiné à être utilisé dans la fabrica-

tion de chemisages et de tubes à baute résistance méca-

nique pour puits profonds, cet alliage présentant une résistance améliorée à la fissuration par corrosion sous tension, cet alliage étant caractérisé par la composition suivante: C:< 0,1 % Si: c 1,0 % Mn: c 2,0 % P: c 0,030 % S: c 0,005 % N: 0,05 0,30 % Ni: 25 à 60 % Cr 22,5 à 40 % Mo: O à 3,5 % W: O à 7 % (exclusivement) (exclusivement) Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W (%) > 50 %, 1,0 % Mo(%) + 1/2 W(%) 35 % Cu; O à 2,0 % Co; O à 2,0 % Terres rares: O à 0,10 % Y: O à 0,20 % Mg O à 0,10 % Ca: O à 0,10 % l'un ou plusieurs des éléments Nb, Ti, Ta, Zr et V dans une quantité totale de 0,5 à 4,0 %.

5. Alliage destiné à être utilisé dans la farica-

tion de chemisages et de tubes de haute résistance méca-

nique pour puits profonds, cet alliage présentant une résistance améliorée à la fissuration par corrosion sous IO tension, cet alliage étant caractérisé par la composition suivante: C: 0,1 % Si: 1,0 % Mn: 2,0 % P: , 0,030 %

S: 0,005 % N: 0,05 à 0,30 %

I 5 Ni: 25 à 60 % Cr: 22, 5 à 40 % Mo: O à 3,5 % W: O à 7 % (exclusivement) (exclusivement) Cr(%) + l O Mo(%) + 5 W(%) > 50 %, 1,0 % c Mo(%) + 1/2 W(%) < 3,5 % Cu: O à 2,0 % Co: O à 2,0 % Terres rares: O à 0,10 % Y: O à 0,20 % Mg: O à 0,10 % Ca: O à 0,10 % au moins l'un des éléments Nb et V, dans une quantité totale de 0,5 à 4,0 %

Fe et impuretés occasionnelles: le reste.

6. Alliage suivant l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisé en ce que la teneur en nickel

est 35 à 60 % gt la teneur en chrome 24 à 35 %.

7. Alliage suivant l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisé en ce que la teneur en soufre

n'est pas supérieure à 0,0007 %.

8. Alliage suivant l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 7, caractérisé en ce que la teneur en phosphore

n'est pas supérieure à 0,003 %.

s

9. Alliage suivant la revendication 8 lorsqu'elle

dépend de l'une quelconque des revendications 3 à 5,

prises seules ou en combinaison avec la revendication 6 ou avec la revendication 7, caractérise en ce que la teneur en Nest 0,10 à 0,25 %.