FR2764669A1 - Procede de fabrication d'une conduite flexible - Google Patents
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Abstract
Pour fabriquer une conduite flexible du type comprenant une carcasse métallique flexible (1) constituée par un enroulement hélicoïdal de spires d'un feuillard d'acier inoxydable profilé agrafé, on procède à un traitement thermique de durcissement du métal constituant la carcasse, réalisé pendant ou après enroulement de la carcasse. L'acier peut-être austénitique et un refroidissement conduit au durcissement par transformation martensitique; en alternative, l'acier est austéno-ferritique et un chauffage conduit à un durcissement de la phase ferritique.
Description
Procédé de fabrication d'une conduite flexible
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une conduite flexible susceptible d'être utilisée pour le transport de fluides tels que des hydrocarbures par exemple, en particulier dans le cadre d'installations de production pétrolière sous-marines.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une conduite flexible susceptible d'être utilisée pour le transport de fluides tels que des hydrocarbures par exemple, en particulier dans le cadre d'installations de production pétrolière sous-marines.
De telles conduites flexibles sont bien connues, par exemple par le document EP-A-0 429 357 au nom de la Demanderesse dont on incorpore ici l'enseignement par référence. Elles comprennent, de l'intérieur vers l'extérieur, au moins une couche tubulaire de carcasse métallique flexible constituée par un enroulement hélicoïdal de spires d'un feuillard profilé agrafé, une gaine interne d'étanchéité disposée autour de ladite carcasse, au moins une nappe d'amures enroulée autour de ladite gaine d'étanchéité interne et au moins une gaine d'étanchéité externe.
Le feuillard destiné à la carcasse est généralement préparé par laminage à froid d'une bande d'acier, suivi d'un recuit puis d'un laminage superficiel ("skin pass") donnant un léger écrouissage de surface. Le feuillard subit ensuite un profilage sur galets, destiné à lui conférer sa section d'agrafage caractéristique. On enroule ensuite la bande profilée hélicoidalement avec un faible pas et avec emboîtement des spires successives. La flexibilité de la couche tubulaire est obtenue par ltexistence d'un certain jeu axial entre les spires agrafées successives. Pour donner un ordre de grandeur des produits concernés, la couche tubulaire est couramment d'un diamètre de 50 à 500 mm, et le feuillard constitutif a une épaisseur de 0,5 à 2,5 mm. Les aciers utilisés sont généralement des aciers de type 304, 304L, 316, ou 3 16L (selon la terminologie AISI de l'ASTM), de caractéristiques mécaniques moyennes Rp = 310 MPa sur feuillard, conduisant à des carcasses garanties Rp supérieure à 450 MPa et Rm supérieure à 540 MPa. On utilise aussi des aciers austéno-ferritiques ("duplex"), notamment 22-05 (c'est-à-dire 22% de Cr-équivalent et 5% de
Ni-équivalent), de caractéristiques moyennes plus élevées Rp supérieure à 450 MPa, conduisant à des carcasses garanties Rp supérieure à 550 MPa et
Rm supérieure à 660 Mpa. Des aciers de type martensitique et ferrite peuvent aussi être utilisés.
Ni-équivalent), de caractéristiques moyennes plus élevées Rp supérieure à 450 MPa, conduisant à des carcasses garanties Rp supérieure à 550 MPa et
Rm supérieure à 660 Mpa. Des aciers de type martensitique et ferrite peuvent aussi être utilisés.
Les conduites sont utilisées en mer de plus en plus profonde ; aussi doit-on orienter l'évolution des matériaux constitutifs de la carcasse, destinée à résister aux énormes pressions hydrostatiques en jeu, vers des caractéristiques mécaniques de plus en plus élevées. Ces matériaux doivent néanmoins rester compatibles avec les moyens de production, qu'il s'agisse de la réalisation du feuillard, de son profilage ou de la mise en forme (spiralage).
I1 serait théoriquement possible de choisir des nuances d'acier présentant d'emblée les caractéristiques mécaniques requises pour la résistance accrue souhaitée de la carcasse, mais on se heurte en pratique à des difficultés de mise en oeuvre liées à l'allongement du matériau, voire une impossibilité, sans un surdimensionnement prohibitif des moyens de profilage et surtout de spiralage.
Le but de l'invention est d'améliorer les caractéristiques de la carcasse sans entraîner ces difficultés.
Ce but est atteint conformément à l'invention grâce à un traitement thermique de durcissement du métal constituant la carcasse, réalisé pendant ou après enroulement de la carcasse. De tels traitements sont, dans leur aspect général, connus en eux-mêmes du métallurgiste ; l'invention réside dans le fait qu'on puisse choisir des compositions métalliques convenant à la fabrication des conduites flexibles et susceptibles de subir avec succès un traitement thermique de durcissement pratiqué non pas sur le feuillard avant enroulement mais pendant ou après le formage de la carcasse. Les connaissances du métallurgiste permettent de choisir le métal ou la nuance de métal la plus adaptée pour obtenir le durcissement souhaité par ce traitement thermique.
Le métal pourra être l'acier, et notamment l'acier inoxydable. On trouvera, notamment dans "Les aciers inoxydables" publiés en 1990 par "Les éditions de Physique", les éléments de théorie expliquant le phénomène de durcissement recherché par l'invention et permettant de guider le choix de la nuance d'acier à retenir. On pourra en particulier se reporter au diagramme de Schaeffler publié page 573 et reproduit dans les dessins ci-annexés en figure 2.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'acier est un acier austénitique et le traitement thermique est un refroidissement qui conduit au durcissement par transformation martensitique de l'acier. La température de refroidissement est choisie par le métallurgiste en fonction de la nuance d'acier utilisée ; elle sera généralement comprise entre des températures inférieures à la température ambiante et, par exemple, -196 C (température de l'azote liquide).
De manière particulièrement avantageuse, on choisira une nuance d'acier adaptée au durcissement par transformation martensitique obtenue par combinaison d'une déformation à froid et d'un refroidissement simultané. On sait qu'une telle combinaison conduit à des résultats particulièrement satisfaisants en termes de transformation martensitique.
Avantageusement, l'acier est un acier inoxydable comprenant de 12 à 25 % de Cr-équivalent et de 3 à 15% de Ni-équivalent, et est choisi de manière à se situer dans la zone des aciers présentant la transformation martensitique recherchée. Ceci conduit à éliminer les aciers 316 ou 31 6L (correspondant à la norme française Z2CND17-12-2) employés jusque là, puisqu'ils ne produisent pas de martensite d'écrouissage ni de martensite thermique. En revanche, les aciers 304 et 304L (correspondant à la norme française Z2CN18-10) qui produisent de la martensite par écrouissage conviennent ; le refroidissement à basse température conforme à l'invention renforce la consolidation martensitique. Il peut être particulièrement intéressant de choisir une nuance d'acier dont la teneur en Ni-équivalent est abaissée, pour encore favoriser la formation de martensite ; par exemple, on peut utiliser des aciers 301 ou 301LN (18% de Cr-équivalent, 7% de Niéquivalent, et présence d'azote favorisant les caractéristiques mécaniques globales).
Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'acier est un acier du type austéno-ferritique comprenant de 30 à 70% de ferrite dans une matrice d'austénite, et le traitement thermique est un chauffage qui conduit à un durcissement de la phase ferritique. Il s'agit donc en particulier d'aciers, dits couramment "duplex", dont les teneurs en Cr-équivalent et en Niéquivalent sont respectivement de l'ordre de 20 à 25% et de 2,5 à 10%, conduisant à un sensible équilibre des phases alpha (ferrite) et gamma (austénite), comme le montre le diagramme de Schaeffler ci-annexé (figure 2). De tels aciers sont connus pour leur bonne tenue à la corrosion et pour leurs excellentes caractéristiques mécaniques. Le traitement thermique de l'invention, typiquement à des températures de l'ordre de 350"C à 550"C, conduit à une transformation de la phase ferritique, peu stable thermiquement, se traduisant par un durcissement de cette phase ferrite. Un tel durcissement peut être activé, comme le sait le métallurgiste, par la présence de molybdène et/ou de cuivre dans des proportions adéquates dans l'acier. La proportion de ferrite durcie peut être ajustée pour éviter que la chute de résilience qu'elle entraîne ne pénalise l'application.
On pourra avantageusement choisir la nuance qui convient pour que la durée du traitement thermique conduisant au durcissement soit de l'ordre de deux ou trois heures au plus, afin d'assurer une industrialisation correcte du procédé.
Dans le cas où le traitement thermique est un chauffage à haute température, on pourra préalablement débarrasser le feuillard de l'huile résiduelle résultant du profilage.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description suivante, se référant aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique éclatée partiellement en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation de conduite tubulaire flexible auquel s'applique le procédé de l'invention,
- la figure 2 est le diagramme de Schaeffler déjà mentionné illustrant le partage des différentes phases constitutives d'un acier inoxydable selon le taux d'équivalent chrome (en abscisse) et d'équivalent nickel (en ordonnée).
- la figure 1 est une vue schématique éclatée partiellement en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation de conduite tubulaire flexible auquel s'applique le procédé de l'invention,
- la figure 2 est le diagramme de Schaeffler déjà mentionné illustrant le partage des différentes phases constitutives d'un acier inoxydable selon le taux d'équivalent chrome (en abscisse) et d'équivalent nickel (en ordonnée).
La conduite représentée sur la figure 1 est de type dit "rough bore" (à passage non lisse). Elle comporte une carcasse intérieure 1 destinée à assurer la résistance de la conduite aux effets d'écrasement et constituée par l'enroulement hélicoïdal d'une bande profilée en S. Une gaine interne d'étanchéité 3 la sépare d'une armure 2 de résistance à la traction et à la pression intérieure constituée de préférence d'une ou de plusieurs paires de nappes croisées de fils d'armage métalliques ou en matériaux composites résistant à la traction. Une gaine externe 4 entoure le tout.
Claims (10)
1. Procédé de fabrication d'une conduite flexible du type comprenant au moins une couche tubulaire de carcasse métallique flexible (1) constituée par un enroulement hélicoïdal de spires d'un feuillard profilé agrafé, caractérisé par un traitement thermique de durcissement du métal constituant la carcasse (1), réalisé pendant ou après enroulement de la carcasse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de la carcasse (1) est de l'acier.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'acier est un acier austénitique et le traitement thermique est un refroidissement qui conduit au durcissement par transformation martensitique de l'acier.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on choisit une nuance d'acier adaptée au durcissement par transformation martensitique obtenue par combinaison d'une déformation à froid et d'un refroidissement.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'acier est un acier inoxydable comprenant de 12 à 25 % de Cr-équivalent et de 3 à 15% de Ni-équivalent.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on choisit la nuance d'acier parmi les nuances 304, 304L, 301, 301LN.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'acier est un acier du type austéno-ferritique comprenant de 30 à 70% de ferrite dans une matrice d'austénite, et le traitement thermique est un chauffage qui conduit à un durcissement de la phase ferritique.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la température de chauffage est comprise entre 350"C et 5500C.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'acier comprend du cuivre et/ou du molybdène dans des proportions activant le durcissement de la phase ferritique.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite comprend, en outre , une gaine interne d'étanchéité (3) disposée autour de ladite carcasse (1), au moins une nappe d'armures (2) enroulée autour de ladite gaine d'étanchéité interne et au moins une gaine d'étanchéité externe (4).
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