Brevet FR2002748A1 — publié le 19691031

Là présente invention est relative à l'utilisation d'un alliage d'acier comme matériau à résistance élevée présentant de bonnes propriétés de ténacité, pour les tuyaux sous une pression très élevée qui subissent une contrainte pulsatoire. Les tuyaux sous pression très élevée utilisés dans l'industrie chimique sont fréquemment soumis à des efforts pulsatoires, comme c'est le cas par exemple dans la fabrication du po lyéthylène,Jusqu'å des pressions qui peuvent atteindrè.2.500 atmosphères ou plus. La'fréquente alternance de charge par minute, dans le cas de pressions si élevées, limite la durée de vie de ces tuyaux du fait de lrapparition de ruptures de fatigue, souvent au bout de quelques centaines d'heures seulement. Jusqu'à présent, de tels tuyaux étaient réalisés par exemple en acier du type 30 CrMoV 9. Les tuyaux sous pression très élevée présentent des dimensions qui varient, par exemple, de 18 x 7 à 160 x 50 mm.Alors que dans la gamme de dimensions supérieure , la fabrication a généralement lieu par forgeage suivi d'un alésage, et permet ainsi de pourvoir à une surface interne de haute qualité qui correspond à l'utilisation envisagée, par exemple par alésage suivi d'un finissage par honing, les tuyaux qui se trouvent dans la gamme de dimensions inférieure sont fabriqués à l'aide des procé dé: classiques connus de fabrication de tuyaux. Toutefois, dans ce cas, il n'est pas certain de pouvoir obtenir une surface interne dépourvue de petites stries, de fissures, entre autres, en raison du rapport défavorable épaisseur de paroi/diamètre. De tels petits défauts reprEsentent des problèmes,en particulier lorsque le comportement du matériau en ce qui concerne la fragilité à la rupture est Snsuffisant, et que la rupture de en rupture fatigue se transforme7-iolente - même éventuellement accompagnée de projeotions d'éclats - et fait courir des dangers à l'ensemble du système et éventuellement à des vies humaines. Comme des défauts minimes dans une zone de profondeur de 0,1 mm suffisent déjà pour déclencher de telles ruptures de fatigue, que l'on ne peut pas détecter de façon sûre,en raison du rapport défavorable épaisseur de paroi/diamètre qui est Gb 0,3 dans de tels tuyaux, même si l'on soumet ces tuyaux aux essais de sécurité décrits dans les normes américaines, il est nécessaire d'être assuré de conditions suffisantes de fragilité. à la rupture, afin d'éviter les ruptures violentes accompagnées d'éclatement. Au surplus, des dÏfficultésapparaisent fréquemment lors du traitement thermique de tels tuyaux, réalisés en les aeiers utilisés jusqu'à présent qui peuvent entre, par exemple, le 30 CrMoV i, en raison d'un revenu à coeur insu'ffisant, lors d'un traitement thermique en atmosphère de gaz de protection, dans des fours fermés. Un tel traitement est absolument nécessaire dans le cas de tuyaux dont les diamètres intérieurs sont relativement faibles, qui ne peuvent plus subir d'usinage mécanique ultérieur, pour éviter la formation de battitures sur la surface interne, que l'on aurait plus tard beaucoup de difficulté à éliminer et qui influencent de ce fait de façon très désavantageuse la rugosité de la surface interne de-ces tuyaux. La présente invention a pour but de pourvoir d un alliage d'acier utilisable pour la réalisatiôn de tuyaux sous pression très élevées dans lequel les inconvénients précités sont éliminés. Conformément à l'invention, l''on préconise l'utilisation d'un acier allié pour les tuyaux sous pression très élevée, présentant des limites d'allongement minimales de 80-100 kg/mm2 et de bonnes propriétés de ténacité, dont la composition est la suivante 0,20 - o,38% c 0,10 - 0,40 % Si 0,20 - 0,60 ss Mn 1,0 - 1,60 % Cr ),20 - 4,00 % Ni 0,20 - Q,60 % Mo o - 0,20 % V Reste = fer et impuretés. L'utilisation proposée conformément à l'invention, de l'acier précité a pour effet d'éliminer les problèmes de la rupture violente avec formation d'éclats, en raison de ses bonnes propriétés de ténacité, en particulier dans le sens perpendiculaire à l'axe du tuyau. De même, le traitement de trempe et revenu en four fermé n'entraîne plus aucun problème, en raison du taux d'alliage grâce auquel la transformation de lXacierZen martensite a lieu dans une grande mesure, même si le refroidissement est relativement lent. La composition de l'alliage utilisable conformément à l'invention, est indiquée dans le tableau ci-dessous Gamme de pourcentages Gamme de pourcentages préférée C 0,20 - 0,38 % 0,22 - 0,28 ffi Si 0,10 - 0,40 % 0,15 - 0,25 % Mn 0,20- 0,60 % 0,20 - 0,40 ffi Cr 1,0 - 1,60 % 1,30 - 1,50 % Ni 3,20 - 4,00 % 3,40 - 3,80 % Mo 0,20 - 0,60 X 0,30 - 0,50 % v o - 0,20 % 0,10 - 0,15 % FeX) x) Fer et impuretés usuelles. A l'état trempé et revenu, l'alliage possède sensiblement les propriétés mécaniques suivantes Limite d'allongement 80 kg/mm2 90 kg/mm2 100 kg/mm2 Résistance mécanique 90-110 kg/mm2 100-120 kg/mm2 105-130 kg/mm2 Expansion 16 ss 14 % 15 % 13 % 14 % 12% (1 = 5d) longitudi- transversa- longitu- transver- longi- trans- nalement lement dinalement salement tudi- versa nale- lement ment Résilien- longitu- transversa- longitu- transver- longi- transce dinale- lement dinalement versale- tudi- versa (éprouvet- ment ment nale- lement te de ment Charpy entaillée en V) mkg/cm2 mkg/cm2 mkg/cm2 + 20 C 10 7 8 6 6 5 - 20 C 9 5,5 7 4,5 5 3,5 La température de transition (rapportée à 50 ss de fraction cristalline), déterminée sur l'éprouvette de Charpy entaillée en V, est comprise entre -40 et t 0 C, en fonction du stade de trempe et de revenu et de l'état de l'éprouvette. REVENDICATIONS 1) Utilisation d'un alliage d'acier constitué par 0,20 - 0,)8 % C 0,10 - 0,40 % Si 0,20 - 0,60 % Mn 1,0 - 1,60 % Cr 3,20 - 4,00 % Ni 0,20 - 0,60 ss Mo O - 0,20 V V Le reste étant constitué par du fer et les impuretés usuelles, comme matériau à résistance élevée présentant de bonnes propriétés de ténacité, qui possède à l'état trempé et revenu, à la température ambiante, une limite d'allongement minimum de 80 - 100 kg/mm et des propriétés satisfaisantes de ténacité sur l'é- prouvette de Charpy entaillée en V, ainsi qu'une température de transition très basse pour une fraction cristalline à 50 %, de - 40 à # 0 C, pour les tuyaux sous pression très élevée qui sont soumis à des efforts pulsatoires. 2) Utilisation d'un alliage d'acier selon la Revendication 1, constitué par 0,22 - 0,28 % C 0,15 - 0,25 % Si 0,20 - 0,40 % Mn 1,30 - 1,50 ffi Cr ),40 - 3,80 % Ni 0,30 - 0,50 ss Mo 0,10 - 0,15 % V le reste étant constitué par du fer et les impu retés usuelles.