Brevet FR2496505A1 — publié le 19820625

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrica- tion de tubes d'acier sans soudure, et elle a trait plus par- ticulièrement à un procédé perfectionné utilisant un agencement nouveau de ligne de fabrication et faisant intervenir une sé- quence d'opérations allant du perçage jusqu'au calibrage afin de fabriquer ainsi des tubes d'acier sans soudure dans une large gamme de dimensions à partir d'une matière première de mêmes dimensions et avec une grande précision dimensionnelle et un haut rendement. Les procédés connus de fabrication de tubes d'acier sans soudure peuvent être divisés essentiellement en deux catégories: le procédé Mannesmann de laminage avec mandrin utilisé pour produire des tubes d'acier sans soudure de petits diamètres, ayant des diamètres extérieurs d'environ 27, 2 mm à 139,8 mm, et le procédé Mannesman de laminage en poussée utilisé pour produire des tubes d'acier sans soudure de diamètres moyens, c'est-à- dire d'un diamètre extérieur compris entre environ 152,4 et 406,4 mm. Le premier procédé de laminage avec mandrin permet de produire des tubes d'acier sans soudure par laminage de la billette de matière première provenant d'un four de chauffage par l'intermédiaire d'un laminoir de perçage Mannes- mann, d'un laminoir à mandrin, d'un four de réchauffage et d'un dispositif de réduction d'allongement, intervenant dans l'ordre considéré, et l'application de ce procédé aux produits de plus grands diamètres est limitée par le fait que la barre à mandrin doit être augmentée de longueur, ou bien par le fait que la baisse de température imputable à la réduction de l'épaisseur de paroi de tube augmente avec le diamètre extérieur des tubes à fabriquer. D'autre part, le second procédé de la- minage en poussée permet la fabrication de tubes d'acier sans soudure par laminage d'une billette semblable par l'intermé- diaire d'un laminoir de perçage Mannesmann, d'un dispositif d'allongement du type Mannesmann (second laminoir de perçage), d'un laminoir poussant, d'un dispositif enrouleur et d'un dispositif calibreur, et le rendement de ce procédé diminue avec la réduction du diamètre extérieur des tubes fabriqués à cause de limitations à la longueur de laminage et au temps de manutention. On en conclut qu'il n'existe en fait aucun procédé qui soit capable de produire efficacement des tubes ayant des diamètres extérieurs (100 à 250 mm) qui rentrent dans une gamme intermédiaire entre les gammes des deux pro- cédés précités. Egalement, avec les procédés connus mentionnés ci-dessus, on s'est rendu compte que la précision dimensionnelle, en par- ticulier la précision d'épaisseur de paroi des tubes d'acier sans soudure fabriqués est altérée par différents facteurs tels que l'établissement d'un écart d'épaisseur circonférentiel dans le laminoir de perçage, d'une réduction de l'effet de correction d'écart d'épaisseur dans le dispositif d'allonge- ment et de l'apparition d'un écart d'épaisseur imputable au dispositif d'allongement proprement dit, ou bien de l'appari- tion d'un écart d'épaisseur longitudinal dans le laminoir, d'un écart d'épaisseur en bout, de l'apparition d'un écart d'épaisseur à l'extrémité de tube dans le dispositif réduc- teur d'allongement, etc., dans le cas du procédé de laminage avec mandrin. Au total, la précision résultante est assez basse, à savoir d'environ 12,5% par rapport à l'épaisseur nominale de paroi. En outre, lorsqu'on utilise un laminoir de tubes continu à cages multiples dans lequel la barre à mandrin est retenue dans son mouvement axial relatif au cours de laminage d'un tube par le laminoir à mandrin, il est nécessaire d'utiliser un équipement séparé tel qu'un laminoir d'extraction dans une position située en aval du laminoir de tube afin d'ex- traire le tube laminé de laminage, et habituellement on utilise un laminoir d'ex- traction du type chargé comportant trois cages ou plus. En conséquence, on rencontre l'inconvénient qu'il devient de plus en plus difficile d'exercer une force d'extraction suf- fisante lors d'une augmentation de la longueur du tube laminé, ce qui rend particulièrement difficile le laminage de tubes à paroi mince. En outre, le fait que la longueur de la table s'étendant du laminoir de tube jusqu'au poste suivant et jusqu'au dispositif de calibrage est augmentéeintroduit un autre inconvénient, à savoir qu'il est impossible d'empêcher l'apparition de difficultés telles qu'une augmentation de la 24965( longueur totale de la ligne de laminage et une diminution de la température de l'ébauche à cause de l'augmentation du temps de transfert jusqu'au dispositif de calibrage, de sorte qu'on est obligé d'intercaler un four de réchauffage entre le lami- noir de tubes et le dispositif de calibrage. L'invention a en conséquence pour but de fournir un procé- dé de fabrication de tubes d'acier sans soudure qui remplace, sous la forme d'un troisième procédé, les deux procédés connus mentionnés cidessus et qui remédie à tous les inconvénients rencontrés dans l'art antérieur. L'invention a également pour but de fournir un procédé perfectionné qui utilise comme laminoir de tubes un laminoir continu à mandrin et à cages multiples. L'invention a en outre pour but de fournir un procédé qui évite l'incorporation d'un laminoir d'extraction et d'un four de réchauffage et qui réduise la baisse de température en cours de laminage jusqu'au calibrage. En conséquence, conformément à un mode de mise en oeuvre de la présente invention, le procédé de fabrication de tubes d'acier sans soudure est conçu de telle sorte qu'un dispositif de calibrage soit relié au côté de sortie d'un laminoir contini à cages multiples du type à retenue de barre à mandrin de manière que le tube d'acier en train d'être laminé par le laminoir soit agrippé par le dispositif de calibrage et que ce tube soit extrait par le dispositif de calibrage de la barre à mandrin du laminoir de tubes pendant qu'il se produit simultanément un laminage du tube par le dispositif de cali- brage, de telle sorte qu'une contrainte de tension agisse sur le tube ou l'ébauche dans la partie comprise entre la sortie du laminoir de tubes et l'extrémité d'entrée du dispositif de calibrage. En conséquence, dans cette condition, la tension agissant sur l'ébauche est en relation continue avec la partie s'étendant du laminoir de tubes au dispositif de calibrage. Conformément à un autre mode de mise en oeuvre de l'inven- tion, le procédé est conçu de telle sorte que,- après qu'une billette de matière première chauffée a été percée et laminée par un laminoir de perçage Mannesmann à deux cylindres avec un rapport d'allongement pp c 3, l'ébauche est soumise au laminage par mandrin à l'aide d'un dispositif d'allongement à mandrin à trois cylindres et, pendant l'exécution d'un laminage de réduction d'épaisseur de paroi à l'aide d'un laminoir continu à cages multiples du type à retenue de barre à mandrin, un haut degré de réduction de diamètre extérieur est exercé sur l'ébauche pendant sa traction par un dispositif de calibrage relié au côté de sortie du laminoir de tubes avec une force minimale d'un ordre de grandeur suffisant pour extraire la barre à mandrin de l'intérieur de l'ébauche en train d'être laminée. Conformément à la présente invention, le laminoir de per- çage n'est pas obligé de produire une forte réduction dimension- nelle mais la réduction créée est telle que le rapport d'al- longement est inférieur à celui enregistré avec les procédés connus et le dispositif d'allongement comprend un laminoir à trois cylindres du type à barre à mandrin. La phase suivante de laminage est effectuée à l'aide d'un laminoir à cages mul- tiples du type à retenue de barre à mandrin et le dispositif de calibrage exerce sur le tube un fort degré de réduction de diamètre extérieur avec l'allongement minimal nécessaire, ce qui contribue à améliorer la précision dimensionnelle, en par- ticulier la précision d'épaisseur de paroi du tube à une valeur élevée d'environ 5%, et ce qui améliore notablement les pro- priétés de surface intérieure du tube du fait du laminage ef- fectué avec une barre à mandrin en deux stades, le produit final convenant parfaitement bien pour être utilisé comme tubage et comme gaine dans des puits de pétrole. Egalement, puisque les effets des différents laminoirs peuvent être combinés rationnellement de manière à permettre une mise en évidence des performances de ces laminoirs, il est possible de produire des tubes d'acier sans soudure de bonne qualité avec un haut rendement en utilisant comme matière première des billettes coulées de- façon continue et peu coûteuses et, en limitant au minimum l'allongement produit par le dispositif de calibrage, il est possible de réduire au minimum l'écart d'épaisseur sur toute la longueur ainsi que l'augmentation longitudinale d'épaisseur de paroi, le résultat final se traduisant par une amélioration très notable du rendement. En outre, conformément à la présente invention, le dispositif de calibrage est place juste en arrière du laminoir proprement dit, de sorte que le laminage de l'ébauche est effectué par deux laminoirs placés côté à côte, avec pour résultat que le dispositif de calibrage exerce une force suffisante pour ex- traire l'ébauche de la barre à mandrin pendant le fonctionne- ment du laminoir et que la longueur globale de l'installation est diminuée de plus de plusieurs dizaines de mètres, ce qui réduit le temps de passage entre les laminoirs et ce qui di- minue par conséquent la baisse de température, en éliminant l'obligation de réchauffer l'ébauche avant le calibrage et en contribuant grandement à l'économie d'énergie. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention se- ront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins an- nexés dans lesquels:- la Fig. 1 est une vue en perspective permettant d'expliquer les différentes opérations intervenant dans le procédé de fa- brication de tubes d'acier sans soudure; les Fig. 2a, 2b et 2c sont des diagrammes permettant d'ex- pliquer la relation fonctionnelle entre un laminoir de tubes et un dispositif de calibrage. Sur la Fig. 1, on a désigné par 1 un four de chauffage; une billette de matière première 2a est transformée en une ébauche creuse 2b par un laminoir de perçage Mannesmann 3 à deux cylindres. Le taux de réduction du laminoir de perçage 3 est choisi de manière que le rapport d'allongement 'ip de la billette soit inférieur à 3, de préférence compris entre 2,1 et 2,4, ce qui permet d'exploiter intégralement les caracté- ristiques particulières de ce type de laminoir de perçage pour effectuer le perçage et le laminage avec un haut decré de précision et avec un grand rendement en vue de la fabrica- tion de tubes ayant une épaisseur moyenne de paroi. Lorsque l'ébauche creuse 2b est transférée jusqu'à un dispositif d'allongement 4 à mandrin et à trois cylindres de façon que le processus de laminage s'effectue avec un rapport d'allon- gement pE = 1,5 à 1,8 par une barre à mandrin 5, on est assuré à la fois d'un haut degré de correction d'écart d'épaisseur pour le dispositif d'allongement à barre à mandrin et à trois cylindres et d'une amélioration des propriétés de surface intérieure des tubes grâce au laminage avec barre à mandrin. L'ébauche résultante 2c ayant passé au travers du dispositif d'allongement à trois cylindres 4 est introduite dans un la- minoir continu à cages multiples 6 du type à retenue de barre à mandrin, de telle sorte que l'ébauche 2c soit laminée jus- qu'à l'épaisseur de paroi désirée en établissant un grand rapport d'allongement ("iM pouvant atteindre 5 ou plus) du fait du laminage. Le laminoir 6 comprend une barre à mandrin 7 dont un mouvement axial autre que la course nécessaire pour le laminage est empêché-à son extrémité de queue par un mécanisme de retenue 9, de manière qu'il soit possible de laminer un produit long à l'aide de la barre à mandrin 7 relativement courte et que les vitesses relatives de la barre à mandrin 7 et de l'ébauche 2c soient maintenues constantes dans la direc- tion longitudinale du tube, en empêchant ainsi de fortes variations de la condition de laminage et en réduisant l'écart d'épaisseur longitudinal. On améliore évidemment les propriétés de surface intérieure de l'ébauche. Le laminoir continu 6 est suivi par un dispositif de cali- brage 8 de manière que, lorsque l'ébauche 2c qui est en train d'être laminée par le laminoir 6, une partie laminée 2d de l'ébauche 2c soit tirée par le dispositif de calibrage 8, avec allongement modéré, et qu'une force agisse par conséquent de façon à faire sortir la partie d'ébauche 2d de la barre à mandrin 7. Il en résulte que, dans le laminoir 6, il n'est plus nécessaire de maintenir, comme dans l'art antérieur, un jeu important entre la barre à mandrin 7 et la surface inté- rieure de l'ébauche dans la zone finale de laminage située à proximité de son extrémité de sortie, de sorte que le laminoir 6 opère dans des conditions de laminage qui réduisent au mini- mum l'écart d'épaisseur circonférentiel et qu'il est possible de produire des tubes à paroi mince. Le dispositif de calibrage 8 exerce un haut degré de réduction de diamètre extérieur en produisant l'allongement minimal mentionné ci- dessus, ce qui est suffisant pour permettre l'extraction de l'ébauche 2d par rapport à la barre à mandrin 7, les conditions étant réglées de manière que le rapport d'allongement ps prenne une valeur com- prise entre environ 1,1 et 1,3. En maintenant ainsi l'al- longement à une faible valeur, il est possible de produire des tubes ayant différents diamètres extérieurs à partir de la même ébauche creuse, tout en établissant un haut degré de précision dimensionnel, et il est également possible de produire des tubes de même diamètre avec un écart d'épais- seur réduit sur toute la longueur. Dans le tabLeau suivant, on a donné à titre d'exemple, une liste détaillée des valeurs des paramètres opératoires, enregistrées pour le procédé de fabrication de tubes d'acier sans soudure selon l'invention et pour les procédés connus. TABLEAU Procédé Procédé Procédé Procédé classique classique selon selon (laminage (laminoir l'invention L'invention par mandrin poussant) A B Billette de matière Diamètre extérieur (rrmn) 170 175 215 260 première. première. Poids unitaire (kg/m) 178 189 285 417 Diamètre extérieur à la sortie (rmm) 176 185 220 265 Dispositif de perçage (Mannesmann à 2 cylindres). Epaisseur de paroi àla sortie (mmn) 16,0 18 27 31 Poids unitaire (kg/m) 63 74 129 179 Rapport d'allongement (lp) 2,82 2,56 2,21 2,33 Diamètre extérieur à la sortie (m) 200 190 235 Dispositif d'allongement _ (du type à mandrin et à Epaisseurde paroi à la sortie (mm 9 18 22 3 cylindres dans Les Poids unitaire (kg/m) 42 76 116 procedes selon l'invention A et B). Rapport d'allongement (pE) 1,76 1,7 1,54 Diamètre extérieur a la sortie (m) 148 Laminoir avec mandrin.Epaisseurdeparoi à la sortie (mo) 4,0 _ _ _ Laminoir avec mandrin.. Poids unitaire (kg/m) 14 Rapport d'allongement (pm) 4,5 Diamètre extérieur à la sortie (mm) 193 Laminoir poussant. Epaisseur de paroi à la sortie (mmn) _.. 6._. Poids unitaire (kg/m)28 t______ DRapport d'allongement (pp_)...1,5....___ e..... e Q e TABLEAU (suite) Procédé Procédé Procédé Procédé classique classique selon selon (laminage (laminoir L'invention l'invention par mandrin) poussant) A B Diamètre extérieur à la sortie (mm) 155 195 Laminoir continu à cages Epaisseur deparoi à la sortie (mm) 4,0 5,7 multiples du type à retenue Poids unitaire (kg/m) - 15 27 de barre. Rapport d'allongement (iM) 5,06 4,3 Diamètre extérieur à la sortie (mm) 114,3 Epaisseur de paroi à la sortie (mm) 4,5 Réducteur. Poids unitaire (kg/m) 12 Rapport d'allongement (PR) 1,17 Diamètre extérieur à la sortie (mm) 200 Epaisseur de paroi à la sortie(mm) 5,6 Enrouleur. Poids unitaire (kg) Poids unitaire (kg/m) 25 12 25 Rapport d'allongement ()1,08 1,25 1, 12 , 04 Diamtre extérieur a la sortie (mm) /177,8 114,3 177,8 Calibreur. Epaisseur de paroi a la sortie (mmw) /5,87 4,5 5,87 Poids unitaire (kg/m) /25 12 25 Rapport d'allongement (.),0125,2 s N 0o. tn ou LM Comme le montre le Tableau, la présente invention permet à la même ligne d'effectuer le laminage et le conditionnement à la fois des tubes de petit diamètre extérieur de 114,3 mm produits par le procédé classique de laminage avec mandrin et les tuyaux de grand diamètre extérieur de 177,8 mm produits par le procédé classique de laminage en poussée et le procédé selon l'invention doit être considéré comme un procédé très efficace permettant la fabrication de tubes de dimensions comprises entre celles des procédés classiques. Egalement, à la différence du rapport total d'allongement de 14,8 cor- respondant au procédé classique de laminage avec mandrin et au rapport de 7,56 correspondant au procédé classique de laminage en poussée, les procédés A et B selon l'invention permettent d'obtenir des rapports d'allongement de 23,7 et 16,7, qui sont respectivement égaux à peu près au double des rapports des procédés classiques correspondants. En conséquence, le rapport de travail laisse une grande marge, de sorte qu'il est possible de réduire la plage dimensionnelle de la matière première et, en particulier, la présente invention convient bien pour la fabrication de produits de diverses dimensions à partir de billettes coulées de façon continue. En outre, la billette est traitée de façon continue sans être soumise à un réchauffage intermédiaire et cela permet par conséquent de réduire au minimum les pertes thermiques. Les Fig. 2a, 2b et 2c mettent en évidence dans l'ordre réel les conditions rencontrées dans le laminoir à tubes 6 et le dispositif de calibrage 8 pendant l'opération de laminage. Plus spécifiquement, la Fig. 2 montre les conditions existant avant le début de l'opération de laminage, et la Fig. 2b met en évidence les conditions existant pendant l'opération de laminage. La Fig. 2c met en évidence les conditions existant après que l'ébauche a franchi le laminoir à tubes. Sur les figures, on a désigné par 6 le laminoir con- tinu à cages multiples, et par 7 la barre à mandrin dont un mouvement axial autre que la course nécessaire pour le laminage est arrêté à son extrémité arrière par le mécanisme de retenue 9. On a désigné par 8 le dispositif de calibrage du type à cylindres qui suit immédiatement le côté de sortie du laminoir continu 6, et il est prévu entre l'extrémité de sortie de ce 1l laminoir 6 et l'extrémité d'entrée du dispositif de calibrage 8 un détecteur de tension 10 pour mesurer la tension entre les laminoirs. Comme indiqué sur la Fig. la, la barre à mandrin 7 étant insérée en position, l'ébauche creuse 2c est entraînée vers le côté d'entrée du laminoir continu 6 de manière que cette ébauche 2c soit soumise successivement à un profilage par les cages respectives du laminoir continu 6 jusqu'à son ex- trémité de sortie. Pendant l'opération de laminage, la barre à mandrin 7 est maintenue à son extrémité arrière par le mécanisme de retenue 9 et le laminage est effectué pendant que cette barre à mandrin 7 est retenue. L'ébauche laminée 2d sortant de l'extrémité de sortie du laminoir continu 6 est directement transférée dans la cage d'entrée du dispositif de calibrage 8, de sorte que la partie extrême avant 2d de l'ébauche creuse 2c est simultanément soumise à une réduction dimensionnelle pendant que la partie d'ébauche 2c est en train d'être laminée par le laminoir continu 6. La Fig. 2c montre la partie d'ébauche 2c, la partie d'ébauche 2d et un tube calibré 2e (il est inutile de préciser que les parties précitées constituent des parties d'un seul tube) et, en outre la figure montre la disposition de la barre à mandrin 7 par rapport aux laminoirs respectifs dans la condition décrite. Dans cette condition, si une contrainte de compression est exercée sur la partie d'ébauche 2d se trouvant entre la sortie du laminoir continu 6 et l'entrée du dispositif de calibrage l'ébauche est déformée. En conséquence, pendant le contrôle de la tension entre les laminoirs par le détecteur de tension , la vitesse des cylindres est répartie de telle sorte qu'une force de tension ayant tendance à produire un allonge- ment soit engendrée dans le dispositif de calibrage 8 et par conséquent qu'une contrainte de tension soit toujours exercée. Cependant, dans ce cas, si une contrainte de tension excessivE est appliquée, quand l'extrémité de queue de l'ébauche passe dans la cage de sortie du laminoir continu 6 comme indiqué sur la Fig. 2c, l'épaisseur de paroi est notablement augmentée dans la partie extrême de queue de l'ébauche entre les laminoi Il en résulte qu'il est préférable de limiter la distribution de vitesse de telle sorte que la vitesse périphérique des cylindres de la cage d'entrée du dispositif de calibrage soit supérieure de plusieurs pourcents à celle de la cage de sortie du laminoir continu. Bien entendu, la présente invention-n'est nullement limi- tée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 1Z3 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de tubes d'acier sans soudure, caractérisé en ce qu'une ébauche percée qui est en train d'être laminée par un laminoir à tubes (6) à cages multiples du type à retenue de barres à mandrin est agrippée par un dispositif de calibrage (8) placé en aval de la sortie du laminoir à tubes et en ce que ladite ébauche percée en train d'être laminée est ensuite extraite par ledit dispositif de calibrage d'une barre à mandrin (7) dudit laminoir (6) de manière qu'une contrainte de tension agisse sur ladite ébauche percée (2d) s'étendant entre lasortie du laminoir à tubes et une entrée du dispositif de calibrage pendant que s'effectue simultanément un laminage de ladite ébauche par ledit laminoir à tubes (6) et par ledit dispositif de calibrage (8). 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la tension existant dans le tube entre la sortie du laminoir à tubes (6) et l'entrée du dispositif de calibrage (8) pour contrôler ladite contrainte de tension. 3.- Procédé de fabrication de tubes d'acier sans soudure,' caractérisé en ce qu'on perce et on lamine (2) une billette de matière première chauffée avec un rapport d'allongement lip l'intérieur de ladite ébauche laminée (2d). 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réduction est distribuée de telle sorte que le rapport d'allongement pp dudit laminoir de perçage (2) soit compris entre 2,1 et 2,4. 5.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif d'allongement (4) effectue le laminage avec barre à mandrin avec un rapport d'allongement pE compris entre environ 1,5 et 1,8. 6.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réduction est distribuée de manière que ledit disposi- tif de calibrage (8) établisse un rapport d'allongement pS compris entre environ 1,1 et 1,3.