Brevet FR2530264A1 — publié le 19840120

La présente invention concerne un procédé permettant d'accroî- tre la résistance à la corrosion fissurante d'éléments allongés, en particulier d'éléments métalliques allongés formés par étirage à froid, ainsi que les produits obtenus par ce procédé. On sait que certains métaux sont sensibles à la corrosion fissurante, lorsqu'ils sont exposés à certains milieux corrosifs aqueux, notamment des milieux aqueux contenant de l'hydrogène sulfuré en étant simultanément soumis à des contraintes de traction, leur sensibilité à la corrosion fissurante étant d'autant plus grande que ces contraintes sont plus élevées. En particulier, ce type de corrosion se rencontre avec les aciers au carbone étirés à froid dont la dureté après étirage dépasse la valeur 22 Rockwell C, ce qui est le cas des aciers à haute teneur en carbone. En revanche, les aciers d'une dureté inférieure à la valeur- limite indiquée ci-dessus ne sont pas sensibles à la corrosion fissurante en milieu aqueux contenant de l'hydrogène sulfuré. Une composition typique d'aciers susceptibles de subir ce type de corrosion est, par exemple,: C = 0,84 %; Mn = 0,575 %; Si = 0,174 % S = 0,008 %; P = 0,017 %. De tels aciers subissent un traitement de trempe dit "paten- tage" et sont ensuite étirés et mis en forme à froid. Un exemple de caractéristiques mécaniques ainsi obtenues est le suivant: résistance à la traction: 1 360 M Pa, limite élastiques à 0,2 % 1 28 OM Pa. Une application importantemais non exclusive,de l'invention réside dans la protection contre la corrosion fissurante d'éléments métalliques allongés destinés à être enroulés hélicoidalement pour former les armatures de conduites flexibles ou câbles L'expérience montre, en effet, que dans certaines conditions d'utilisation, notamment au contact de milieux agressifs, tels que l'eau de mer, les armatures peuvent être endommagées par la corrosion fissurante, entrainant la rupture de la conduite flexible ou du cable. On connait déjà, notamment par le brevet français 1 426 113, le brevet britannique 1 054 979 et le brevet allemand 1 227 491 des procédés pour améliorer la résistance des métaux à la corrosion, dans lesquels on soumet ces métaux à des traitements mécaniques superficiels à froid, tels que sablage, grenaillage, galetage, emboutissage, marte- lage et brunissage L'amélioration ainsi obtenue est due à une mise en compression du métal (écrouissage) au voisinage de sa surface Cependant, la profondeur de métal affectée par ces traitements reste faible et est généralement limitée à 0,1 millimètre (Avec un grenaillage intense, on peut atteindre une épaisseur de 0,2 mm). Cette profondeur de traitement obtenue par les procédés anté- rieurs est insuffisante, car la résistance à la corrosion fissurante ainsi obtenue sur une faible épaisseur n'empêche pas la corrosion géné- ralisée du métal Celle-ci détruit peu à peu la couche superficielle mise en compression par le traitement préalable et la sensibilité du métal à la corrosion fissurante réapparaît alors. L'objet principal de l'invention est de réaliser une protection des métaux contre la corrosion fissurante sur une épaisseur nettement supérieure à celle obtenue avec les procédés antérieurs. Le procédé selon l'invention qui permet d'accroître la résis- tance d'un élément allongé à la corrosion fissurante, est caractérisé en ce que l'on soumet au moins les faces principales de chaque portion de l'élément allongé devant être exposée à la corrosion, préalablement à la mise en service de cet élément, à une série de flexions dans laquelle on inverse successivement le sens de la courbure de l'élément. Selon un mode particulièrement avantageux de réalisation de l'invention, on effectue ladite série de flexions en faisant défiler l'élément allongé entre des galets disposés en chicane Si l'on consi- dère trois galets successifs entre lesquels défile l'élément allongé, on h h choisira 0,02 mesurant l'abaissement du point le plus bas du galet intermédiaire au- dessous du plan tangent aux deux autres galets en leur point le plus haut, et 2 d étant la distance séparant les centres de ces deux autres galets. L'invention concerne également les produits ainsi obtenus et notamment un élément allongé métallique résistant à la corrosion fissurante présentant une distribution des contraintes internes telles que, dans une direction perpendiculaire à la paroi de cet élément,ou tout au moins aux parois principales correspondant à la plus grande dimension de la section droite, de cet élément, le métal présente successivement une zone à l'état comprimé, une zone neutre, puis une zone en tension, caractérisé en ce que ledit élément a été prétraité par flexions alternées de façon que l'épaisseur de la zone de compression soit au moins égale au tiers de la distance entre la paroi et l'axe de l'élément. Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont décrits ci- après en se référant aux dessins annexés, o la figure 1 illustre des résultats d'essais effectués sans appliquer le procédé selon l'invention, la figure 2 montre un type d'appareil permettant d'effectuer le traitement selon l'invention, la figure 2 A est un schéma permettant de préciser les conditions de mise en oeuvre de la présente invention, la figure 3 illustre les résultats obtenus après application de ce traitement;néc inique préalable, re Qpotçtivcozont les figures 4 et 5 montrent/,a titre comparatif, des résultats obtenus lors d'un autre test avec des fils ayant subi un traite- ment comportant des flexions alternées de plus faible amplitude, et des fils ayant subi un simple grenaillage, la figure 6 montre, à titre comparatif, la répartition des contraintes dans l'épaisseur d'un fil brut et dans l'épaisseur d'un fil ayant subi divers traitements mécaniques. Comme illustré par la figure 2, dans-le procédé selon l'invention permettant d'accroître la résistance à la corrosion fissurante d'un élément allongé formé par étirage à froid, on fait défiler l'élément 1 entre des galets 2 disposés en chicane. La figure 2 illustre schématiquement deux trains de galets successifs 3 A et 3 B respectivement. Dans chaque train de galets, les galets 2 sont portés par des couples de bâtis (bâtis 4 A, 5 A et 4 B, 5 B) Des vérins 6 A et 6 B permettent de rapprocher les bâtis 4 A et 4 B des bâtis 5 A et 5 B respectivement. Plus particulièrement, le traitement préalable selon l'invention pourra être réalisé en faisant défiler l'élément allongé entre des galets disposés en chicane tels que, si l'on considère trois galets successifs, on ait: 0,02 les axes de ces deux autres galets (Fig 2 A). On choisira avantageusement 0,06 Comme représenté sur la figure 2, il pourra être avantageux de faire suivre le premier train 3 A de galets en chicane réalisant le traitement selon l'invention, d'un second train de galets 3 B, dans lequel le rapport lest en général plus faible (par exemple de l'ordre de 0,005 à 0, 08), le train 3 B constituant alors un train de finition réalisant un redressage du fil, de façon que le fil sorte sensiblement rectiligne de ce second train de galets. h Dans chaque train de galets A et B, le rapport-5 pourra âtre sensiblement constant, ou être réglé de façon, par exemple, à âtre croissant de l'entrée vers la sortie du train de galets, tout en restant dans les limites fixées ci-dessus. Si nécessaire, on effectuera plusieurs passages de l'élément 1 à travers les trains de galets, ou l'on utilisera plus de deux trains de galets en série. 2 2530264 La sensibilité à la corrosion fissurante d'éléments métalli- ques allongés est appréciée de la façon suivante: l'élément allongé est placé de façon à reposer sur deux points d'appui fixes, tandis qu'un troisième point d'appui, placé entre les deux premiers, peut être déplacé progressivement pour communiquer une courbure à l'élément allongé La face convexe de l'élément ainsi courbé se trouve alors mis en tension. La tension n'est pas mesurée réellement: on se contente de noter la flèche f prise par l'élément allongé Cette flèche est exprimée en millimètres; les deux points d'appui extrêmes étant, par exemple, distants de 100 mm. L'élément étant ainsi placé sous tension, on l'immmerge dans de l'eau de mer synthétique désaérée préparée suivant la norme ASTM D 1141 et saturée d'hydrogène sulfuré On opère à 16-20 'C et on note le temps t en heures au bout duquel la fissuration se produit. TEST No 1 Ce test est réalisé sur des éléments qui n'ont pas été soumis au traitement selon l'invention (fils bruts) Ces éléments sont des fils plats d'acier dont la section droite est rectangulaire, de dimensions 6 X 3 mm. La figure 1 montre les résultats obtenus: les cercles noirs correspondent à des fils bruts rompus et les autres à des fils bruts non rompus. Pour des flèches supérieures à 7 mm les éléments se fissurent en quelques heures Pour les flèches inférieures la durée de vie augmente rapidement et on note que pour des flèches de 5 mm des éléments ne sont pas rompus au bout de 100 heures La durée de vie indéfinie-doit se situer vers des flèches un peu inférieures à 5 mm Il s'agit d'un acier à 0,78 % de carbone dont les caractéristiques sont les suivantes: charge de rupture 1 485 M Pa, limite élastique à 0,2 % 1 280 M Pa La flèche 5 mm correspond à peu près à 74 % de la limite élastique La durée de vie indéfinie serait donc obtenue vers 70 % de la limite élas- tique. 6 2530264 MOELIORATION DE LA RESISTANCE DES FILS PAR APPLICATION DU PROCEDE SELON L'INVENTION TEST No 2 On fait passer les éléments allongés 1 identiques à ceux uti- lisés dans le test N O 1 dans un appareil capable de leur faire subir en continu par défilement, une série de flexions en sens opposés grâce à des éléments de déformation et de guidage 2 (galets) disposés en chi- cane, comme illustré sur la figure 2 (h = constante = 0,18 dans le pre- mier train 3 A de galets et ld variant de la valeur 0,06 à l'entrée à la valeur 0,03 à la sortie dans le second train 3 B de galets). Lors de ce traitement, les éléments allongés 1 sont disposés de façon que leurs faces principales, correspondant à la plus grande dimension de leur section droite, soient au contact des galets. Après ce traitement, la résistance des éléments allongés est nettement accrue, comme le montre la figure 3 o les cercles noirs représentent des fils rompus et les autres cercles des fils non rompus. La durée de vie indéfinie serait -encore conservée pour des flèches atteignant presque 10 mm, ce qui correspond à une contrainte à peu près égale à 100 % de la limite élastique. TEST No 3 La figure 4 donne les résultats obtenus pour un élément iden- tique à ceux utilisés dans les tests N O 1 et 2, après passage dans un appareil tel que décrit dans le test N' 2, mais avec un rapport h = 0,015 d dans le premier train et h = 0,004 dans le deuxième train On note une d légère amélioration par rapport au test N O 1 la durée de vie indéfinie serait conservée pour des flèches atteignant 6 mm, dont très inférieures à celles atteintes dans le test N O 2. TEST No 4 La figure 5 donne les résultats obtenus pour un élément iden- tique à celui du test N O 1, mais ayant subi un grenaillage d'intensité 12 Almen A sur les deux faces principales On note une légère amélioration par rapport au test N O 1, la durée de vie indéfinie serait conservée comme dans le test N O 4 pourdes flèches atteignant 6 mm environ, donc très inférieures à celles atteintes dans le test N O 2. La figure 6 montre, à titre comparatif, la répartition des contraintes dans l'épaisseur d'un fil brut, dans celle d'un fil soumis à un simple grenaillage et dans des fils ayant subi un traitement par flexions alternées. Un fil plat d'acier à 0,84 % de carbone (dimensions de la sec- tion droite 6 X 3 mm) a été préparé par patentage (trempe spéciale) de fil machine. On détermine les contraintes dans le fil en fonction de la distance à la surface du fil, la valeur S de la contrainte mesurée étant exprimée en Mégapascal et portée en ordonnée sur le graphique (valeur positive pour une contrainte de tension et négative pour une contrainte de compression) et l'absisse d représentant la profondeur dans le métal (en mm) comptée à partir de la surface du fil, vers son axe longitudinal de symétrie X'X. La méthode utilisée pour déterminer les contraintes dans le fil a été la méthode dite "de la flèche", ou "curvature method", bien connue des spécialistes de la métallurgie et décrite par exemple dans le numéro 31 de septembre 1977, pages 12 et suivantes, du bulletin trimes- triel "Les Mémoires Techniques du C E T I M ", étité par le Centre Technique des Industries Mécaniques. La courbe 9 de la figure 6 montre que dans un fil brut la couche superficielle est en tension, tandis que les contraintes de com- pression se rencontrent à coeur. ? 530264 On fait subir à ce même fil un grenaillage d'intensité 12 Almen A sur lesdeux faces principales On voit sur la figure 6 (courbe ) que des contraintes de compression ont été induites dans le métal jusqu'à une profondeur de 0,2 millimètre à partir de sa surface externe. On a-également pratiqué sur un autre échantillon du-même fil un traitement mécanique de flexions alternées selon l'invention en le faisant défiler entre deux trains de sept galets disposés en chicane, le h rapport T dans le premier train est constant et égal à 0,18 et varie de 0,06 à l'entrée du deuxième train de galets à 0,03 en sortie Les galets ont 52 cm de diamètre, h mesure l'abaissement du point le plus bas du galet intermédiaire au-dessous du plan tangent aux deux autres galets en leur point le plus haut, et 2 d est la distance séparant les centres de ces deux autres galets. La courbe Il de la figure 6 montre que le traitement selon l'invention a permis de créer des contraintes de compression dans le métal sur une épaisseur de près de 1,1 millimètre à partir de chaque face de ce fil plat de 3 millimètres d'épaisseur, c'est-à-dire, dans une zone représentant plus des 2 de l'épaisseur du fil, les contraintes de traction se trouvant reportées à coeur, au voisinage immédiat de l'axe de symétrie X'X. Le fil ainsi traité selon l'invention présente une grande résistance à la corrosion fissurante. Un autre échantillon du même fil a été soumis à un traitement mécanique de flexions alternées en dehors des limites h définies plus haut Le rapport h dans le premier train de galets a été fixé à 0,015 dans le premier train-de galets et à 0,004 dans le-deuxième train de galets La courbe 12 de la figure 6 montre que ce traitement n'a permis de créer des contraintes de compression que sur une épaisseur de 0,2 mm à partir de ce fil plat de 3 millimètres d'épaisseur. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé permettant d'accroître la résistance d'un élément allongé à la corrosion fissurante, caractérisé en ce que l'on soumet au moins les faces principales de chaque portion de l'élément allongé devant être exposée à la corrosion, prélablement à sa mise en service, à une série de flexions dans laquelle on inverse successivement le sens de la courbure de l'élément. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue ladite série de flexions en faisant défiler l'élément allongé entre des galets disposés en chicane. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, si l'on considère trois galets successifs entre lesquels défile l'élément allon- gé, on a 0,02 h mesurant l'abaissement du point le plus bas du galet intermédiaire au- dessous du plan tangent aux deux autres galets en leur point le plus haut, et 2 d étant la distance séparant les centres de ces deux autres galets. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport d est compris entre 0,06 et 0,20. 5 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on fait défiler l'élément allongé successivement à travers un premier train de galets disposés en chicane, puis à travers au moins un second train de h galets disposés en chicane dans lequel le rapport hd est plus faible que dans le premier train de galets. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un second train de galets dans lequel le rapport d est compris entre 0,005 et 0,08. 7 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait défiler l'élément allongé à travers au moins un train de galets dans lequel le rapport d est sensiblement constant. 8 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait défiler l'élément allongé à travers au moins un train de galets dans lequel le rapport h croit de l'entrée à la sortie du train de galets. 9 Elément allongé métallique résistant à la corrosion fissurante, présentant une distribution des contraintes internes telles que, dans une direction perpendiculaire à la paroi de cet élémentou tout au moins aux parois principales correspondant à la plus grande dimension de la section droite de cet élément, le métal présente successivement une zone à l'état comprimé, une zone neutre, puis une zone en tension, carac- térisé en ce que ledit élément a été prétraité par flexions alternées de façon que l'épaisseur de la zone de compression soit au moins égale au tiers de la distance entre la paroi et l'axe de l'élément.