Brevet FR2582674A1 — publié le 19861205

Procédé de production de tube à haute résistance mécanique pour puits de pétrole soudé électriquement. La présente invention concerne un procédé pour la production des tubes à haute résistance pour puits de pétrole soudés électriquement. Avec les profondeurs croissantes à forer pour le pétrole et le gaz il s'est produit une demande accrue pour des tubes de forage à haute résistance. Cette demande est difficilement satisfaite par l'utilisation de tubes à haute résistance obtenus sous la forme de tubes sans soudure qui ont été soumis à une trempe et à un revenu. Toutefois, plus récemment, un tube de forage à haute résistance a été fabriqué par un procédé qui consiste à soumettre un tube soudé électriquement à une trempe à l'eau et à un revenu. Un tel tube soudé électriquement est moins onéreux qu'un tube sans soudure mais présente certains inconvénients qui sont les suivants: (1) Le grain plus fin produit par un laminage contrôlé et un refroidissement contrôlé, un avantage du tube soudé élec- triquement, ne peut être complètement utilisé. (2) L'accroissement de la résistance mécanique par des éléments du type à précipitation tels que Nb, V ou Ti, un autre avan- tage du tube soudé électriquement, ne peut être utilisé. (3) Du fait que la précision dimensionnelle, un autre avantage du tube soudé électriquement, est affectée de façon défavorable par la trempe, un dressage et une égalisation sont nécessaires. Ainsi, un inconvénient de l'art antérieur est que la production du tube de forage à haute résistance en soumettant un tube soudé électriquement à la trempe et au revenu supprime tous les avantages inhérents au tube soudé électriquement. Le but principal de la présente invention est de fournir un procédé pour la production d'un tube d'acier soudé électri- quement pour les forages qui présente une résistance excellente au flambage sous pression et à l'attaque par les gaz acides. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé pour la production d'un tube soudé électriquement pour puits de pétrole qui présente une bonne régularité de la section et qui soit bien droit. Ces buts et d'autres buts de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec réfé- rence au dessin qui est un graphique montrant la relation entre la température de bobinage et la limite élastique. La composition fondamentale de l'acier de la présente invention comporte 0,08 - 0,26% de C en poids ("l'indication en poids" sera omise ci-après), 0,8 - 1,9% de Mn, 0,5% ou moins de Si, le reste étant du fer et les impuretés inévitables et un autre acier avec un ou plusieurs éléments ajoutés choisis dans le groupe constitué par 0,05% ou moins de Nb, 0,05% ou moins de V, 0,03% ou moins de Ti et 0,0020% ou moins de B. Les conditions en ce qui concerne les éléments constituant de la présente invention seront maintenant décrites. C est important pour obtenir la résistance à la traction néces- saire et comme tel il doit être présent sous une quantité d'au moins 0, 08%. Toutefois, il ne doit pas dépasser 0,26% de C parce que lorsque la quantité de C s'accroit, la différence dans la dureté structurelle entre les parties soudées et le métal d'origine s'accroît même si seule la zone soudée est trempée et si la totalité du tube soudé électriquement est soumise à revenu après que la soudure ait été achevée. L'addition de 0,8% ou plus de Mn est également essentielle pour assurer la résistance à la traction requise et elle est également efficace pour rendre plus fin le grain de ferrite mais lorsque Mn dépasse 1,9%, la ductibilité et la ténacité sont détériorées et de ce fait la gamme spécifique de Mn est 0,8 - 1,9%. Si est également nécessaire pour assurer la résistance à la traction nécessaire, mais si il y a plus de 0,5% de Si, la fréquence de la production d'oxyde au soudage devient élevée et, de ce fait, la gamme spécifique de Mn est O,10 - 0,5%. Un élément de précipitation tel que Nb, V ou Ti est ajouté à l'acier afin d'assurer la résistance mécanique nécessaire. Ceux-ci sont également des éléments efficaces pour améliorer la limite élastique par suite de la résistance à la précipita- tion plus élevée dans le grain de ferrite et de l'affinage du grain de ferrite. En conséquence, un, deux ou plusieurs éléments sont ajoutés dans la valeur limite de la solution solide. La valeur limite des éléments est 0,05% de Nb, 0,05% de V et 0,03% de Ti. De plus, B est un élément efficace pour améliorer la trempabilité de l'acier mais lorsque B dépasse 0,0020% il produit un accroissement de la teneur en composés carbonitrurés nuisibles, de ce fait B ne doit pas excéder 0,0020%. De plus, l'acier de la présente invention est désoxydé en utilisant de l'aluminium et la quantité usuelle d'Al reste dans celui-ci. Les billettes peuvent être produites par production d'un lingot, par mises en brames,par coulée en continu ou similaire mais, en ce qui concerne la production d'un grain fin, la coulée en continu est la plus avantageuse. On décrira ci-après, les conditions de refroidissement suivant le laminage à chaud.Dans le but de tremper l'acier, le taux de refroidissement doit être aussi élevé que possible. En général, lorsque le tube est trempé, le refroidissement se produit seulement à partir de la surface extérieure du tube. La bobine chaude provenant du laminoir à chaud peut être soumise à un refroidissement sur les deux c8tés de celle-ci. En conséquence la présente invention est caractérisée en ce que la trempe de durcissement est plus facile qu'avec un tube. Conformément à la présente invention la trempe est effectuée à partir de la phase de non recristallisation du grain austéni- tique pour affiner le grain de ferrite et, de ce fait, elle est effectuée à environ 850 C. Outre le durcissement de la totalité du tube, la trempe de 2582674 durcissement de la présente invention est caractérisée en ce qu'une structure homogène très fine peut être obtenue, le réchauffage du tube soudé électriquement n'est désormais plus requis et, de plus, le grain fin résultant du procédé de laminage à chaud peut être utilisé directement. Le laminage contrôlé est effectué dans le procédé de laminage à chaud pour produire un grain très fin et de ce fait il est très bénéfique. Comme représenté dans la figure 1, la structure trempée peut être assurée de façon stable en bobinant la bande d'acier à une température qui ne dépasse pas 250 C. Si la bande d'acier est bobinée à une température audessus de 250 C, la structure trempée est adoucie par un effet d'auto-revenu et la résis- tance mécanique spécifiée ne sera pas maintenue. La contrainte résultant du formage de la bande en un tube soudé électriquement facilite le revenu ultérieur. En d'autres mots, la diffusion au cours du revenu est facilitée par la haute densité de dislocation résultant de la contrainte de formage du tube soudé électriquement et, de ce fait, c'est l'un des mérites de la présente invention que le revenu peut être effectué en une période de temps très courte. On décrira maintenant la zone soudée électriquement. Comme mentionné cidessus, lorsque la bobine d'acier a été soumise à la trempe seule la zone soudée perd sa structure trempée sous l'effet de la chaleur de la soudure électrique. Ainsi, conformément à la présente invention, seule la zone soudée est chauffée jusqu'à la température de transformation Ar3 ou audessus par le chauffage par induction électrique,ce qui a pour résultat de provoquer l'austénisation complete de l'acier et elle est alors soumise à la trempe dans l'état ci-dessus mentionné. A savoir, après chauffage des parties du tube jusqu'à une température de 900 C ou plus, o le tube peut être trempé, la totalité du tube est transformée en une structure durcie par la trempe. Ensuite, la totalité du tube est soumise à un revenu et la diffusion est accélérée par la contrainte de formage même après achèvement de la trempe de durcissement. Dans l'ensemble, la température du revenu est inférieure et la durée est plus courte que dans le cas d'un tube conventionnel. Ceci économise l'énergie, ce qui est une caractéristique de la présente invention. Conformément avec le procédé de production du tube soudé élec- triquement de la présente invention, le tube fabriqué est soumis à un revenu après le stade de formage, avec l'avantage que la bobine laminée à chaud n'est pas affectée, excepté dans les parties affectées par la chaleur de soudage du tube, de sorte que l'acier a une structure de grain très fine. Il est également possible d'utiliser complètement la résistance mécanique de précipitation assurée par l'addition de Nb et similaires et sans aucune détérioration résultant de la trempe de la précision dimensionnelle du tube. A savoir,avec le procédé de trempe et de revenu conventionnel appliqué à l'ensemble du tube, la structure à grain fin obtenue par le laminage à chaud est transformée en une structure à grain grossier par le réchauffage jusqu'à la température de transformation A3 ou au-dessus. De plus la précipitation fine de Nb et similaire perd son avantage d'accroître la résistance mécanique de précipitation en raison du grossissement du grain par aggrégation résultant du stade de réchauffage mis en oeuvre. De plus, le durcissement effectué sur la totalité du tube provoque une perte de régularité de la section et de la recti- tude du tube de sorte qu'un stade de redressement et de régula- risation est nécessaire. 7 2582674 Puisque la constance de la section et la rectitude du tube sont ainsi détériorées par le revenu conventionnel du tube, ces stades correcteurs sont nécessaires pour obtenir la pré- cision requise après le revenu et il se produit alors l'effet Bauschinger et autres effets indésirables analogues. Cependant, du fait que, dans la présente invention,le stade de formage est effectué à la dimension spécifiée après la trempe, de tels problèmes ne se posent pas. De plus, la température de revenu est inférieure et la durée est plus courte que dans le cas du procédé conventionnel en raison de la diffusion accélérée résultant de la contrainte de formage. Par comparaison du tube conventionnel fabriqué en soumettant la totalité du tube à une trempe et à un revenu, le tube produit par le procédé de la présente invention a une structure de grain fine qui lui donne résistance au flambage et à l'attaque par les gaz acides et il peut être produit à un faible prix et avec un bon rendement. En conséquence la présente invention est bénéfique pour l'industrie sidérurgique. EXEMPLE Un essai a été effectué sur des tubes échantillons ayant des dimensions de 178 x 9,2 mm qui comportaient un tube conven- tionnel et un tube conforme à la présente invention. Les conditions et les résultats de l'essai sont indiqués dans le Tableau 1. Le tube produit par le procédé de la présente invention présente des valeurs excellentes en ce qui concerne la résistance à la pression de flambage et la résistance à l'attaque par les gaz acides. Tableau 1 Echan-. l. ..Temp, de Trempe en Trempe de tillon c | Mn Si Nb V TB bobinage bobine la soudure N (% en Doid (OC) (C) (C) 01 010 132, 0,15 0041 0015 00015 250 820 900 02 0 24 1 85 0,19 200 810 920 03 0 03 0X,20 1,15 0,17 0,039 0,045 0>)011 200 790 900 04 0,18 1,60 0,20.- 0)018 0,0020 250 800 900 OS 010 1132 0,15 0)041 0.015 00015 200 820 - 06 0>24 1,85 0>19.. 250 810 oD 07 0,20 1,15 0,17 0,039 0,045 0,011 250 790 - (18 0,18 1,60 0,20 - 0>018 0,0020 250 800 - 09 0,10 132 0915 0041 0,015 00015 650 - 0,24 1,85 0119 -. . 650 I1 0,20 1,15 0,17 0,039 0,045 0,011 - 650 12 0 18 1160 0)20 - -O8 0>0020 650 13 0,23 1,25 0,15. 0,020 0>0010 700.0 14 0123 1,25 0,15 - 0,020 0>0010 700 0,25 1,40) 0,18 0,026 01,018 720() 16 0,25 1___2_ 0,18 1 0025 00(018 72(). 250 800u 09 O, I0 1132 O 15Oj 04 1 0,015 0,0015 c Tableau l (bis) EchanTrempe Revenu Limite Pression de Résistance aux Résistance aux tillon du tube du tube élastique flambage gaz acides gaz acides N ( C) ( C) 4 102 (métal de base) (soudure électriqu) Remarques N ( )(C)104kPa 102kPa 2 aPkPa 102kPa 01 -520 0 60 0 570 O 27,5 027,5 Le présçnte invention 02 - 520 0 67 0 580 O 29,45 026,35 03 - 550 0 65 0 580 0 29,45 0 29,45 04 - 530 0 63 0 560 0 29,45 027,5 520 O 61 O 570 O 29,45 X 12,4 comparaisonTubee _______________ ompara iso n G06 520 0 67 0 570 0 29,45 X 6,2 07 550 0 64 0 600 O 31 X 7,75 08 530 0 64 0 570 O 29,45 X 10,85 09 520 X 51 X 490 X 13,95 X 10,85 520 X 55 X 470 X 15,5 X 7,75 1 ' 550 X 52 X 490 X 12,4 X 9,3 12 - 530 X 53 X 480 X 13,95 X 10,85 13 900 600 0 60 0 520 0 18,6 X 17,05 14 900 620 057 0 500 0 18,6 018,6 900 600 0 62 0 530 0 18,6 0 18,6 16 900 620 0 60 0 520 0 20,15 021,7 Dimension du tube: 178 x 9,2 mm r La résistance aux gaz acides est mesurée par l'essai à la poutre fléchie du type Shell. o 0: bonneO: un peu meilleure X: mauvaise r -4 -2582674 Revendications 1. Un procédé de production de tube à haute résistance mécanique pour puits de pétrole soudé électriquement, caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un acier contenant 0,08 - 0,26% de C en poids, 0,8 - 1,9% de Mn en poids, 0,5% de Si ou moins en poids le reste étant Fe et les impuretés inévitables, à soumettre ledit acier à un laminage à chaud, à soumettre ledit acier laminé à chaud à une trempe,à bobiner ledit acier durci par trempe à une température qui ne dépasse pas 250 C, à former cet acier sous forme tubulaire, à souder ladite forme tubulaire par un procédé de soudage électrique, à réchauffer la zone affectée par la chaleur de soudage à une température de 900 C ou plus, à soumettre ledit tube à une trempe puis à soumettre la totalité du tube à un revenu. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit acier contient un, deux ou plusieurs éléments choisis dans le groupe constitué par 0,05% ou moins de Nb en poids, 0,05% ou moins de V en poids, 0,03% ou moins de Ti en poids, et 0,0020% ou moins de B en poids. 3. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone soudée électriquement est réchauffée à une température de 900 C ou plus par chauffage électrique par induction.