[0001] La présente invention est relative à la fabrication d'enceintes chaudronnées destinées
à travailler sous pression dans des conditions de risque de fissuration sous contrainte
engendrée par l'H
2S.
[0002] Dans l'industrie pétrochimique on utilise des enceintes chaudronnées pour traiter
des gaz ayant de fortes teneurs en H
2S. Ces enceintes qui travaillent sous pression et contiennent des gaz inflammables
posent des problèmes de sûreté importants qui sont résolus en appliquant des règles
de construction codifiées par différentes normes ou codes de construction, en particulier
la norme NACE MR 0175-97 et les codes du type du code ASME. L'H
2S, en particulier en présence d'humidité, engendre des risques de rupture par corrosion
sous contrainte, et la norme NACE définit des conditions de pression partielle d'H
2S pour lesquelles des règles particulières de constructions doivent être respectées
pour garantir la sûreté des installations. Ces règles de construction sont également
définies par la norme et s'imposent aux constructeurs.
[0003] D'une façon générale, la norme NACE MR 0175-97 impose que les matériaux doivent donner
des résultats satisfaisants lorsqu'ils sont soumis à des essais de fissuration en
présence d'hydrogène définis par la norme NACE TM 0177-90, et indique d'une façon
très générale les matériaux et les conditions de mise en oeuvre susceptibles de donner
satisfaction. Pour les enceintes chaudronnées, il est théoriquement possible d'utiliser
des aciers au carbone ou faiblement alliés, aussi bien à l'état normalisé qu'à l'état
trempé revenu, à condition que ceux-ci contiennent moins de 1 % de nickel et qu'ils
aient une dureté inférieure ou égale à 22 HRC. Si les enceintes ou leurs composants
ont été détensionnés, le détensionnement doit avoir été exécuté au dessus de 595 °C.
De plus, après assemblage par soudage des composants, les enceintes doivent être soumises
à un traitement thermique post-soudage à une température supérieure à 620 °C de façon
à obtenir une dureté inférieure ou égale à 22 HRC en tous points.
[0004] En général, les enceintes sous pression travaillant dans les conditions de risque
de fissuration sous contrainte engendrée par l'H
2S sont fabriquées en utilisant des aciers au carbone et au manganèse à l'état normalisé
dont la résistance à la traction garantie Rm ne dépasse pas 485 MPa. Il en résulte
des épaisseurs de paroi importantes et donc des poids élevés pour les équipements
ainsi construits. Le poids élevé est une gêne, notamment pour les équipements installés
sur les plates-formes marines.
[0005] Afin d'augmenter les caractéristiques mécaniques garanties, il a été proposé d'utiliser
les aciers au carbone et au manganèse à l'état trempé revenu. Mais ces aciers ne permettent
pas de garantir une résistance à la traction supérieure à 500 MPa ni une limite d'élasticité
supérieure à 400 MPa. De plus, ces caractéristiques ne peuvent être garanties que
pour des épaisseurs ne dépassant pas environ 80 mm.
[0006] On peut également utiliser des aciers à bas carbone micro alliés au vanadium ou au
niobium, obtenus par laminage contrôlé. Ces aciers permettent d'atteindre un niveau
de résistance à la traction garanti d'environ 550 MPa et un niveau de limite d'élasticité
garanti d'environ 450 MPa. Mais, d'une part ces aciers ne sont pas utilisables pour
fabriquer des pièces formées à chaud, d'autre part, ils ne sont applicables qu'à des
épaisseurs inférieures à 40 mm.
[0007] Certes, il existe bien des aciers faiblement alliés utilisés en chaudronnerie à l'état
trempé-revenu qui permettent d'obtenir des caractéristiques mécaniques de calcul plus
élevées, mais, ces aciers ne permettent pas de satisfaire aux conditions imposées
par la norme NACE. De plus, ils demandent des précautions de soudage qu'il n'est pas
toujours facile de respecter avec fiabilité sur les chantiers, notamment lorsqu'on
effectue des opérations de réparation. L'utilisation de ces aciers pour le type d'application
envisagé ici, engendrerait des risques de défauts dans les soudures, et, en conséquence,
des risques d'incidents graves.
[0008] Plus précisément, pour fabriquer des enceintes chaudronnées sûres, on doit choisir
des conditions de soudage adaptées, caractérisées notamment par une température de
préchauffage minimale et une énergie de soudage par unité de longueur minimale. Ces
conditions de soudage peuvent être synthétisées sous la forme d'un temps de refroidissement
entre 800°C et 500°C du cordon de soudure ou de la zone affectée par la chaleur de
soudage (comme cela est défini dans la norme NF A 36-000). Pour satisfaire au critère
de dureté maximale de 22 HRC, les inventeurs ont constaté que ce temps de refroidissement
doit être supérieur à une valeur critique qu'ils ont appelé « trc 800/500 » (qui sera
défini de façon plus complète plus loin), et qui est fonction de l'acier utilisé et
des contraintes imposées par les codes de construction. Le soudage est d'autant plus
délicat à réaliser avec fiabilité que cette valeur est élevée. Les aciers trempés
revenus utilisés en chaudronnerie ont un trc 800/500 (temps de refroidissement critique
entre 800°C et 500°C) supérieur à 10 s, ce qui est trop important pour permettre d'utiliser
ces aciers dans des conditions satisfaisantes pour fabriquer des enceintes sous pression
résistant à l'H
2S.
[0009] Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant
un moyen pour fabriquer des enceintes chaudronnées travaillant en milieu H
2S, plus légères que les enceintes connues, tout en étant aussi sûres.
[0010] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une enceinte chaudronnée
destinée à travailler sous pression entre - 40°C et 200°C dans les conditions de risque
de fissuration sous contrainte engendrés par l'H
2S telles que définies par la norme NACE MR 0175-97 selon lequel :
- on fabrique des composants de l'enceinte chaudronnée en acier dont la composition
chimique comprend, en poids :
0,03 % ≤ C ≤ 0,15%
0 % ≤ Si ≤ 0,5%
0,4 % ≤ Mn ≤ 2,5 %
0,5 % ≤ Ni ≤ 3 %
0 % ≤ Cr ≤ 1%
0 % ≤ Mo ≤ 0,5%
0 % ≤ Al ≤ 0,07 %
0 % ≤ Ti ≤ 0,04 %
avec, de préférence Al + Ti ≥ 0,01 %
0 % ≤ B < 0,004%
0 % ≤ V ≤ 0,02 %
0 % ≤ Nb ≤ 0,05 %
Cu ≤ 1 %
S ≤ 0,015 %
P ≤ 0,03 %
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition
chimique étant telle que CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35, et
telle que le trc 800/500 soit inférieur à 10s, les composants étant trempés et revenus,
après ou avant mise en forme, de façon à obtenir une structure martensitique ou martensito-bainitique
revenue contenant moins de 10 % de ferrite, et de préférence ne contenant pas de ferrite,
le revenu étant effectué à une température TR de préférence inférieure à 680°C,
- après mise en forme des composants, on effectue éventuellement un détensionnement
à une température supérieure ou égale à 595°C,
- on soude les composants de l'enceinte chaudronnée avec une énergie de soudage et des
conditions de préchauffage tels que le temps de refroidissement tr 800/500 entre 800°C
et 500°C de la zone affectée par la chaleur de soudage soit supérieur ou égal à 5
secondes,
- et on effectue un traitement thermique post-soudage à une température TPS supérieure à 595°C et inférieure à 680°C, et de préférence inférieure à 650°C, l'acier
ayant alors une résistance à la traction supérieure ou égale à 550 MPa, une limite
d'élasticité supérieure ou égale à 450 MPa, un allongement A % supérieur à 17 %, et
une résilience KCV à - 40°C supérieure à 40 Joules, et la dureté en tous points de
la surface de l'enceinte est inférieure à 248 HV.
[0011] De préférence, la composition chimique de l'acier est telle que Nb + V ≤ 0,02 % ;
de préférence également, elle est telle que :
0,04 % ≤ C ≤ 0,09 %
Cr ≤ 0,6 %
0,2 % < Mo < 0,5 %
[0012] L'invention concerne également une enceinte chaudronnée destinée à travailler sous
pression entre - 40°C et 200°C dans les conditions de risque de fissuration sous contrainte
engendrée par l'H
2S telles que définies par la norme NACE MR 0175-97 . Cette enceinte chaudronnée est
constituée d'un acier dont la composition chimique comprend, en poids :
0,03 % ≤ C ≤ 0,15%
0 % ≤ Si ≤ 0,5%
0,4 % ≤ Mn ≤ 2,5 %
0,5 % ≤ Ni ≤ 3 %
0 % ≤ Cr ≤ 1%
0 % ≤ Mo ≤ 0,5%
0 % ≤ Al ≤ 0,07 %
0 % ≤ Ti ≤ 0,04 %
avec, de préférence Al + Ti ≥ 0,01 %
0 % ≤ B < 0,004 %
0 % ≤ V ≤ 0,02%
0 % ≤ Nb ≤ 0,05 %
Cu ≤ 1 %
S ≤ 0,015 %
P ≤ 0,03 %
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition
chimique étant telle que CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35 et telle
que trc 800/500 soit inférieure à 10s. L'acier a une structure martensitique ou martensito-bainitique
revenue contenant moins de 10 % de ferrite, et de préférence ne contenant pas de ferrite,
une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 550 MPa, une limite d'élasticité
supérieure ou égale à 450 MPa, un allongement A % supérieur à 17 %, et une résilience
KCV à - 40°C supérieure ou égale à 40 Joules, De plus, la dureté en tous points de
la surface de l'enceinte est inférieure à 248 HV.
[0013] De préférence, la composition de l'acier est telle que Nb + V ≤ 0,02 %. Il est également
préférable que :
0,04 % ≤ C ≤ 0,09 %
Cr ≤ 0,6 %
0,2 % ≤ Mo ≤ 0,5%
[0014] L'épaisseur des parois de l'enceinte chaudronnée peut être comprise entre 50 mm et
300 mm.
[0015] L'invention concerne, enfin, un acier pour la fabrication d'enceintes chaudronnées
destinée à travailler sous pression entre - 40°C et 200°C dans les conditions de risque
de fissuration sous contrainte engendrés par l'H
2S telles que définies par la norme NACE MR 0175-97, la composition chimique comprenant,
en poids :
0,03 % ≤ C ≤ 0,15 %
0 % ≤ Si ≤ 0,5%
0,4 % ≤ Mn ≤ 2,5 %
0,5 % ≤ Ni ≤ 3 %
0 % ≤ Cr ≤ 1 %
0 % ≤ Mo ≤ 0,5 %
0 % ≤ Al ≤ 0,07 %
0 % ≤ Ti ≤ 0,04 %
avec, de préférence Al + Ti ≥ 0,01 %
0 % ≤ B ≤ 0,004 %
0 % ≤ V ≤ 0,02 %
0 % ≤ Nb ≤ 0,05 %
Cu ≤ 1 %
S ≤ 0,015 %
P ≤ 0,03 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration,
la composition chimique étant telle que CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
< 0,35, l'acier ayant un trc 800/500 inférieur à 10s.
[0016] De préférence, la composition chimique est telle que Nb + V ≤ 0,02 %. Il est également
préférable que :
0,04% ≤ C ≤ 0,09%
Cr ≤ 0,6 %
0,2 % ≤ Mo ≤ 0,5%
[0017] L'invention va maintenant être décrite plus en détails et illustrée par des exemples.
[0018] Pour fabriquer une enceinte chaudronnée destinée à travailler sous pression entre
- 40°C et 200°C dans les conditions de risque de fissuration sous contrainte engendrée
par l'H
2S telles que définies par la norme NACE MR 0175-97, on utilise un acier dont la composition
chimique comprend, en poids :
- de 0,03 % à 0,15 % , et de préférence moins de 0,09 % de carbone pour obtenir une
résistance à la traction suffisante tout en permettant d'obtenir une dureté sous cordon
inférieure à 248 HV après traitement thermique après soudage,
- de 0 % à 0,5 % de silicium pour désoxyder,
- de 0,4 % à 2,5 % de manganèse pour obtenir une résistance à la traction suffisante
tout en permettant l'adoucissement des zones affectées par la chaleur de soudage et
en améliorant la résilience à basse température des structures bainitiques, lorsque
le métal en contient,
- de 0,5 % à 3 % de nickel pour améliorer la trempabilité, ce qui est nécessaire pour
obtenir les propriétés mécaniques souhaitées pour de fortes épaisseurs, tout en permettant
l'adoucissement des zones affectées par la chaleur de soudage et en améliorant la
résilience à basse température des structures bainitiques, lorsque le métal en contient,
- moins de 1 %, et de préférence, moins de 0,6 % de chrome, cet élément est favorable
à l'obtention de bonnes caractéristiques mécaniques après revenu, mais rend difficile
l'obtention d'une dureté sous cordon inférieure à 248 HV,
- moins de 0,5 % de molybdène, pour les mêmes raisons que le chrome, mais, de préférence
plus de 0,2 % pour faciliter l'obtention des caractéristiques mécaniques après un
revenu important,
- éventuellement, jusqu'à 0,02 % de vanadium et jusqu'à 0,05 % de niobium ; de préférence,
la somme des teneurs en vanadium et niobium ne doit pas dépasser 0,02 % ; ces éléments
permettent d'améliorer les caractéristiques mécaniques mais rendent difficile l'obtention
d'une dureté sous cordon après traitement thermique après soudage inférieure à 248
HV,
- moins de 1 % de cuivre ; cet élément est en général une impureté apportée par les
matières premières ; il peut également être ajouté pour augmenter les caractéristiques
mécaniques de traction par un effet de durcissement structural en présence de nickel
; mais, en trop grande quantité, il rend difficile le formage à chaud,
- de 0 % à 0,07 % d'aluminium pour désoxyder et fixer l'azote toujours présent, au moins
à titre de résidu de l'élaboration,
- éventuellement jusqu'à 0,04 % de titane pour fixer l'azote,
- de préférence, la somme des teneurs en aluminium et titane doit être supérieure à
0,01 %, notamment pour contrôler la taille du grain,
- éventuellement jusqu'à 0,004 % de bore pour augmenter la trempabilité,
Le reste étant du fer et des impureté résultant de l'élaboration. Ces impuretés sont,
notamment, le soufre et le phosphore dont les teneurs doivent, de préférence rester
inférieures, respectivement, à 0,015 % pour améliorer la résistance à l'H
2S, et à 0,03 % pour limiter la sensibilité de l'acier à la fragilité de revenu réversible.
[0019] Pour obtenir une bonne soudabilité, la composition chimique est telle que :
(dans cette expression, C, Mn, etc représentent les teneurs en % des éléments correspondants)
De plus, l'acier est choisi pour que le temps de refroidissement critique trc 800/500
soit inférieur à 10s.
[0020] Le temps de refroidissement critique trc 800/500 est mesuré par une série d'essais
B.O.P. (Bead On Plate) qui consistent à mesurer la dureté sous cordon sur un échantillon
de 20 mm d'épaisseur sur lequel on a réalisé un cordon de soudure par le procédé à
arc submergé, puis un traitement thermique post-soudage consistant en un maintien
à 620°C pendant 4 heures, ce maintien étant précédé d'un chauffage et suivi par un
refroidissement effectué tous les deux à une vitesse inférieure à 50°C/heure. Pour
déterminer trc 800/500, on fait varier l'énergie de soudage entre 1 kJ/mm et 3 kJ/mm,
ce qui fait varier le temps de refroidissement tr 800/500 entre 4s et 20s, puis on
trace la courbe donnant la dureté sous cordon en fonction du temps de refroidissement
tr 800/500, et on détermine le temps de refroidissement tr 800/500 pour lequel la
dureté sous cordon est de 248 HV ; ce temps est le temps de refroidissement critique
trc 800/500. La dureté sous cordon est mesurée selon la norme française NF A 81-460.
[0021] A noter que la norme NACE fait référence à une dureté sous cordon inférieure à 22
HRC. Mais, la mesure de dureté HRC est souvent difficile à réaliser, de plus de par
son principe, elle fait une moyenne locale de la dureté. Il est préférable et plus
facile de réaliser une mesure de dureté Vickers, et du fait de la relation entre dureté
Vickers et dureté Rockwell C, en garantissant une dureté Vickers inférieure ou égale
à 248 HV, on garantit une dureté Rockwell C inférieure à 22 HRC.
[0022] Avec cet acier coulé sous forme de brames ou de lingots, on fabrique des composants
d'enceinte chaudronnée. Ces composants peuvent être des viroles obtenues soit par
forgeage soit par envirolage de tôles ; ils peuvent être aussi des fonds en forme
de calotte sphérique obtenus par forgeage ou par emboutissage de plaques circulaires.
Ces composants dont les parois peuvent avoir une épaisseur comprise entre 50 mm et
300 mm, sont mis en forme à chaud ou à froid, soumis à un traitement thermique de
trempe et revenu, puis assemblées par soudage. L'enceinte ainsi obtenue est enfin
soumise à un traitement thermique « post-soudage ». L'ensemble du traitement thermique
est ajusté pour que la structure de l'acier soit martensitique ou martensito-bainitique
revenue, contenant moins de 10 % de ferrite, et de préférence ne contenant pas de
ferrite, et pour que :
- la résistance à la traction Rm de l'acier soit supérieure ou égale à 550 MPa,
- la limite d'élasticité Re de l'acier soit supérieure ou égale à 450 MPa,
- l'allongement A% de l'acier soit supérieur ou égal à 17 %,
- la résilience KCV de l'acier, à - 40°C soit supérieure ou égale à 40 Joules (moyenne
de 3 essais),
- et la dureté en tous points de l'enceinte soit inférieure à 248 HV.
[0023] La trempe est effectuée après réchauffage au dessus du point AC
3 de l'acier par refroidissement à l'eau, à l'huile, à l'air soufflé ou à l'air, selon
l'épaisseur du composant.
[0024] Le traitement thermique comporte au mois un revenu effectué après la trempe et réalisé
à une température en général supérieure à 550°C, et de préférence inférieure à 680°C.
Lorsque le revenu est effectué à une température supérieure à 680°C, il correspond
à un traitement « intercritique ». Dans ce cas, il peut être nécessaire de contrôler
le refroidissement comme après une trempe.
[0025] Le traitement « post-soudage » est un revenu réalisé à une température supérieure
ou égale à 595°C, et de préférence supérieure à 620°C, mais inférieure à 680°C.
[0026] Selon la nature des pièces et le mode de fabrication, le traitement de trempe et
de revenu peut être fait avant ou après mise en forme, et le revenu peut être destiné
simplement à faciliter la mise en forme ou au contraire à conférer à l'acier ses propriétés
définitives. Dans le premier cas, les propriétés définitives de l'acier lui sont conférées
par le traitement post-soudage, et la température de revenu préalable est inférieure
à la température de traitement post-soudage. Dans le deuxième cas, le traitement post-soudage
sert essentiellement à détensionner l'enceinte et à adoucir les zones affectées par
la chaleur de soudage ; le traitement post-soudage doit, alors, être effectué à une
température inférieure à la température de revenu.
[0027] Pour obtenir des soudures satisfaisantes, par exemple à l'aide du procédé SAW (Submerged
Arc Welding : arc submergé sous flux en poudre) en utilisant des produits d'apport
à basse teneur en hydrogène (< 5 ml/100gr), on effectue un préchauffage à une température
inférieure à 125°C et on choisit une énergie de soudage comprise entre 1 kJ/mm et
5 kJ/mm, de telles sorte que dans la phase de refroidissement du cordon de soudure,
le temps de refroidissement entre 800 °C et 500 °C, tr 800/500 soit supérieur ou égal
à 5 s. Ces paramètres peuvent être déterminés en fonction de l'épaisseur de la paroi
à souder et des conditions particulières de soudage, par exemple en utilisant la méthode
définie dans la norme NF A 36.000.
[0028] La température T
PS de traitement post-soudage permettant d'obtenir une dureté sous cordon inférieure
à 248 HV (ou 22 HRC) dépend, en partie du paramètre tr 800/500, il en résulte qu'il
est préférable de déterminer simultanément les conditions de soudage et de traitement
post-soudage, ce qui peut être fait par quelques essais B.O.P. sur des échantillons.
[0029] A titre d'exemple, on peut utiliser des aciers ayant les compositions chimiques suivantes
(en % en poids) :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
Cr |
Mo |
Cu |
V |
CET |
A |
0,08 |
0,24 |
0,89 |
1,8 |
0,25 |
0,4 |
0,21 |
0,01 |
0,28 |
B |
0,07 |
0,23 |
1,57 |
1,37 |
0,21 |
0,21 |
0,23 |
0,01 |
0,30 |
C |
0,06 |
0,23 |
1,72 |
1,77 |
0,11 |
0,21 |
0,24 |
0,01 |
0,31 |
D |
0,06 |
0,23 |
1,32 |
1,6 |
0,26 |
0,25 |
0,2 |
0,01 |
0,28 |
E |
0,06 |
0,16 |
0,9 |
1,87 |
0,25 |
0,4 |
0,21 |
0,01 |
0,25 |
[0030] Ces aciers peuvent être trempés puis revenus à 665 °C pour obtenir une structure
martensito-bainitique revenue, exempte de ferrite ayant une dureté comprise entre
195 et 210 HV. Ces aciers ont un temps de refroidissement critique trc 800/500 inférieur
à 10 s comme le montrent les résultats suivants, obtenus en utilisant la méthode décrite
plus haut :
[0031] Ces résultats conduisent à des temps de refroidissement critique trc 800/500 de 8
s pour A, inférieurs à 4 s pour B et C, de 6 s pour D et de 5 s pour E. Les duretés
obtenues sur le métal de base correspondent à une résistance à la traction comprise
entre 580 et 640 MPa.
[0032] A titre d'exemple également, on peut utiliser un acier ayant la composition suivante
:
C |
Si |
Mn |
Ni |
Cr |
Mo |
Cu |
Al |
S |
P |
Sn |
As |
Sb |
CET |
0,04 |
0,14 |
1,20 |
0,85 |
0,18 |
0,29 |
0,72 |
0,02 |
0,002 |
0,006 |
0,015 |
0,014 |
0,001 |
0,26 |
[0033] Cet acier a un temps de refroidissement critique trc 800/500 inférieur à 4 s.
[0034] Avec cet acier on a fabriqué une enceinte sous pression constituée de tôles de 95
mm d'épaisseur trempées et revenues à 550°C, ayant une structure martensito-bainitique
revenue exempte de ferrite, dont les caractéristiques mécaniques mesurées au quart-épaisseur
dans le sens travers long étaient :
- limite d'élasticité Rp0,2 = 495 MPa
- résistance Rm = 555 MPa
- allongement A % = 29 %
- striction Z % = 79 %
- résilience Charpy V (moyenne de trois essais):
KCV à - 20°C > 286 J
KCV à - 40°C > 263 J
Les tôles ont été soudées à l'arc submergé avec un fil du type E 9018 G avec chanfrein
en X, en position 3 G, avec une énergie de soudage moyenne de 2,6 J/mm, une température
de préchauffage de 75 °C et une température entre passes de 100°C. Après soudage,
l'enceinte a été soumise à un traitement thermique de détente consistant en un chauffage
à la vitesse de 50°C/h jusqu'à 610°C, puis un maintien à cette température pendant
6 heures, puis un refroidissement à la vitesse maximale de 50°C/h jusqu'à la température
ambiante.
[0035] On mesuré les caractéristiques mécaniques obtenues dans les soudures et obtenu les
résultats suivants :
Par ailleurs on a effectué sur ce métal des essais NACE selon la norme NACE TM 0177
qui ont donné des résultats satisfaisants.
[0036] Avec un acier selon l'art antérieur, l'enceinte sous pression aurait dû être construite
avec des tôles de 106 mm d'épaisseur. On a ainsi obtenu un gain de poids de 12 %.
[0037] A titre de contre exemple, on connaît un acier trempé revenu permettant d'obtenir
sur tôles a peu près les mêmes caractéristiques de traction que ci-dessus, et qui
a la composition chimique suivante :
C |
Si |
Mn |
Ni |
Cr |
Mo |
Cu |
Al |
V |
S |
P |
Sn |
CET |
0,075 |
0,245 |
1,32 |
0,509 |
0,147 |
0,212 |
0,17 |
0,018 |
0,047 |
0,0007 |
0,0088 |
0,009 |
0,26 |
Mais, cet acier présente l'inconvénient d'avoir un temps de refroidissement critique
trc 800/500 très élevé, puisque pour un temps de refroidissement de 10,4 s, la dureté
sous cordon est de 262 HV après un traitement post-soudage de 4h à 620°C, ce qui ne
permet pas de satisfaire aux conditions imposées par la norme NACE.
1. Procédé de fabrication d'une enceinte chaudronnée destinée à travailler sous pression
entre - 40 °C et 200 °C dans les conditions de risque de fissuration sous contrainte
engendrés par l'H
2S telles que définies par la norme NACE MR 0175-97 caractérisé en ce que :
- on fabrique des composants de l'enceinte chaudronnée en acier dont la composition
chimique comprend, en poids :
0,03 % ≤ C ≤ 0,15%
0 % ≤ Si ≤ 0,5%
0,4 % ≤ Mn ≤ 2,5 %
0,5 % ≤ Ni ≤ 3 %
0 % ≤ Cr ≤ 1 %
0 % ≤ Mo ≤ 0,5%
0 % ≤ Al ≤ 0,07 %
0 % ≤ Ti ≤ 0,04 %
0 % ≤ B < 0,004 %
0 % ≤ V ≤ 0,02 %
0 % ≤ Nb ≤ 0,05 %
Cu ≤ 1 %
S ≤ 0,015 %
P ≤ 0,03 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration,
la composition chimique étant telle que CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
< 0,35 et telle que trc 800/500 soit inférieur à 10 s, les composants étant trempés
et revenus, après ou avant mise en forme, de façon à obtenir une structure martensitique
ou martensito-bainitique contenant moins de 10 % de ferrite,
- après mise en forme des composants, on effectue éventuellement un détensionnement
à une température supérieure ou égale à 595°C,
- on soude les composants de l'enceinte chaudronnée avec une énergie de soudage et
des conditions de préchauffage tels que le temps de refroidissement tr 800/500 entre
800 °C et 500 °C de la zone affectée par la chaleur soit supérieur ou égal à 5 secondes,
- et on effectue un traitement thermique post-soudage à une température TPS supérieure à 595°C et inférieure à 680°C, l'acier ayant alors une résistance à la
traction supérieure ou égale à 550 MPa, une limite d'élasticité supérieure ou égale
à 450 MPa, un allongement A % supérieur à 17 %, et une résilience KCV à - 40°C supérieure
à 40 Joules, et la dureté en tous points de la surface de l'enceinte est inférieure
à 248 HV.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la composition chimique de
l'acier est telle que Nb + V ≤ 0,02 %
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la composition
chimique de l'acier est telle que :
0,04% ≤ C ≤ 0,09%
Cr ≤ 0,6 %
0,2 % ≤ Mo ≤ 0,5%
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la composition
chimique de l'acier est telle que : Al + Ti ≥ 0,01 %.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la température
TR de revenu est inférieure à 680 °C.
6. Enceinte chaudronnée destinée à travailler sous pression entre - 40°C et 200 °C dans
les conditions de risque de fissuration sous contrainte engendrés par l'H
2S telles que définies par la norme NACE MR 0175-97 caractérisé en ce que :
- elle est constituée d'un acier dont la composition chimique comprend, en poids :
0,03 % ≤ C ≤ 0,15%
0 % ≤ Si ≤ 0,5%
0,4 % ≤ Mn ≤ 2,5 %
0,5 % ≤ Ni ≤ 3 %
0% ≤ Cr ≤ 1 %
0 % ≤ Mo ≤ 0,5%
0 % ≤ Al ≤ 0,07 %
0 % ≤ Ti ≤ 0,04 %
0 % ≤ B < 0,004 %
0 % ≤ V ≤ 0,02 %
0 % ≤ Nb ≤ 0,05 %
Cu ≤ 1 %
S ≤ 0,015 %
P ≤ 0,03 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration,
la composition chimique étant telle que CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
< 0,35 et telle que tr 800/500 soit inférieur à 10 s,
- l'acier a une structure martensitique ou martensito-bainitique contenant moins de
10 % de ferrite,
- la résistance à la traction Rm de l'acier est supérieure ou égale à 550 MPa,
- la limite d'élasticité Re de l'acier est supérieure ou égale à 450 MPa,
- l'allongement A% de l'acier est supérieur ou égal à 17 %,
- la résilience KCV de l'acier, à - 40°C est supérieure ou égale à 40 Joules,
- et la dureté en tous points de la surface de l'enceinte est inférieure à 248 HV.
7. Enceinte chaudronnée selon la revendication 6 caractérisée en ce que la composition
de l'acier est telle que Nb + V ≤ 0,02 %.
8. Enceinte chaudronnée selon la revendication 6 ou la revendication 7 caractérisée en
ce que la composition de l'acier est telle que :
0,04 % ≤ C ≤ 0,09 %
Cr ≤ 0,6 %
0,2 % ≤ Mo ≤ 0,5%
9. Enceinte chaudronnée selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisée
en ce que la composition chimique de l'acier est telle que :
Al + Ti ≥ 0,01 %.
10. Enceinte chaudronnée selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisée
en ce que son épaisseur de paroi est comprise entre 50 mm et 300 mm.
11. Acier pour la fabrication d'enceintes chaudronnées destinée à travailler sous pression
entre - 40°C et 200°C dans les conditions de risque de fissuration sous contrainte
engendrés par l'H2S telles que définies par la norme NACE MR 0175-97 caractérisé en ce que sa composition
chimique comprend, en poids :
0,03 % ≤ C ≤ 0,15%
0 % ≤ Si ≤ 0,5%
0,4 % ≤ Mn ≤ 2,5 %
0,5 % ≤ Ni ≤ 3 %
0 % ≤ Cr ≤ 1 %
0 % ≤ Mo ≤ 0,5%
0 % ≤ Al ≤ 0,07 %
0 % ≤ Ti ≤ 0,04 %
0 % ≤ B < 0,004 %
0 % ≤ V ≤ 0,02 %
0 % ≤ Nb ≤ 0,05 %
Cu ≤ 1 %
S ≤ 0,015 %
P ≤ 0,03 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration,
la composition chimique étant telle que CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
< 0,35, l'acier ayant un trc 800/500 inférieur à 10 s.
12. Acier selon la revendication 11 caractérisé en ce que sa composition chimique est
telle que Nb + V ≤ 0,02 %.
13. Acier selon la revendication 11 ou la revendication 12 caractérisé en ce que sa composition
chimique est telle que :
0,04 % ≤ C ≤ 0,09%
Cr ≤ 0,6 %
0,2 % ≤ Mo ≤ 0,5%
14. Acier selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 caractérisé en ce que : Al
+ Ti ≥ 0,01%.