Conception et simulation numérique des caractéristiques mécaniques des pipelines
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Date
2008
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Abstract
La limite d’élasticité et la ténacité sont deux propriétés d'emploi fondamentales demandées
aux aciers pour pipelines. Elles répondent chacune à une demande bien précise. Un meilleur
compromis entre ces propriétés antagonistes motive notre étude.
L’amélioration de la soudabilité et la capacité de résistance à la fatigue et à la corrosion,
passe par la maîtrise en premier lieu du procédé d’élaboration des bandes à tubes.
L'industrie de canalisation du gaz naturel et du pétrole met en application les procédures de
gestion complète d'intégrité pour satisfaire les demandes de nouveaux impératifs de
normalisation et d'intérêts publics. L’endommagement par fatigue constitue une menace à
cette intégrité.
Dans ce contexte cette thèse a été proposée dont les buts sont multiples :
A la base d’une étude statistique et suite aux diperssions des conditions de laminage
laminoir à chaud LAC1
/ (Elh-ISF)2
, une étude thermomécanique a été nécessaire. Au premier
temps, les tests de chauffage et de refroidissement ont apporté les premiers signes au sujet
des points de transformation. Les investigations suivantes au dilatomètre avec déformation
ont rendu possible, la détermination de ces points de transformation pour l'acier de (Elh-ISF).
Ensuite des essais de torsion aux températures de déformation entre 1150 et 700°C, et
régimes de déformation entre 0,2 et 5 [s -1], ont été réalisés. Ces résultats servent de base aux
modèles mathématiques, qui peuvent être employés pour prévoir les forces de laminage, les
couples, la puissance d'énergie .etc.
Les résultats du traitement statistique sur une population de 1009 bobines montrent
l’influence considérable des températures de fin laminage et de bobinage. Cependant, le
refroidissement contrôlé après le laminage devrait avoir comme conséquence la production
de bandes qui fournissent une excellente combinaison de la résistante et de la ténacité. Le
bobinage à une température appropriée tire profit du renforcement de la précipitation, donnant
à nouveau lieu au durcissement structural et également à une amélioration de la limite
élastique et de la ténacité de l'acier. La température de bobinage est un paramètre décisif parce
qu'elle détermine le début de la formation des précipités fins. Par conséquent, quatre systèmes
de refroidissement ont été employés, afin de simuler les conditions de laminage d'un procédé
TMCP3
réel, et vérifier les possibilités d’améliorer les propriétés mécaniques de l’acier à tube.
Les résultats des simulations s’ajoutent à la base employée pour valider le modèle de
prédiction des caractéristiques mécaniques basé sur une régression neuronale. Ce modèle
servira comme moyen d’optimisation des paramètres de laminage en fonction de la
composition chimique. L’influence de chaque paramètre a été analysée et bien cernée.
Enfin, l’aspect fatigue et plus précisément l’étude de la propagation des fissures dans
deux types d’acier pour tubes, un acier micro-allié de type API-X60 et un acier inoxydable
austénitique de type AISI 304L, ont été étudiés. La simulation numérique de
l’endommagement par fatigue s’appuie sur les données de fatigue oligocyclique. Cette
approche admet l’hypothèse implicite que le comportement dans la zone endommagée à
l’extrémité d’une fissure est caractérisé par le comportement d’une mini éprouvette de fatigue
oligocyclique. Les résultats des simulations sur une éprouvette de type CT ont été réalisés
pour établir des courbes de vitesse de propagation de fissure. Ces résultats sont comparés avec
ceux obtenus directement par la simulation d’une fissure longitudinale dans un tube