Les tubes en acier sont de longs tubes creux utilisés à diverses fins. Ils sont fabriqués selon deux méthodes distinctes, aboutissant soit à un tube soudé, soit à un tube sans soudure. Dans les deux cas, l'acier brut est d'abord coulé pour obtenir une forme initiale plus facile à travailler. Il est ensuite transformé en tube, soit par étirage pour obtenir un tube sans soudure, soit par assemblage des bords et soudure. Les premières méthodes de production de tubes en acier ont été introduites au début du XIXe siècle et ont progressivement évolué pour aboutir aux procédés modernes que nous utilisons aujourd'hui. Chaque année, des millions de tonnes de tubes en acier sont produites. Leur polyvalence en fait le produit le plus utilisé de l'industrie sidérurgique.
Histoire
L'utilisation de canalisations remonte à des millénaires. Les premiers agriculteurs de l'Antiquité les utilisaient probablement pour détourner l'eau des ruisseaux et des rivières vers leurs champs. Des découvertes archéologiques suggèrent que les Chinois utilisaient des tuyaux de roseau pour transporter l'eau dès 2000 avant J.-C. Des tubes en argile, utilisés par d'autres civilisations anciennes, ont également été mis au jour. Au Ier siècle après J.-C., les premières canalisations en plomb furent construites en Europe. Dans les pays tropicaux, on utilisait des tubes en bambou pour acheminer l'eau. Les colons américains employaient le bois à cette fin. En 1652, le premier système d'adduction d'eau fut construit à Boston à l'aide de troncs d'arbres creux.
Le tube soudé est fabriqué en laminant des bandes d'acier à travers une série de rouleaux rainurés qui leur donnent une forme circulaire. Ensuite, le tube non soudé passe entre des électrodes de soudage. Ces dispositifs scellent les deux extrémités du tube.
Dès 1840, les métallurgistes produisaient des tubes sans soudure. Une méthode consistait à percer un trou dans un lingot de métal massif et rond. Le lingot était ensuite chauffé et étiré à travers une série de filières qui l'allongeaient pour former un tube. Cette méthode était peu efficace car il était difficile de percer le trou au centre. Il en résultait un tube irrégulier, plus épais d'un côté que de l'autre. En 1888, une méthode améliorée fut brevetée. Dans ce procédé, le lingot massif était coulé autour d'un noyau de brique réfractaire. Une fois refroidi, la brique était retirée, laissant un trou au centre. Depuis, de nouvelles techniques de laminage ont remplacé ces méthodes.
Conception
Il existe deux types de tubes en acier : les tubes sans soudure et les tubes soudés. Leurs usages diffèrent. Les tubes sans soudure sont généralement plus légers et ont des parois plus fines. Ils sont utilisés pour les vélos et le transport de liquides. Les tubes soudés sont plus lourds et plus rigides. Ils offrent une meilleure régularité et sont généralement plus droits. Ils servent notamment au transport de gaz, aux conduits électriques et à la plomberie. On les utilise généralement lorsque le tube n'est pas soumis à de fortes contraintes.
Matières premières
La principale matière première utilisée dans la fabrication des tuyaux est l'acier. L'acier est principalement composé de fer. D'autres métaux peuvent également être présents dans l'alliage, tels que l'aluminium, le manganèse, le titane, le tungstène, le vanadium et le zirconium. Des produits de finition, comme de la peinture, sont parfois utilisés lors de la production.
Les tubes sans soudure sont fabriqués selon un procédé qui consiste à chauffer et à mouler un lingot massif en forme cylindrique, puis à le laminer jusqu'à ce qu'il soit étiré et creux. Le centre creux étant de forme irrégulière, une pointe de perçage en forme de balle est enfoncée au centre du lingot pendant le laminage. Ce procédé est utilisé si le tube est revêtu. Généralement, une fine couche d'huile est appliquée sur les tubes en acier en fin de chaîne de production afin de les protéger. Bien qu'il ne fasse pas partie du produit fini, l'acide sulfurique est utilisé lors d'une étape de fabrication pour nettoyer le tube.
Le processus de fabrication
Les tubes en acier sont fabriqués selon deux procédés différents. La méthode de production globale, pour les deux procédés, comprend trois étapes. Premièrement, l'acier brut est transformé en une forme plus facile à travailler. Ensuite, le tube est formé sur une ligne de production continue ou semi-continue. Enfin, le tube est coupé et ajusté selon les besoins du client. Certains fabricants de tubes en acier utilisentmachine de découpe laser de tubescouper ou évider préalablement le tube pour augmenter la compétitivité des tubes
Le tube sans soudure est fabriqué selon un procédé qui consiste à chauffer et à mouler un lingot massif en forme cylindrique, puis à le laminer jusqu'à ce qu'il soit étiré et creux. La cavité centrale étant de forme irrégulière, une pointe de perçage en forme de balle est enfoncée au centre du lingot pendant le laminage.
production de lingots
1. L'acier liquide est fabriqué en faisant fondre du minerai de fer et du coke (une substance riche en carbone obtenue par chauffage du charbon en l'absence d'air) dans un four, puis en éliminant la majeure partie du carbone par insufflation d'oxygène dans le liquide. L'acier liquide est ensuite coulé dans de grands moules en fer à parois épaisses, où il refroidit pour former des lingots.
2. Afin de former des produits plats tels que des plaques et des feuilles, ou des produits longs tels que des barres et des tiges, les lingots sont mis en forme entre de grands rouleaux sous une pression énorme. Production de blooms et de plaques
3. Pour produire une bloom, le lingot passe entre deux rouleaux d'acier rainurés superposés. Ce type de rouleaux est appelé « laminoir à deux cylindres ». Dans certains cas, on utilise trois rouleaux. Les rouleaux sont montés de façon à ce que leurs rainures coïncident et tournent en sens inverse. Cette action comprime et étire l'acier pour obtenir des pièces plus fines et plus longues. Lorsque l'opérateur inverse le sens de rotation des rouleaux, l'acier est tiré en sens inverse, ce qui le rend encore plus fin et plus long. Ce processus est répété jusqu'à ce que l'acier atteigne la forme souhaitée. Pendant ce processus, des machines appelées manipulateurs retournent l'acier afin que chaque face soit traitée uniformément.
4. Les lingots peuvent également être laminés en plaques selon un procédé similaire à celui de la fabrication des blooms. L'acier passe entre deux rouleaux superposés qui l'étirent. Des rouleaux latéraux permettent également de contrôler la largeur des plaques. Une fois l'acier à la forme souhaitée obtenue, les extrémités irrégulières sont coupées et les plaques ou blooms sont découpés en morceaux plus courts. Traitement ultérieur
5. Les blooms subissent généralement des transformations supplémentaires avant d'être transformés en tubes. Ils sont convertis en billettes par laminage, ce qui les allonge et les rétrécit. Les billettes sont ensuite découpées par des cisailles volantes. Il s'agit d'une paire de cisailles synchronisées qui suivent la billette en mouvement et la découpent. Ce procédé permet des découpes efficaces sans interrompre la production. Ces billettes sont empilées pour former des tubes sans soudure.
6. Les brames sont également retravaillées. Pour les rendre malléables, elles sont d'abord chauffées à 1 204 °C (2 200 °F). Cette température provoque la formation d'une couche d'oxyde à leur surface. Cette couche est ensuite éliminée à l'aide d'un brise-calamine et d'un jet d'eau à haute pression. Les brames sont alors laminées à chaud sur une série de rouleaux et transformées en fines bandes d'acier appelées « skelp ». Ce laminoir peut atteindre 800 mètres de long. Au fur et à mesure de leur passage entre les rouleaux, les brames s'amincissent et s'allongent. En trois minutes environ, une seule brame peut être transformée d'une pièce d'acier de 15,2 cm (6 po) d'épaisseur en un ruban d'acier fin pouvant atteindre 400 mètres de long.
7. Après l'étirage, l'acier est décapé. Ce procédé consiste à le faire passer dans une série de bains d'acide sulfurique pour nettoyer le métal. Enfin, il est rincé à l'eau froide et chaude, séché, puis enroulé sur de grandes bobines et emballé pour être transporté vers une usine de fabrication de tuyaux.
8. On utilise aussi bien les ébauches que les billettes pour fabriquer des tubes. Les ébauches sont transformées en tubes soudés. Elles sont d'abord placées sur une machine à dérouler. Au fur et à mesure que la bobine d'acier se déroule, elle est chauffée. L'acier passe ensuite à travers une série de rouleaux rainurés. Lors de son passage, les rouleaux enroulent les bords de l'ébauche, formant ainsi un tube non soudé.
9. L'acier passe ensuite entre des électrodes de soudage. Ces dispositifs scellent les deux extrémités du tuyau. La soudure est ensuite passée dans un rouleau à haute pression qui assure une soudure étanche. Le tuyau est ensuite coupé à la longueur souhaitée et empilé pour les étapes de traitement suivantes. La fabrication de tuyaux en acier soudés est un processus continu et, selon le diamètre du tuyau, la cadence peut atteindre 335,3 m (1 100 pi) par minute.
10. Pour la fabrication de tubes sans soudure, on utilise des billettes carrées. Celles-ci sont chauffées et moulées pour former un cylindre, également appelé rond. Le rond est ensuite placé dans un four où il est porté à incandescence. Il est ensuite laminé sous haute pression. Ce laminage à haute pression étire le billette et forme un trou en son centre. Ce trou étant de forme irrégulière, une pointe de perçage en forme de balle est enfoncée au centre du billette pendant le laminage. Après cette étape, le tube peut encore présenter une épaisseur et une forme irrégulières. Pour corriger ces défauts, il passe dans une autre série de laminoirs. Traitement final
11. Après leur fabrication, les tuyaux, quel que soit leur type, peuvent être redressés. Ils peuvent également être munis de raccords permettant d'assembler deux ou plusieurs sections. Le type de raccord le plus courant pour les tuyaux de petit diamètre est le filetage : des rainures étroites sont usinées à l'extrémité du tuyau. Les tuyaux sont également mesurés à l'aide d'une machine à mesurer. Ces informations, ainsi que d'autres données de contrôle qualité, sont automatiquement imprimées sur le tuyau. Une fine couche d'huile protectrice est ensuite appliquée par pulvérisation. La plupart des tuyaux sont traités contre la rouille, par galvanisation ou par application d'un revêtement de zinc. Selon l'utilisation prévue, d'autres peintures ou revêtements peuvent être utilisés.
Contrôle de qualité
Diverses mesures sont mises en œuvre pour garantir la conformité des tubes en acier finis aux spécifications. Par exemple, des jauges à rayons X sont utilisées pour contrôler l'épaisseur de l'acier. Ces jauges fonctionnent grâce à deux rayons X. L'un est dirigé vers un échantillon d'acier d'épaisseur connue, l'autre vers l'acier défilant sur la chaîne de production. En cas de différence entre les deux rayons, la jauge déclenche automatiquement un réajustement des rouleaux pour compenser.
Les canalisations sont également inspectées afin de détecter d'éventuels défauts en fin de processus. Une méthode de test consiste à utiliser une machine spéciale. Cette machine remplit la canalisation d'eau puis augmente la pression pour vérifier son étanchéité. Les canalisations défectueuses sont mises au rebut.