Dans le secteur du transport du pétrole et du gaz,Tuyau en acier soudé à joint droit X100MCe tube en acier, représentatif des aciers à haute résistance pour pipelines conformes à la norme API 5L, redéfinit les normes techniques du secteur grâce à ses propriétés mécaniques supérieures et à son adaptabilité. Fabriqué par soudage par résistance électrique haute fréquence (ERW) ou par soudage à l'arc submergé (SAWL), ce tube en acier soudé à joint droit présente une limite d'élasticité minimale de 690 MPa, une amélioration significative par rapport aux 551 MPa des tubes en acier X80 conventionnels. Il constitue ainsi une solution innovante pour le transport longue distance sous haute pression.
Tout d'abord, une avancée majeure dans le domaine des matériaux pour le tube en acier soudé à joint droit X100M.
Le principal avantage du tube en acier soudé à joint droit X100M réside dans la conception innovante de son alliage. Grâce à l'utilisation d'une technologie de microalliage composite Nb-Ti-Mo, combinée au procédé de laminage et de refroidissement contrôlés (TMCP), la tôle d'acier bénéficie d'un renforcement par affinement du grain et par précipitation, tout en conservant une excellente soudabilité. Des entreprises chinoises de premier plan, telles que Baosteel, ont atteint une ténacité à basse température supérieure à 200 J d'énergie d'impact à -45 °C pour une tôle d'acier X100M de 18,4 mm d'épaisseur, surpassant largement la norme DNV-OS-F101 pour les pipelines arctiques. De plus, grâce à une technologie métallurgique moderne, notamment un traitement au calcium améliorant la morphologie des sulfures, le coefficient de performance selon l'axe Z du tube dépasse 0,8, répondant ainsi efficacement au problème de la déchirure lamellaire rencontré dans les tubes en acier de grand diamètre.
Deuxièmement, un contrôle précis du processus de fabrication des tubes en acier soudés à joint droit X100M est essentiel. Lors de la fabrication, des entreprises chinoises de premier plan, telles que Zhujiang Steel Pipe, utilisent le procédé de formage JCOE, qui permet un contrôle de l'ovalité de ±0,5 %D pour des tubes de 1 422 mm de diamètre et de 32 mm d'épaisseur. Le soudage à l'arc submergé multifil (jusqu'à cinq fils en série) est employé, combiné à un contrôle ultrasonique en ligne et à une dilatation complète du tube (1,5 % de déformation), ce qui permet d'obtenir un coefficient de soudage supérieur à 0,96. Les données d'essais sur le terrain, issues du projet de gazoduc Ouest-Est III, montrent que la durée de vie en fatigue des soudures des tubes en acier soudés X100M atteint 92 % de celle du métal de base, soit près de 40 % de plus que celle des tubes en acier soudés X70 traditionnels. L'utilisation d'une usine numérique permet un contrôle de précision au dixième de millimètre près tout au long du processus, du fraisage des bords de la tôle au chanfreinage des extrémités du tube.
Troisièmement, la valeur révolutionnaire du tube en acier soudé à joint droit X100M dans les applications d'ingénierie.
Dans le cadre du projet de gazoduc d'Asie centrale, l'utilisation de tubes en acier à joint droit X100M a permis d'augmenter la pression de conception de 12 MPa (pour les tubes en acier X80) à 15 MPa, accroissant ainsi la capacité annuelle de transport de gaz d'un seul tube de 25 % tout en réduisant son épaisseur de 14 %, ce qui représente une économie directe de 80 000 tonnes d'acier (pour un gazoduc de 300 kilomètres). De plus, son coefficient d'écrouissage (valeur n) atteint 0,12, lui permettant de résister à une déformation plastique de 1,5 % sans rupture dans une zone sismique de magnitude 8. Des simulations réalisées par l'institut de recherche montrent que l'utilisation de l'acier X100M pour un gazoduc de 3 000 kilomètres pourrait réduire les coûts de maintenance de 320 millions de dollars sur l'ensemble de son cycle de vie.
Quatrièmement, l’évolution coordonnée du système standard pour les tubes en acier soudés à joint droit X100M.
Avec la mise en œuvre de la 46e édition de la norme API SPEC 5L, les exigences techniques relatives à l'acier X100M constituent désormais un système complet. Le rapport de section de cisaillement requis pour l'essai de déchirure par chute de poids (DWTT) à -15 °C est ≥ 85 %, soit une amélioration de 10 points de pourcentage par rapport à l'acier X80. La norme nationale GB/T 9711-2017 introduit une solution A pour l'essai de fissuration induite par l'hydrogène (HIC), exigeant un rapport de longueur de fissure (CLR) ≤ 15 %. Ces normes rigoureuses ont incité les fabricants à développer des formulations de soudage à faible teneur en carbone (CEIW ≤ 0,43 %), réduisant ainsi considérablement la sensibilité des soudures circonférentielles à la fissuration à froid sur site.
Cinquièmement, une avancée majeure dans l'adaptabilité environnementale du tuyau en acier soudé à joint droit X100M.
Pour répondre aux besoins spécifiques de la région arctique, le nouveau tube en acier X100M présente une énergie de résilience Charpy (CVN) supérieure à 100 J à -60 °C. Utilisé dans le cadre du projet Arctic 2, le tube X100M intègre un système de protection anticorrosion bicouche 3LPE+PP. Combiné à une protection cathodique, ce système porte sa durée de vie à 50 ans. En milieu marin, l'ajout d'un alliage résistant à la corrosion contenant 0,3 % de cuivre et 0,05 % d'antimoine permet de maintenir la vitesse de corrosion dans la zone d'éclaboussures en dessous de 0,08 mm/an, soit cinq fois moins que celle de l'acier au carbone classique.
Sixièmement, les défis techniques tout au long de la chaîne industrielle pour les tubes en acier soudés longitudinalement X100M
Malgré ses avantages considérables, l'industrialisation du tube en acier à joint droit X100M se heurte encore à de nombreux obstacles. Le ramollissement de la zone affectée thermiquement (ZAT) entraîne une chute de dureté en dessous de 220 HV10 dans certaines zones d'extrémité de soudure. Actuellement, la technologie de chauffage par induction après soudage permet de réduire cette dureté à environ 245 HV10. Un autre défi réside dans le soudage circonférentiel sur site, qui exige le développement d'un fil de soudage à apport thermique inférieur à 80 kJ/cm². Par exemple, les consommables de soudage MG-S63TW de Kobelco offrent d'excellentes performances avec une énergie d'impact supérieure à 47 J à -40 °C. Des essais réalisés par un organisme tiers montrent que l'ouverture de fissure (CTOD) des soudures circonférentielles X100M, obtenues par un procédé de soudage automatisé, peut atteindre 0,25 mm, satisfaisant ainsi pleinement aux exigences rigoureuses de la norme BS7910.
Avec le développement de la stratégie « double carbone », le tube en acier à joint droit X100M démontrera une valeur encore plus grande dans le secteur du captage et du stockage du carbone (CCUS). Sa résistance à la pression permet le transport de CO₂ supercritique à plus de 15 MPa et a été appliquée avec succès dans le cadre du projet canadien Quest. Des instituts de recherche et développement canadiens étudient l’adéquation du tube en acier X100M aux environnements extrêmes contenant 90 % de H₂S et 10 % de CO₂. Des essais préliminaires ont montré qu’en réduisant la teneur en manganèse à moins de 1,2 % et en ajoutant 0,02 % de titane, la contrainte critique pour la corrosion sous contrainte par les sulfures (SSC) peut être augmentée à 85 % de la limite d’élasticité minimale (SMYS). Ces avancées feront du tube en acier à joint droit X100M un matériau essentiel pour les infrastructures énergétiques de nouvelle génération, la demande mondiale annuelle devant dépasser les 3 millions de tonnes d’ici 2030.
Date de publication : 8 août 2025