Les tubes en acier au carbone, éléments fondamentaux de l’infrastructure industrielle mondiale, sont fabriqués et spécifiés conformément à des normes dimensionnelles rigoureuses. Ces normes définissent explicitement le diamètre extérieur (DE), l’épaisseur de paroi et le diamètre intérieur (DI) qui en résulte. Le système de normalisation le plus répandu pour les tubes en acier au carbone et en acier allié est la norme ASME B36.10. Cette norme fournit des données dimensionnelles complètes pour les tailles nominales de tuyauterie (NPS) allant de 1/8 pouce à 48 pouces et plus. Dans ce système, le diamètre extérieur d’une taille nominale donnée reste constant, quel que soit l’épaisseur de paroi, tandis que le diamètre intérieur est inversement proportionnel au numéro de « schedule » retenu — une classification initialement conçue pour tenir compte de différentes classes de pression. Par exemple, un tube de 6 pouces NPS a toujours un DE de 168,3 mm, mais son DI varie selon l’épaisseur de paroi choisie : il s’étend approximativement de 162 mm pour la classe 5S (paroi mince) à un minimum de 124 mm pour la classe 160 (paroi extra-épaisse). La gamme de dimensions couvre des diamètres aussi petits que ceux requis pour les applications d’instrumentation et de précision — avec un diamètre extérieur minimal de seulement 6,0 millimètres et des épaisseurs de paroi aussi faibles que 0,8 millimètre — jusqu’à des tubes géants utilisés pour le transport d’eau, les pieux et les projets d’infrastructures, dont le diamètre extérieur dépasse 3000 millimètres.
Pour les tubes en acier de petit diamètre, dont le diamètre extérieur est généralement inférieur à 114 millimètres, la production utilise couramment des tubes sans soudure laminés à froid ou des tubes soudés par résistance électrique (ERW). Les nuances de matériaux mettent l’accent sur des propriétés mécaniques précises, une qualité de surface élevée et une bonne aptitude à la mise en forme. La norme ASTM A179 couvre les tubes en acier au carbone faible, sans soudure et laminés à froid, destinés aux échangeurs thermiques et aux condenseurs, où la teneur en carbone est rigoureusement contrôlée afin d’optimiser les caractéristiques de transfert thermique et la formabilité. Pour les applications générales, la spécification ASTM A53 Grade B est la plus largement applicable : elle couvre les tubes sans soudure et soudés à épaisseur de paroi standard, avec une limite élastique minimale de 240 MPa, adaptés aux applications sous pression et mécaniques sur diverses gammes de dimensions. Les tubes de diamètre moyen (dont le diamètre extérieur varie généralement de 60,3 mm à 323,9 mm) sont couramment fournis conformément aux spécifications API 5L pour les applications de canalisations. Les nuances comprennent X42, X52, X60 et X70, avec des limites élastiques progressivement plus élevées afin d’améliorer la résistance à la pression des systèmes de transport de pétrole et de gaz. Pour les conditions les plus exigeantes, à haute pression et haute température, dans les secteurs de la production d’énergie et de la pétrochimie, les tubes en acier sans soudure ASTM A106 Grade B et C sont utilisés. Les tubes de grand diamètre (dont le diamètre extérieur dépasse généralement 406 mm) sont principalement fabriqués par des procédés de soudage. Dans les applications structurelles et les fondations sur pieux, la norme ASTM A252 est spécifiquement conçue pour résister aux contraintes engendrées par le battage des pieux lors de leur installation. Pour les canalisations sous pression de grand diamètre, les grades API 5L X80 et inférieurs offrent une résistance essentielle tout en garantissant la soudabilité et la ténacité requises pour les canalisations interrégionales. Des applications particulières, telles que les conditions cryogéniques, nécessitent des nuances comme l’ASTM A333.
Les procédés de fabrication des tubes en acier au carbone varient considérablement selon les classifications dimensionnelles, avec des itinéraires de production optimisés correspondant à différentes plages de dimensions et à des exigences de performance spécifiques. Les tubes de petit diamètre (généralement avec un diamètre extérieur inférieur à 114 mm) sont principalement fabriqués sous forme de tubes sans soudure par perforation à chaud suivie d’un étirage à froid, ou sous forme de tubes soudés par soudage par résistance électrique (ERW) à partir de bobines d’acier. L’étirage à froid, qui consiste à faire passer le tube à travers des filières à température ambiante, permet d’obtenir une précision dimensionnelle exceptionnelle (tolérance sur le diamètre extérieur : ±0,1 mm) et une finition superficielle supérieure à celle des produits laminés à chaud. Cela en fait le choix idéal pour les tubes de vérins hydrauliques, les composants mécaniques de précision et les applications d’échangeurs thermiques. Le procédé ERW pour les diamètres allant du petit au moyen implique la mise en forme continue d’une bande d’acier en forme cylindrique, le soudage de la jointure à l’aide d’un courant haute fréquence, puis l’ébavurage interne et externe, le calibrage et la coupe à longueur. Son efficacité élevée en matière de production en fait le choix le plus économique pour les applications standard de tuyauterie de moins de 24 pouces. Les tubes de diamètre moyen (généralement avec un diamètre extérieur compris entre 114 mm et 406 mm) peuvent être fabriqués sous forme de tubes sans soudure par perforation rotative et laminage, ou sous forme de tubes soudés ERW/LSAW, en fonction des exigences relatives à l’épaisseur de paroi et au degré de criticité de l’application. Les tubes en acier de grand diamètre (dont le diamètre extérieur dépasse 406 mm) sont presque exclusivement fabriqués par des techniques de soudage, la soudure à l’arc submergé longitudinal (LSAW) et la soudure à l’arc submergé en spirale (SSAW) étant les deux technologies prédominantes.
