BR102014008354B1

BR102014008354B1 - tubo de aço sem costura temperado e revenido, processo para produzir um tubo de aço sem costura temperado e revenido e aço curvado

Info

Publication number: BR102014008354B1
Application number: BR102014008354-5A
Authority: BR
Inventors: Ettore Anelli; Emanuele Paravicini Bagliani; Stefano Fare
Original assignee: Dalmine S.P.A.
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2020-12-01
Also published as: EP2789700A1; US20140299235A1; EP2789702A1; EP2789702B1; MX355939B; US9644248B2; AU2014201975B2; AU2014201975A1; BR102014008354A2; MX2014004255A

Abstract

TUBO DE AÇO SEM COSTURA TEMPERADO E REVENIDO, PROCESSO PARA PRODUZIR UM TUBO DE AÇO SEM COSTURA TEMPERADO E REVENIDO E AÇO CURVADO. Tubo de aço sem costura temperado e revenido tendo uma espessura de parede (EP) maior que ou igual a 35 mm e menor que ou igual a 80 mm, em que o tubo de ço possui uma composição química consistindo de 0,050-0, 085 %p, 0,80-1, 65 %p Mn, 0,10-0, 45 %p Si, 0,10-0,70 %p Cr, 0,08-0,45 %p Ni, 0,08-0,40 %p Mo, 0,015-0,040 %p Al, 0,0008-0,0050 % p Ca,, 0,0030-0,0090 %p N, 0,00-0,04 %p Nb, 0,00-0,02 %p Ti, 0,0000,030 %p Zr, 0,000-0,030 %p Ta, com base no peso da composição, restante sendo ferro e impurezas; ditas impurezas compreendendo 0,000-0,010 %p V; em que, definindo um primeiro parâmetro P1 = 50 x C + Cr + 10 x Mo + 70 x V, a composição química satisfaz ma primeira condição P1 8,0; em que o tubo de aço temperado e revenido possui, a uma espessura média, uma microestrutura compreendendo, em porcentagem volumétrica, bainita revenida acima de ou igual a 50% e ferrita (VF) abaixo de ou igual a 50% ; em que o tubo de aço temperado e revenido possui, a uma distância de até 2 mm começando a partir das superfícies externa e interna do tubo de aço, uma microestrutura consistindo de, em porcentagem volumétrica, martensita revenida abaixo de 70% e (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção é referente a tubos de aço sem costura de paredes reforçadas que possuem espessura maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm, e também é referente a um método para a manufatura dos tubos de aço sem costura. Os referidos tubos de aço, adequados para tubos em linha, “flowlines” e “risers” para uso na indústria de óleo e gás, também incluem calandras adequadas para dobra a quente.

ANTERIORIDADES

[0002] A exploração de reservas de óleo e gás em alto-mar em regiões remotas do mundo está crescentemente se afastando das condições onde soluções relativamente tradicionais de tubulações podem ser utilizadas e se direcionando para ambientes mais exigentes. Estes podem incorporar uma combinação de fatores muito desafiadores incluindo, por exemplo, localizações em águas profundas, poços de temperaturas e pressões superiores, produtos mais corrosivos e temperaturas menores de projeto. Estas condições, quando somadas aos critérios rigorosos de soldabilidade e tenacidade já associados com as especificações de tubos para aplicações em exploração de óleo e gás em alto-mar, depositam ainda mais exigências nos materiais e na capacidade de fornecimento.

[0003] Estas exigências são evidentes no desenvolvimento de projetos envolvendo ambientes agressivos e de operação em altas pressões. Por exemplo, a maioria dos fabricantes de tubos de linha sem costura são capazes de produzir tubos de graduações X60, X65 e X70 de acordo com o “American Petroleum Institute” (API) 5L e os padrões da “International Organization for Standards” (ISO) 3183, com resistência à fragilização causada por sulfeto (SSC) e à fissuração induzida por hidrogênio (HIC). Porém, os requisitos conflitantes de resistência mecânica e tenacidade, combinados com a necessidade de resistência à fragilização causada por sulfeto (SSC) e à fissuração induzida por hidrogênio (HIC), a exemplo da resistência ácida, provaram- se difíceis de alcançar. Particularmente, tubos de aço sem costura temperados e revenidos (Q&T) da API 5L de graduação X60, X65 e X70 tipicamente exibem valores máximos de dureza, medidos a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies dos tubos (de acordo com a API 5L-ISO 3183), abaixo de 250 HV10, porém acima de 235HV10, onde agora novos projetos requerem valores menores para tornar o material mais resistente à SSC e soldável. Estes valores menores de dureza máxima não podem ser consistentemente alcançados com as composições químicas e os processos da atualidade.

[0004] No passado, foram desenvolvidos no campo de tubos sem costura Q&T vários tipos de aços de alta resistência para tubos de linha. Estes tubos combinam tanto resistência mecânica quanto boa soldabilidade em seus entornos. Porém, eles exibem composições químicas que impedem a redução de dureza durante o revenimento. Portanto, nas proximidades da superfície do tubo, onde são expostas taxas de resfriamento muito altas durante o resfriamento interno e externo com água e onde são alcançados altos valores de dureza após o tratamento devido à formação de uma microestrutura predominantemente martensítica, existe o risco de que os valores máximos de dureza ao longo de toda a espessura da parede do tubo permaneçam acima de 235 HV10 e menos preferencialmente acima de 240 HV10, mesmo após o revenimento com alta temperatura e tempo longo de exposição.

[0005] Além disso, no caso de dobras induzidas a quente produzidas a partir de tubos sem costura Q&T, é mais difícil de se desenvolver a graduação requerida, combinada com boa resistência ao impacto e baixos valores de dureza superficial, concomitante com boa resistência à HIC e SSC. Este problema está predominantemente associado com as condições de processo usadas durante o tratamento térmico das dobras que são necessariamente diferentes daquelas do tubo sem costura. Particularmente, o processo de têmpera de dobras é menos efetivo. Este problema não pode ser resolvido usando aços com alta dureza (isto é, com maior teor de elementos químicos), pois a soldabilidade é prejudicada, a tenacidade é afetada negativamente e o risco de picos de dureza é aumentado.

[0006] Estão descritos nas EP1918395A1, EP1876254A1 e US2013/000790A1 exemplos de processos de manufatura os tubos de aço relacionados.

[0007] A EP1918395A1 descreve aços de baixo teor de carbono e um processo de fabricação de tubos de aço sem costura onde imediatamente após a termoformação é realizado o processo de têmpera e revenimento, ou então são colocados em um forno de tratamento e expostos a uma temperatura não inferior ao ponto Ac3 e finalmente temperados e revenidos. Assim, o processo da EP1918395A1 executa um tratamento contínuo logo após as operações de termoformação, enquanto o tubo ainda está em temperaturas acima do Ar3 (isto é, sem a ocorrência de transformação de fase de austenita para ferrita). O revenimento inclui o reaquecimento abaixo do Ac1 seguido por refrigeração a ar. Tal processo, conduzido ao usar os aços de baixo teor de carbono descritos, produz tamanhos de partícula definidos no padrão Japonês KIS G0551 (1988) que correspondem a valores do tamanho de partícula austenítico anterior (intersepto linear médio, ASTM E112) maiores que 32 nm. Como desvantagem, estes valores altos de tamanho de partícula austenítico anterior (AGS) para estes aços de baixo teor de carbono significam maior dureza do aço consequentemente com valores de dureza muito altos obtidos após a têmpera, onde, também após o revenimento, não se pode garantir valores máximos de dureza abaixo de 250 HV10 a 1,5 mm de profundidade da superfície do tubo. Além disso, tamanhos de partícula austeníticos anteriores grosseiros levam a baixa tenacidade, já que os valores de energia de impacto e área de cisalhamento são negativamente afetados por populações grosseiras de grãos.

[0008] A US2013/000790A1 descreve que o tubo de aço é submetido, imediatamente após a rolagem a quente e antes da têmpera e do revenimento, a uma etapa de recozimento S4 (Fig. 5) e/ou a uma etapa de resfriamento acelerado com água S5 com uma taxa de resfriamento de pelo menos 100°C/min e uma temperatura de parada de resfriamento de 550° a 450°C de maneira a evitar a precipitação de carbonitretos. Após este resfriamento acelerado e interrompido, os tubos possuem inibição de crescimento de grãos muito ruim. Portanto, é esperado nestes tubos um tamanho de partícula austenítico grosseiro (AGS) maior que 25 μm, o que significa maior dureza do aço com consequentemente valores máximos de dureza de 250 HVio ou maior a 1,5 mm de profundidade da superfície do tubo. Assim, também é esperada baixa resistência à SSC para estes materiais nas proximidades das superfícies dos tubos.

[0009] A EP1876254A1 também descreve um processo que executa um tratamento contínuo em linha imediatamente após as operações de termoformação, enquanto o tubo ainda está em temperaturas acima de Ar3. Ademais, as composições de aço descritas tornam difícil a diminuição da dureza para valores abaixo de 250 HV10 e ainda mais difícil abaixo ou igual a 235 HV10 após o revenimento.

[0010] Portanto devem ser encontradas novas soluções, fora do padrão convencional para adição de (micro)-ligas seguidas até o momento para tubos sem costura Q&T e dobras de indução a quente, para graduações de alto desempenho X60Q, X65Q e X70Q de tubos sem costura de paredes reforçadas, com dureza máxima menor que 235 HV10 e resistência ao impacto muito boa em baixas temperaturas (< -60 °C).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] O principal objetivo da presente invenção é produzir um tubo de aço sem costura temperado e revenido que oferece uma combinação de valores máximos de dureza consistentemente baixos também próximos das superfícies internas e externas dos tubos, tenacidade em baixas temperaturas excelente, resistência à corrosão (em ambientes de serviço azedos ácidos que contém H2S) e boa soldabilidade.

[0012] Um objetivo adicional da presente invenção é prover um processo de fabricação do referido tubo de aço sem costura.

[0013] A presente invenção se propõe a alcançar os objetivos referidos produzindo um tubo de aço sem costura temperado e revenido que, de acordo com a reivindicação 1, possui uma tensão de escoamento de 415 MPa a 635 MPa e uma espessura de parede (WT) maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm; onde o tubo de aço possui uma composição química consistindo de 0, 050-0, 085 % (massa) de C, 0, 80-1, 65 % (massa) de Mn, 0,100,45 % (massa) de Si, 0,10-0,70 % (massa) de Cr, 0, 08-0,45 % (massa) de Ni, 0,08-0,40 % (massa) de Mo, 0,015-0,040 % (massa) de Al, 0,0008-0,0050 % (massa) de Ca, 0,0030-0,0090 % (massa) de N, 0,000-0,040 % (massa) de Nb, 0,000-0,020 % (massa) de Ti, 0, 000-0, 030 % (massa) de Zr, 0, 000-0, 030 % (massa) de Ta, 0,000-0,010 % (massa) de V, 0,00-0,25 % (massa) de Cu, 0,0000,003 % (massa) de S, 0,000-0,015 % (massa) de P, 0,0000-0,0005 % (massa) de B baseado na composição mássica, o restante sendo ferro; onde CEiiw = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15) está no intervalo de 0,36% a 0,43%, onde, definindo um primeiro parâmetro P1 = 50 x C + Cr + 10 x Mo + 70 x V, a composição química satisfaz uma primeira condição 4,2 < P1 < 8,0; onde o tubo de aço temperado e revenido possui, em espessura intermediária, uma microestrutura consistindo de, em porcentagem volumétrica, uma quantidade de bainita revenida maior ou igual a 50% e de ferrita (VF) menor ou igual a 50%; onde o tubo de aço temperado e revenido possui, em uma distância de até 2 mm a partir das superfícies internas ou externas, uma microestrutura consistindo de, em porcentagem volumétrica, uma quantidade de martensita revenida menor que 70% e de bainita revenida maior que 30%; onde a microestrutura do tubo de aço temperado e revenido possui um tamanho de partícula austenítico anterior, medido pela norma ASTM E112, menor que 25 μm; e onde os valores máximos de dureza, medidos a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies internas e externas, não são maiores que 235 HV10.

[0014] Um segundo aspecto da invenção relata um processo de fabricação do referido tubo de aço sem costura onde, de acordo com a reivindicação 14, são providas as seguintes etapas: - termoformação de um tubo de aço sem costura possuindo uma composição química de acordo com a reivindicação 1 e uma espessura de parede (WT) maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm; - refrigeração do tubo de aço sem costura com ar até que se alcance a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço sem costura, com uma primeira taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, para uma temperatura de austenitização acima do ponto de transformação Ac3, em um intervalo entre 880°C e 980°C, provendo um tempo de residência entre 180s e 5400s; - têmpera do tubo de aço sem costura, por ação de um resfriamento interno e externo, com uma taxa de resfriamento maior que 6°C/s e até 30°C/s na espessura intermediária do tubo, e com uma taxa de resfriamento de 100-200°C/s nas proximidades das superfícies internas e externas do tubo; - aquecimento do tubo de aço sem costura, com uma segunda taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, para uma temperatura compreendida em um intervalo predeterminado, provendo um tempo de residência na referida temperatura de revenimento entre 600 s e 7200 s; onde o referido intervalo predeterminado é calculado com uma tolerância de ±20°C usando a seguinte equação:

onde a é um parâmetro que tem valor igual a -0,07, 0,16 ou 0,40 se a graduação a ser alcançada é X60Q, X65Q ou X70Q, respectivamente. Os tubos de aço sem costura temperados e revenidos (Q&T) da invenção são adequados para tubos de linhas, "flowlines" e "risers" de graduações X60Q, X65Q e X70Q, e preferencialmente possuem um diâmetro externo (OD) entre 6” (152 mm) e 28” (711 mm).

[0015] Após a manufatura, o tubo sem costura de paredes reforçadas pode ser submetido a operações de dobradura e tratamentos térmicos para obter dobras de graduações X60Q e X65Q com durezas máximas baixas e tenacidade aprimorada em temperaturas baixas. As referidas dobras têm uma tensão de escoamento de 415 a 600 MPa; valores máximos de dureza, medidos a 1,5-2,0 mm de profundidades da superfície, menor ou igual a 235 HV10; boa resistência ao impacto em temperaturas baixas (energia mínima de impacto de 150 J para os testes transversos CVN executados em espécies de tamanho padrão a -40°C), enquanto possuindo concomitantemente boa resistência à HIC e SSC.

[0016] Definindo o parâmetro P1 = 50xC + Cr + 10xMo + 70xV, o tubo de aço da invenção permite alcançar os requisitos de dureza máxima baixa (também na parte de espessura próxima às superfícies interna e externa do tubo), as tensões de escoamento mínimas especificadas (SMYS), tenacidade e a resistência à corrosão ao satisfazer a seguinte condição: P1 = 50xC + Cr + 10xMo + 70xV < 8,0, preferencialmente P1 < 7,5, onde os símbolos dos elementos químicos representam o valor de porcentagem mássica (% massa).

[0017] Ademais, definindo o parâmetro P2 = 10xC + Mn + Cr + 4xMo + 16xV, as modalidades preferenciais da invenção permitem obter propriedades de tensão adequadas em espessuras intermediárias se o parâmetro P2 satisfaz as condições resumidas na seguinte tabela: Tensão de escoamento mínima requerida 415 MPa 450 MPa 485 MPa

[0018] O símbolo "x" nos parâmetros P1 e P2 e na fórmula de carbono equivalente CErcm é um sinal de multiplicação. Nos parâmetros P1 e P2 os símbolos para os elementos químicos representam o valor de porcentagem mássica (% massa).

[0019] Os tubos de aço fabricados de acordo com a presente invenção exibem: • Tensão de escoamento, YS: mínima de 415 MPa (60,2 ksi) e máxima de 635 MPa (92,1 ksi); • Resistência à tração, UTS: mínima de 520 MPa (75,4 ksi) e máxima de 760 MPa (110,2 ksi); • Alongamento, não menos que 18%; • Razão YS/UTS não maior que 0,90; • Dureza máxima (medida entre 1,5 mm e 2,0 mm de profundidade da superfície do tubo) não maior que 235 HV10, preferencialmente não maior que 230 HV10, e mais preferencialmente não maior que 225 HV10; • Energia mínima de impacto de 200 J / 150 J (média / individual) e um mínimo de 85% de área média de cisalhamento para ambos os testes longitudinal e transverso Charpy V-notch (CVN) executados em corpos de prova padrões a -40°C de acordo com a norma ASTM A 370; • Temperatura de Transformação Dúctil-Frágil (ASTM E23) menor ou igual a em torno de -60°C; • Resistência à Fissuração Induzida por hidrogênio, avaliada de acordo com a norma NACE TM0284-2003 item n° 21215, usando uma solução A NACE e um teste de duração de 96 horas, com os seguintes parâmetros HIC (média em três seções de três corpos de prova): o Razão de Comprimento de Fissura, CLR < 10% o Razão de Espessura de Fissura, CTR < 3% o Razão de Sensibilidade de Fissura, CSR < 0,5% • Resistência à Fissuração por Fragilização Causada por Sulfeto (SSC), avaliada de acordo com ASTM G39, usando solução-teste A NACE TM0177 e duração de 720 horas, com ausência de falha a 90% da tensão de escoamento verdadeira (AYS).

[0020] Todas as características foram alcançadas através do projeto metalúrgico adaptado de tubos por meio de testes de laboratório e triagem industrial. Os resultados mostram que a manufatura de tubos sem costura Q&T e de dobraduras com dureza máxima não superiores que 235 HV10, preferencialmente não superiores que 230 HV10, e mais preferencialmente não superiores que 225 HV10, é possível pelo menos com um intervalo dimensional determinado: diâmetro externo (OD) variando de 6” (152 mm) a 28” (711 mm), e espessura de parede (WT) de 35 mm a 80 mm.

[0021] Em particular, os tubos de aço da invenção têm dureza máxima, medida a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies internas e externas, não maiores que 235 HV10 para a graduação X70Q, não maior que 230 HV10 para a graduação X65Q, e não maior que 225 HV10 para a graduação X60Q.

[0022] O termo "tubo" como usado aqui, se refere a um membro oco, alongado que pode ser ereto ou possuir dobras ou curvas e ser constituído em um formato predeterminado, e qualquer formação adicional requerida para consolidar o produto tubular formado no seu local desejado. O tubo pode ter uma superfície externa e interna substancialmente cilíndrica, apesar de que outras formas e seções transversais também estão contempladas.

[0023] O termo "temperatura ambiente" como usado aqui possui seu significado comum conhecido por aqueles versados na arte e pode incluir temperaturas entre em torno de 16°C (60°F) a em torno de 32°C (90°F).

[0024] No que se refere à composição do aço, o termo "elemento opcional" se refere a um elemento que é possivelmente adicionado aos elementos mandatórios que definem a composição química essencial dos tubos de aço da invenção. Cada elemento opcional pode ser acrescentado para adicionalmente aprimorar as propriedades dos tubos de aço. Os elementos opcionais no aço dos tubos sem costura da invenção são: nióbio (Nb), titânio (Ti), zircônio (Zr) e tântalo (Ta).

[0025] O termo "elemento de impureza", do contrário, se refere a um elemento não provido no projeto da composição do aço de maneira a alcançar os objetivos referidos da invenção. Porém, o referido elemento pode estar presente como impureza ou traços, pois, dependendo dos processos de manufatura, sua presença pode ser inevitável. De maneira a otimizar as propriedades dos tubos de aço da invenção, o conteúdo de cada elemento de impureza foi apropriadamente limitado.

[0026] Em particular, o vanádio é um elemento de impureza que, se presente, deve ter um valor máximo de 0,010 % em massa. Em tubos de aço sem costura conhecidos na arte um teor maior de vanádio implicou em valores máximos de dureza maiores que 235 HV10, em particular nas proximidades das superfícies dos tubos, mesmo que o valor de dureza média ao longo de toda a espessura da parede tenha sido menor que 235 HV10. O termo "dureza média" significa o valor médio de valores de dureza medidos ao longo da espessura da parede do tubo.

[0027] Adicionalmente ao vanádio, outros elementos de impureza podem ser: cobre (Cu), enxofre (S), fósforo (P) e boro (B).

[0028] O valor máximo de todas as impurezas na formulação do aço é vantajosamente igual à em torno de 0,279 % em massa (a soma dos valores máximos de todas as impurezas é 0,2785 % em massa).

[0029] Os termos "aproximadamente", "em torno de" e "substancialmente" como usados aqui representam uma quantidade igual ou próxima da quantidade relatada que ainda executa uma função desejada ou alcança um resultado desejado. Por exemplo, os termos "aproximadamente", "em torno de" e "substancialmente" podem se referir a uma quantidade que está dentro de menos de 20%, menor que 5% e menor que 1% da quantidade relatada, respectivamente.

[0030] As reivindicações dependentes descrevem modalidades preferenciais da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0031] Vantagens e características adicionais da presente invenção serão mais aparentes à luz da descrição detalhada dos tubos de aço sem costura e do processo de fabricação deles, ilustrados por intermédio de exemplos não limitantes, com o auxílio das ilustrações em anexo, onde:

[0032] A Figura 1 é um diagrama de uma transformação de resfriamento contínuo (CCT) para uma modalidade de um aço de acordo com a invenção;

[0033] A Figura 2 é um fluxograma do processo de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERENCIAIS DA INVENÇÃO

[0034] O tubo de aço sem costura, sujeito da presente invenção, foi designado de forma a ter não apenas o valor médio de dureza ao longo de toda a espessura da parede, mas também os valores máximos de dureza abaixo ou igual a 235 HV10, preferencialmente abaixo ou igual a 230 HV10, e mais preferencialmente não maiores que 225 HV10, também na proximidade de ambas as superfícies interna e externa do tubo, combinado com boa tenacidade em baixas temperaturas, resistência à fragilização causada por sulfeto (SSC) e fissuração induzida por hidrogênio (HIC), permitindo o uso do tubo em ambientes de serviço azedo. Os referidos valores máximos de dureza foram medidos a 1,5-2,0 mm de profundidade de ambas as superfícies internas e externas dos tubos, de acordo com a ISO 3183.

[0035] Os tubos sem costura de acordo com a invenção podem ser empregados, por exemplo, como tubos de linha, "flowlines" e "risers" para uso na indústria de óleo e gás. Os referidos tubos possuem uma espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm e preferencialmente têm, globalmente, uma microestrutura predominante de bainita, como será explicado posteriormente com mais detalhes. Os referidos tubos possuem uma tensão de escoamento mínima de pelo menos 415 MPa (60ksi), envolvendo as propriedades mecânicas correspondentes a diferentes graduações: X60Q (tensão de escoamento mínima de 415 MPa = 60,2 ksi), X65Q (tensão de escoamento mínima de 450 MPa = 65,3 ksi) e X70Q (tensão de escoamento mínima de 485 MPa = 70,3 ksi).

[0036] Como discutido em detalhes abaixo, através de uma combinação de composição de aço e tratamento térmico, é alcançada uma microestrutura final que enaltece as propriedades mecânicas selecionadas de interesse em tubos sem costura de paredes reforçadas.

[0037] A composição de aço da presente invenção compreende carbono (C), manganês (Mn), silício (Si), cromo (Cr), níquel (Ni), molibdênio (Mo), alumínio (Al), nitrogênio (N) e cálcio (Ca). Adicionalmente, um ou mais dos seguintes elementos podem ser opcionalmente adicionados: nióbio (Nb), titânio (Ti), zircônio (Zr) e tântalo (Ta). O restante da composição compreende ferro (Fe) e possíveis impurezas. A concentração das referidas impurezas é reduzida a menor quantidade possível. As referidas impurezas podem incluir vanádio (V), cobre (Cu), enxofre (S), fósforo (P) e boro (B).

[0038] A dureza do aço, isto é, a habilidade relativa do aço de formar bainita e martensita quando temperado foi aprimorada através da composição química. Em particular, a adição de elementos como Mo, Mn, Cr e Ni nos intervalos descritos abaixo são efetivos para promover a formação de bainita ao invés de ferrita. Este aspecto é fundamental no caso de tubos de paredes reforçadas (espessura maior ou igual a 35 mm) para alcançar a tensão de escoamento requerida na parede média (ou espessura intermediária) após a têmpera e o revenimento.

[0039] São considerados como processo de iniciação de fratura de rachadura três estágios: (I) formação da origem da fratura pela quebra da cementita, (II) propagação da trinca na cementita na matriz e formação de uma rachadura, e (III) propagação da rachadura através das fronteiras entre os grãos de altos ângulos, sendo que tanto um baixo teor por unidade de volume de partículas de cementita quanto uma alta frequência de fronteiras de alto ângulo (finamente dividido) levam a uma melhor resistência ao impacto em baixas temperaturas.

[0040] O baixo teor de carbono evita a formação de um número excessivo de partículas grosseiras de cementita, mas reduz a dureza e aumenta as temperaturas de transformação. Logo, a diminuição de C tem que ser combinada com adições adequadas de Mn, Cr, Ni e Mo para reduzir as temperaturas e manter o tamanho de partícula fino.

[0041] Foram identificados aços preferenciais como tendo: - Microadição de nióbio (Nb) (0,040% máximo), preferencialmente 0,015-0,040%; - Teor de carbono de 0,050 a 0,085%, onde quanto mais baixo o teor de carbono no aço maior o teor de outros elementos de liga como Mn, Mo, Cr e Ni.

[0042] Como vantagem, a combinação de elementos químicos é otimizada de forma a manter baixo o valor máximo de dureza e induzir boa soldabilidade, mantendo o carbono equivalente CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15) no intervalo de 0,36% a 0,43%. Além do mais, preferencialmente os valores de carbono equivalente (CEPcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cr/20 + Cu/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 +5B) estão no intervalo de 0,17 a 0,22. Os símbolos dos elementos químicos dos carbonos equivalentes CΘIIW e CEPcm representam a porcentagem mássica (% massa).

[0043] Vantajosamente, podem ser consistentemente garantidos os requisitos de valores de dureza máxima apropriadamente reduzidos (ao longo de toda a espessura do tubo), os de tensão de escoamento mínima, tenacidade e resistência à corrosão se o parâmetro P1 definido pela equação 1: P1 = 50xC + Cr + 10xMo + 70xV (eq. 1) satisfizer a condição P1 < 8,0, preferencialmente P1 < 7,5.

[0044] Vantajosamente, P1 é maior que ou igual a 4,2.

[0045] Os tubos de aço da invenção possuem um perfil de dureza em forma de U ao longo da espessura da parede, com os valores mais altos nas superfícies internas e externas e os valores mais baixos na espessura intermediária.

[0046] Ademais, propriedades adequadas de tração na meia espessura são alcançadas se o parâmetro P2 definido pela equação 2, P2 = 10xC + Mn + Cr + 4xMo + 16xV (eq. 2) satisfizer a seguinte condição P2 > 2,3, e em particular: P2 > 2,3 de forma a atender à mínima tensão de escoamento requerida pela graduação X60Q (415 MPa); P2 > 2,7 de forma a atender à mínima tensão de escoamento requerida pela graduação X65Q (450 MPa); P2 > 3,5 de forma a atender à mínima tensão de escoamento requerida pela graduação X70Q (485 MPa).

[0047] Vantajosamente P2 é menor ou igual a 4,0.

[0048] O símbolo "x" nas equações 1 e 2 e na fórmula de carbono equivalente CEPcm é um sinal de multiplicação. Nas equações 1 e 2 os símbolos para os elementos químicos representam valor de porcentagem mássica (% massa).

[0049] A Tabela 1 ilustra algumas modalidades preferenciais da composição do aço, em porcentagem mássica (% massa): Tabela 1 - Intervalos de composições de aços (porcentagem mássica)

(*) M = Mandatório; O = Opcional; I = Impureza

[0050] O carbono (C) é um elemento mandatório cuja adição ao aço aumenta sem custos adicionais sua resistência e refina a microestrutura, reduzindo as temperaturas de transformação. Se o teor de C é menor que em torno de 0, 050%, é difícil de se obter a resistência desejada nos tubos. Por outro lado, se a composição de aço possui teor de C maior que em torno de 0, 085%, a dureza máxima fica acima de 235 HV10, a tenacidade é prejudicada e a soldabilidade diminui, tornando mais difícil e caro qualquer processo de solda. Logo, o teor de C da formulação do aço é selecionado dentro do intervalo de 0,050% a 0,085%, e preferencialmente dentro do intervalo de 0,060% a 0,080%.

[0051] O manganês (Mn) é um elemento mandatório cuja adição na formulação do aço é efetiva para aumentar a dureza, a resistência mecânica e a tenacidade do aço. Se o teor de Mn da composição do aço for menor que em torno de 0,80% é difícil de obter a resistência mecânica desejada. Porém, se o teor de Mn no aço exceder 1,65% estruturas de ligação ficam expostas, e tanto a tenacidade quanto a resistência a HIC/SSC diminuem. Logo, o teor de Mn da composição do aço é selecionado dentro do intervalo de 0,80% a 1,65%, preferencialmente entre 0,95% e 1,30% e mais preferencialmente entre 1,00% e 1,20%.

[0052] O silício (Si) é um elemento mandatório cuja adição na formulação do aço confere um efeito desoxidante durante o processo de fabricação e também eleva a resistência mecânica (por exemplo, reforçamento de solução sólida). Se o teor de Si da composição de aço for menor que 0,10%, o aço é pouco desoxidado durante a fabricação e exibe um alto nível de microinclusões. Se o teor de Si da formulação do aço exceder 0,45%, tanto a tenacidade quanto a usinabilidade do aço diminuem. Um teor de Si maior que em torno de 0,45% também é reconhecido como tendo efeito prejudicial na qualidade da superfície quando o aço é processado em altas temperaturas (por exemplo, temperaturas maiores que em torno de 1000°C) em atmosferas oxidantes, pois a aderência da superfície de óxido (escama) é aumentada devido à formação de faialita e o risco de defeito na superfície é maior. Assim, o teor de Si na composição do aço é selecionado dentro do intervalo de entre 0,10% e 0,45%, preferencialmente entre 0,10% e 0,35%, e mais preferencialmente dentro do intervalo de 0,10% a 0,30%.

[0053] O cromo (Cr) é um elemento mandatório cuja adição na formulação do aço aumenta a dureza, diminui as temperaturas de transformação e aumenta a resistência ao revenimento do aço. Assim, a adição de Cr é desejável para alcançar altos níveis de resistência e tenacidade. Se o teor de Cr da composição do aço é menor que 0,10% é difícil de se obter a resistência e a tenacidade desejadas. Por outro lado, se o teor de Cr excede em torno de 0,70%, o custo é excessivo e a tenacidade diminui devido à precipitação facilitada de carbetos grosseiros nas fronteiras entre os grãos. Adicionalmente, a soldabilidade do aço resultante é reduzida, tornando o processo de solda mais difícil e caro. Logo, o teor de Cr da composição do aço é selecionado dentro do intervalo de 0,10% a 0,70%, preferencialmente entre 0,20% e 0,50%, e mais preferencialmente entre 0,30% e 0,40%.

[0054] O níquel (Ni) é um elemento mandatório cuja adição aumenta a resistência e a tenacidade do aço. Porém, quando a adição de Ni excede 0,45%, é observada uma escama mais aderente, com maior risco de formação de defeitos superficiais. Além do mais, o teor de níquel maior que 1% é reconhecido como tendo um efeito danoso na fragilização causada por sulfeto (SSC). Ao invés disso, se o teor de Ni é menor que 0,08% o efeito na tenacidade e na resistência se torna negligível. Logo, o teor de Ni da formulação do aço pode variar dentro do intervalo de 0,08% a 0,45%, preferencialmente entre 0,15% e 0,40%, e mais preferencialmente entre 0,25% e 0,35%.

[0055] O molibdênio (Mo) é um elemento mandatório cuja adição na formulação do aço aprimora a dureza, o endurecimento por solução sólida e a fina precipitação. O Mo auxilia no retardamento do adoçamento durante o revenimento, promovendo a formação de precipitados muito finos MC e M2C. Estas partículas estão substancialmente uniformemente distribuídas na matriz e também atuam como sítios de captura benéficos de hidrogênio, tornando mais lenta a difusão de hidrogênio elementar até os sítios de captura perigosos, usualmente situados nas fronteiras entre os grãos, que se comportam como sítios de nucleação de fissuras. O Mo também reduz a segregação de fósforo nas fronteiras dos grãos, aprimorando a resistência à fratura intergranular, com efeitos benéficos também na resistência à SSC, já que aços de alta resistência que sofrem com fragilização por hidrogênio exibem uma morfologia de fratura intergranular. Ao aumentar o teor de Mo, a resistência desejada é alcançada em temperaturas maiores de revenimento, que promovem melhores níveis de tenacidade. De forma a exercer o efeito mencionado, o teor de Mo da formulação do aço é maior ou igual a 0,08%. Porém, para teores de Mo maiores que 0,40% a soldabilidade é reduzida. Como a liga com ferro de Mo é cara, o teor de Mo é selecionado dentro do intervalo de 0,08% a 0,40%, preferencialmente entre 0,15% a 0,40% e mais preferencialmente entre 0,30% e 0,35%.

[0056] O nióbio (Nb) é um elemento opcional cuja adição ao aço é usada para refinar adicionalmente o tamanho do grão austenítico durante a rolagem a quente e o reaquecimento antes da têmpera, já que ele impede o movimento das fronteiras dos grãos atuando tanto na solução sólida quanto na forma de carbetos e nitretos finos.

[0057] O Nb aumenta a resistência do aço pelo endurecimento da dispersão de partículas. Estas partículas finas e arredondadas estão substancialmente uniformemente distribuídas na matriz e também atuam como sítios de captura de hidrogênio, retardando beneficamente a difusão de hidrogênio atômico até os sítios de captura perigosos, usualmente nas regiões fronteiriças dos grãos, que se comportam como sítios de nucleação de fissuras. Se o teor de Nb é maior que 0, 040%, é formada uma distribuição grosseira de precipitados que prejudica a tenacidade. Ademais, se o teor de Nb é maior que 0,040% ele pode promover a formação de zonas quebradiças na zona afetada por calor (HAZ) no perímetro soldado. Assim, o teor de Nb na formulação do aço é selecionado para ser menor ou igual a em torno de 0,040% (com 0,000% de possibilidade incluída), preferencialmente maior ou igual a 0,020% e menor ou igual a 0,040%, e mais preferencialmente maior ou igual a 0,020% e menor ou igual a 0,030%.

[0058] O titânio (Ti) é um elemento opcional cuja adição na formulação do aço é provida para refinar o tamanho de grão austenítico em processos de altas temperaturas, formando nitretos e carbonitretos. Quando o titânio está presente em concentrações maiores que 0,020%, são formadas partículas grosseiras de TiN que prejudicam a tenacidade. De acordo, o teor de Ti da composição do aço é menor ou igual a 0,020% (com 0,000% de possibilidade incluída), preferencialmente menor ou igual a 0,015%. Em uma modalidade alternativa do aço o titânio (Ti) é um elemento mandatório com teor selecionado como sendo maior ou igual a 0, 006% e menor ou igual a 0, 020%, preferencialmente maior ou igual a 0,006% e menor ou igual a 0,015%.

[0059] O vanádio (V) é vantajosamente excluído da composição química do aço. Porém, ele pode estar presente como um elemento de impureza cuja presença na formulação do aço aumenta a resistência através da precipitação muito fina de carbonitretos durante o revenimento. Porém, se é formada uma fração volumétrica considerável de partículas de carbetos de vanádio surgem dificuldades na manutenção de altos níveis de tenacidade e valores máximos de dureza menores ou iguais a 235 HV10 após o revenimento. Assim, o teor de V na formulação do aço é mantido como sendo menor ou igual a 0,010%.

[0060] O alumínio (Al) é um elemento mandatório cuja adição na formulação do aço possui um efeito desoxidante durante o processo de fabricação e pode refinar o grão de aço. Logo, o teor de Al é maior ou igual a 0,015%, preferencialmente maior ou igual a 0,020%. Se o teor de Al da formulação for maior que em torno de 0,040% podem ser formados precipitados grosseiros de AlN que prejudicam a tenacidade e/ou óxidos ricos em Al (por exemplo, inclusões não metálicas) que prejudicam a resistência a HIC e SSC. Portanto o teor de Al do aço é selecionado para estar dentro do intervalo de 0,015% a 0,040%, preferencialmente entre 0,020% e 0,040% e mais preferencialmente entre 0,020% e 0,030%.

[0061] O nitrogênio (N) é um elemento mandatório cuja presença na formulação do aço contribui para formar carbonitretos de Nb, Mo e Ti, e auxilia para alcançar a resistência mecânica mínima. Porém se o teor de N exceder 0,0090%, a tenacidade do aço pode ser degradada. Assim, o teor de N na formulação do aço deve estar no intervalo de 0,0030% a 0,0090%, preferencialmente entre 0,0030% e 0,0070%, e mais preferencialmente entre 0,0030% e 0,0060%.

[0062] O cobre (Cu) é um elemento de impureza que não é necessário nas modalidades de composições de aço. Porém, dependendo do processo de fabricação, a presença de cobre pode ser inevitável. Assim, o teor de cobre é limitado ao menor possível, de maneira a manter em níveis muito baixos os riscos de fissuração a quente (trincas a quente) e de formação de defeitos induzida por escama aderente. Por exemplo, o teor de Cu da formulação do aço é menor ou igual a 0,25% (0,00% de possibilidade incluída), preferencialmente menor ou igual a 0,20%, e mais preferencialmente menor ou igual a 0,15%. Entre as impurezas possíveis o cobre é o elemento que pode estar presente em maiores % mássicas e sua presença eventual é devido ao processo de fabricação. Estes limites máximos são típicos de uma rota de produção de aço baseada no Forno de Arco Elétrico (EAF) com uso de sucata como matéria-prima. A reciclagem intensa é agora uma prática comum no mundo para a produção de produtos planos e longos/tubulares, sendo que esta prática pode determinar a presença de cobre como uma impureza nos níveis acima mencionados.

[0063] O Enxofre (S) é um elemento de impureza que pode diminuir tanto a tenacidade quanto o manuseio do aço, bem como a resistência a HIC/SSC. Portanto, o teor de enxofre no aço é mantido o mais baixo possível. Por exemplo, o teor de S na formulação é menor ou igual a 0,0030% (0,00% de possibilidade incluída), preferencialmente menor ou igual a 0,0020%, e mais preferencialmente menor ou igual a 0,0010%.

[0064] O fósforo (P) é um elemento de impureza que pode reduzir a tenacidade e a resistência a HIC/SSC do aço de alta resistência. Portanto, o teor de fósforo é mantido o mais baixo possível. Por exemplo, o teor de P na composição pode ser menor ou igual a em torno de 0,015% (0,00% de possibilidade incluída), preferencialmente menor ou igual a em torno de 0,011%.

[0065] O cálcio (Ca) é um elemento mandatório cuja adição na formulação do aço auxilia no controle da forma das inclusões e na melhora da resistência à HIC ao formar sulfetos finos e substancialmente redondos. Para prover estes benefícios, o teor de cálcio na formulação é selecionado para ser maior ou igual a em torno de 0, 0008%. Porém, se o teor de Ca exceder 0, 0050% o efeito da adição de Ca é saturado e aumenta o risco de formação de agregados de inclusões não metálicas ricas em cálcio que reduzem a resistência a HIC e SSC. Portanto, o teor de Ca na formulação do aço é selecionado para estar no intervalo de 0,0008% a 0,0050%, preferencialmente entre 0,0008% e 0,0030%, e mais preferencialmente entre 0,0015% e 0,0030%.

[0066] O boro (B) é um elemento de impureza cuja presença na composição do aço é indesejada, já que aumenta a dureza do aço e a dureza na HAZ. O limite superior do teor de boro para evitar os efeitos maléficos é em torno de 0,0005%. Logo, o teor máximo de B na composição do aço é selecionado para ser menor ou igual a 0,0005% (0,00% de possibilidade incluída).

[0067] O zircônio (Zr) e o tântalo (Ta) são elementos opcionais que atuam como formadores fortes de carbetos e nitretos, assim como o Nb e o Ti. Estes elementos podem ser opcionalmente adicionados na composição do aço de forma a produzir carbonitretos finos de Zr e Ta que aumentam a resistência mecânica do aço pelo endurecimento da dispersão de partículas e que também atuam como sítios de captura de hidrogênio benéficos, retardando a difusão de hidrogênio atômico até os sítios de captura perigosos. Se o teor de Zr ou Ta é maior ou igual a 0,030% é formada uma distribuição grosseira de precipitados que pode prejudicar a tenacidade do aço. O zircônio também atua como um elemento desoxidante no aço e combina com o enxofre; porém, o cálcio é preferencial caso a adição no aço seja para promover inclusões não metálicas globulares. Logo, o teor de Zr e Ta na formulação do aço é selecionado para ser menor ou igual a 0,030% (0,00% de possibilidade incluída), preferencialmente menor ou igual a 0,015% e mais preferencialmente menor ou igual a 0,010%.

[0068] Está ilustrado esquematicamente no fluxograma da Figura 2 um processo para a manufatura de tubos de aço sem costura, objeto da presente invenção. O processo inclui operações de fabricação de aço 102; operações de termoformação 104; operações de tratamento térmico 106, incluindo austenitização 106A, têmpera 106B e revenimento 106C; e operações de acabamento 110. Metodologias conhecidas podem estar incluídas nas operações de fabricação de aço para preparar as composições da Tabela 1 e nas operações de termoformação para produzir um tubo de aço sem costura que possui espessura de parede no intervalo de 35 a 80 mm.

[0069] As operações de fabricação de aço 102 preferencialmente compreendem a manufatura do aço e a produção de um tarugo sólido metálico capaz de ser perfurado e laminado para formar um produto tubular metálico. Podem ser empregados sucata selecionada de aço, ferro fundido e ferro-esponja para preparar a matéria-prima para a formulação do aço. Outras fontes de ferro e/ou aço podem ser empregadas para a preparação da composição de aço.

[0070] A fabricação primária de aço pode ser executada usando um forno de arco elétrico para fundi-lo, diminuir as impurezas fosforosas e demais, e alcançar a temperatura selecionada. Pode ser adicionalmente executada a estampagem e a desoxidação, em conjunto com a adição de elementos de liga.

[0071] Um dos principais objetivos do processo de manufatura do aço é refinar o ferro pela remoção das impurezas. Em particular, enxofre e fósforo são prejudiciais para o aço pois degradam as propriedades mecânicas e a resistência a HIC e SSC. Em uma modalidade, uma fabricação secundária de aço pode ser executada em um forno-panela e estação de corte após a fabricação de aço primária para executar etapas específicas de purificação.

[0072] Durante estas operações são alcançados teores muito baixos de enxofre no aço, são executados tratamentos de inclusão de cálcio e de flotação de inclusões. A flotação de inclusões pode ser executada ao borbulhar gases inertes no forno-panela para forçar a flotação de inclusões e impurezas. Esta técnica produz uma escória fluida capaz de absorver impurezas e inclusões. Desta maneira, é provido um aço de alta qualidade que possui a composição desejada com baixo teor de inclusões.

[0073] Seguindo a produção de aço fundido como tendo uma composição dentro dos intervalos da Tabela 1, ele é conformado em um tarugo sólido cilíndrico possuindo um diâmetro substancialmente uniforme ao longo do eixo longitudinal. Por exemplo, podem ser produzidos desta maneira tarugos cilíndricos com diâmetros dentro do intervalo de 200 mm a em torno de 420 mm.

[0074] O tarugo então fabricado é transformado em um produto tubular através de processos de termoformação 104. Um tarugo sólido, cilíndrico de aço limpo pode ser aquecido a uma temperatura de em torno de 1200°C a 1340°C, preferencialmente em torno de 1280°C. Por exemplo, o tarugo pode ser reaquecido por um forno de fundição rotatório. O tarugo é adicionalmente sujeito a operações de perfuração e rolagem. Ele é perfurado, por exemplo, usando o efeito Mannessmann, e um processo de deformação térmica é usado para reduzir substancialmente o diâmetro externo e a espessura da parede do tubo, enquanto o comprimento é substancialmente aumentado. O processo de perfuração pode ser executado a temperaturas com intervalo entre em torno de 1200°C a em torno de 1300°C.

[0075] As barras ocas obtidas são sujeitas a rolagem a quente em temperaturas no intervalo entre cerca de 1000°C e cerca de 1200°C em um moinho de rolos de mandril retido ou moinho equivalente.

[0076] O dimensionamento preciso pode ser conduzido por um moinho de dimensionamento.

[0077] Os tubos sem costura são, após a termoformação e antes da austenitização, têmpera e revenimento resfriados diretamente em ar, preferencialmente ar estagnado, para aproximadamente a temperatura ambiente em um leito de resfriamento. Os tubos resfriados por ar possuem uma microestrutura de ferrita e perlita, devido a relativamente baixa taxa de resfriamento durante a refrigeração em ar estagnado entre 800°C e 500°C, com a referida taxa estando em torno de 0,5-2°C/s, dependendo da espessura. Além do mais, os tubos resfriados por ar já contém precipitados finos (por exemplo, Nb e/ou carbonitretos de V) formados durante o resfriamento com ar, que são muito efetivos na inibição do crescimento do grão austenítico durante o reaquecimento (austenitização) antes da têmpera. Por exemplo, tubos com diâmetro externo (OD) entre em torno de 6 e 16 polegadas podem ser formados desta maneira.

[0078] Alternativamente, após a rolagem a quente os tubos podem ser aquecidos continuamente, sem resfriar até a temperatura ambiente, por um forno intermediário para conferir temperatura uniforme, com o dimensionamento preciso podendo ser conduzido por um moinho de dimensionamento. Em seguida, os tubos sem costura são imediatamente resfriados em ar, preferencialmente ar estagnado, até a temperatura ambiente em um leito de resfriamento.

[0079] No caso de um tubo com OD final maior que em torno de 16 polegadas, os tubos produzidos por um moinho de porte médio podem ser processados por um moinho rotatório de expansão. Por exemplo, tubos de tamanho médio podem ser reaquecidos por um forno de vigas móveis a uma temperatura no intervalo entre em torno de 1150°C a em torno de 1250°C, expandido ao diâmetro desejado por um moinho de expansão em uma temperatura entre em torno de 1100°C a em torno de 1200°C, e reaquecido continuamente antes do dimensionamento final.

[0080] Em um exemplo não limitante, uma barra sólida pode ser termoformada como discutido acima em um tubo possuindo um diâmetro externo dentro do intervalo entre 6 a em torno de 28 polegadas e uma espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm.

[0081] A microestrutura final do tubo formado é determinada pela composição do aço provida nas operações de fabricação de aço 102 e nos tratamentos térmicos executados nas operações 106. A composição e a microestrutura, por sua vez, fazem surgir as propriedades do tubo formado.

[0082] As operações de tratamento térmico 106, após o tubo ter sido resfriado em ar para em torno da temperatura ambiente, incluem a austenitização, a têmpera e o revenimento (Q+T).

[0083] Dessa forma o processo da invenção conduz uma têmpera fora do processo contínuo (ou têmpera de reaquecimento) que envolve resfriar o tubo até a temperatura ambiente, e então aquecer o tubo até que ocorra completamente a transformação de fase para austenita, e finalmente realizar a têmpera e o revenimento (reaquecimento abaixo do Ac1, ponto de transformação da austenita, seguido por resfriamento a ar).

[0084] Esta têmpera da invenção fora do processo contínuo, através da transformação austenita-ferrita-austenita, promove o refinamento dos grãos austeníticos e os tornam mais uniformes, quando comparados com a microestrutura do material temperado em processo contínuo, especialmente no caso de tubos de paredes reforçadas.

[0085] Uma consequência deste processo é que o tamanho médio de grãos austeníticos anteriores (AGS), medidos como o intersepto linear médio pela norma ASTM E112, é < 25 μm, correspondendo ao número de tamanho de grão austenítico anterior igual a 7,3 de acordo com a norma japonesa JIS G0551 ou com a mesma norma ASTM E112, permitindo alcançar melhor tenacidade.

[0086] A operação de austenitização inclui reaquecer o tubo de em torno da temperatura ambiente (alcançada após a termoformação por meio do ar de refrigeração) até uma temperatura que realiza a austenitização do tubo seguida por um resfriamento rápido.

[0087] Em particular, um aquecimento do tubo de aço sem costura é conduzido, com uma taxa de aquecimento de entre 0,1°C/s e 10°C/s, até uma temperatura de austenitização acima do ponto de transformação Ac3, em um intervalo entre 880°C e 980°C, provendo um tempo de residência entre 180 s e 5400 s.

[0088] Este aquecimento da operação de austenitização é conduzido em um forno a gás provido com queimadores. A fonte de calor durante o reaquecimento para a austenitização é a combustão do gás natural (CH4). Assim, o oxigênio é consumido durante a combustão, mas vantajosamente a concentração dele no forno é menor que 10%. Tipicamente o teor de oxigênio está no intervalo de 0,5 a 4% e o processo de descarbonização é bem limitado, com profundidades típicas de descarbonização de 0,05 mm a 0,15 mm (valor máximo).

[0089] Por exemplo, as temperaturas do forno de austenitização podem ser selecionadas de maneira a permitir que o tubo alcance a temperatura de austenitização desejada com uma tolerância menor que em torno de +/- 30°C. As temperaturas de austenitização devem estar acima do ponto de transformação Ac3, preferencialmente no intervalo entre 900°C e 960°C, mais preferencialmente entre 920°C e 930°C. A taxa de aquecimento pode ser selecionada entre 0,5°C/s e 8°C. O tempo de residência, o tempo onde o tubo alcança a temperatura final desejada menos 10°C até a saída do tubo do forno, pode ser selecionado no intervalo entre 300 s a 3600 s. As temperaturas de austenitização e os tempos de residência podem ser selecionados dependendo da composição química, espessura de parede, e tamanho de grão austenítico desejado. Na saída do forno, o tubo pode ser descamado, por exemplo, com água pressurizada, para remover óxidos superficiais e então é rapidamente movido, preferencialmente em menos de 120 s, para um sistema de têmpera, por exemplo, um sistema de têmpera com água.

[0090] Nas operações de têmpera 106B, um resfriamento interno e externo é empregado para alcançar as taxas de resfriamento desejadas, em torno da espessura média do tubo, maior que em torno de 6°C/s, preferencialmente no intervalo entre 7°C/s e 30°C/s, mais preferencialmente no intervalo entre 8°C/s e 20°C/s. Do contrário, na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade, a taxa de resfriamento está no intervalo entre 100°C/s e 200°C/s.

[0091] Por exemplo, uma têmpera com água pode ser executada mergulhando o tubo em um tanque contendo água agitada. O tubo é rapidamente girado durante o resfriamento para tornar a transferência de calor alta e uniforme e evitar distorções. Adicionalmente, de forma a remover o vapor gerado dentro do tubo, é empregado um jato interno de água. A temperatura da água pode não ser maior que em torno de 40°C, preferencialmente menos que em torno de 30°C durante as operações de têmpera 106B. Vantajosamente, o tubo está em rotação durante a imersão no tanque de água e um jato de água é ejetado por um bocal dentro do tubo de forma a remover vapor e evitar a formação de filme. Desta maneira um resfriamento uniforme e efetivo é conduzido, pois é evitado o processo de calefação com formação de filme gasoso. De fato, no caso de calefação, a transferência de calor não é tão homogênea ao longo do tubo e obtém-se taxas de resfriamento baixas na espessura intermediária, com o risco de que a tensão de escoamento não seja alcançada.

[0092] Após as referidas operações de têmpera 106B, os tubos de aço sem costura, com composição química de acordo com uma das modalidades da Tabela 1 e com espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm, promovem em sua microestrutura global a formação de uma porcentagem volumétrica de bainita maior que 50%, preferencialmente maior que 60% e mais preferencialmente maior que 80%, e menor ou igual a 90%.

[0093] A Figura 1 ilustra um diagrama de uma Transformação de Resfriamento Contínuo (CCT) de um aço, com composições nos intervalos da Tabela 1, gerado por dilatometria. A Figura 1 indica claramente que globalmente, ao longo da espessura da parede, é formada predominantemente uma microestrutura de bainita, com uma porcentagem volumétrica de bainita de 60% a 90% para uma ampla gama de taxas de resfriamento, de 6°C/s até 100°C/s, com outros constituintes minoritários da microestrutura formados por ferrita e martensita.

[0094] Particularmente, na espessura intermediária a microestrutura do tubo de aço temperado compreende uma porcentagem volumétrica de bainita maior ou igual a 50% e de ferrita (VF), por exemplo, ferrita poligonal fina, menor ou igual a 50%, com quantidades menores de constituintes MA (ilhas de martensita de alto teor de carbono e de ferrita retida). Preferencialmente o teor de bainita é maior ou igual a 60% e o de ferrita (VF) menor ou igual a 40%. Mais preferencialmente, o teor de bainita é maior ou igual a 80% e o de ferrita (VF) menor ou igual a 20%. Os constituintes MA estão presentes em frações volumétricas de até aproximadamente 12%.

[0095] Vantajosamente, a distâncias de até aproximadamente 2 mm da superfície externa ou interna dos tubos de aço, a microestrutura do tubo de aço temperado é constituída de martensita com porcentagens volumétricas menores que 70%, preferencialmente menores que 40%, e mais preferencialmente menores que 20% (medidas de acordo com a norma ASTM E562-08) e constituída de bainita com porcentagens volumétricas maiores que 30%, preferencialmente maiores que 60%, mais preferencialmente maiores que 80%. A martensita e a bainita podem ser formadas em temperaturas menores que 450°C e 600°C, respectivamente, após o reaquecimento em temperaturas de austenitização no intervalo de 900°C a 960°C para tempos de residência entre 300 s a 3600 s, e resfriamento com taxas maiores ou iguais a 6°C/s, preferencialmente no intervalo de 7 a 30°C/s na espessura intermediária.

[0096] Adicionalmente, o tamanho médio do grão austenítico anterior, medido pela norma ASTM E112, é vantajosamente menor que 25 μm (intersepto linear).

[0097] O tamanho médio de regiões separadas por fronteiras de alto ângulo (isto é, tamanho de empacotamento) é vantajosamente menor que 9 μm, preferencialmente menor que 7 μm e mais preferencialmente menor que 5 μm. O referido tamanho de empacotamento é medido como o intersepto linear médio em imagens obtidas por Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) usando o sinal de Difração de Elétrons Retroespalhados (EBSD), e considerando as fronteiras de alto ângulo aquelas com grau de desordem > 15°.

[0098] Após a operação de têmpera 106B o tubo é introduzido em outro forno para operações de revenimento 106C, compreendendo um aquecimento do tubo de aço sem costura a uma temperatura de revenimento em um intervalo entre 600°C e 680°C, e provendo um tempo de residência na referida temperatura entre 600 s e 7200 s.

[0099] As tolerâncias para a temperatura de revenimento selecionada estão entre em torno de ± 15°C. O tubo pode ser aquecido com uma taxa entre em torno de 0,1°C/s a em torno de 10°C/s para a temperatura selecionada de revenimento. O tubo é adicionalmente mantido na temperatura selecionada de revenimento por um tempo preferencialmente entre 600 s e 5400 s.

[00100] A temperatura de revenimento pode ser selecionada dentro do intervalo de em torno de 600°C a em torno de 680°C dependendo da composição química do aço e da graduação a ser alcançada.

[00101] A temperatura ótima de revenimento pode ser calculada com uma tolerância de ± 20 °C, preferencialmente de ± 10 °C, usando a seguinte equação 3:

onde a é um parâmetro que tem valor igual a -0,07, 0,16 ou 0,40 se a graduação a ser alcançada é X60Q, X65Q ou X70Q, respectivamente. O símbolo "x" é um sinal de multiplicação e os símbolos dos elementos químicos representam o valor de porcentagem mássica (% massa).

[00102] Por exemplo, se a temperatura de revenimento calculada por intermédio da equação 3 é igual a 647°C (de acordo com a composição química do exemplo 5, veja abaixo, para um tubo de aço com graduação X60), o intervalo ótimo de revenimento é de 627°C a 667°C, onde a temperatura de revenimento pode ser escolhida dentro deste intervalo ótimo.

[00103] Particularmente, na espessura intermediária a microestrutura do tubo de aço temperado e revenido compreende em porcentagem volumétrica um teor de bainita maior ou igual a 50% e de ferrita (VF), por exemplo, ferrita poligonal fina, menor ou igual a 50%, enquanto os constituintes MA estão agora ausentes já que durante o revenimento as ilhas MA se decompõem em ferrita e carbetos, com tal decomposição requerendo temperaturas maiores que 550°C e sendo necessária para não prejudicar a tenacidade do produto final. Preferencialmente, o teor de bainita revenida é maior ou igual a 60% e o de ferrita (VF) é menor ou igual a 40%. Mais preferencialmente o teor de bainita revenida é maior ou igual a 80% e o de ferrita (VF) é menor ou igual a 20%.

[00104] Vantajosamente, a distâncias de até aproximadamente 2 mm da superfície externa ou interna dos tubos de aço, a microestrutura do tubo de aço temperado e revenido é constituída de martensita revenida com porcentagens volumétricas menores que 70%, preferencialmente menores que 40% e mais preferencialmente menores que 20% (medida de acordo com a norma ASTM E562-08) e de bainita revenida em porcentagem volumétrica maior que 30%, preferencialmente maior que 60% e mais preferencialmente maior que 80%.

[00105] Após o revenimento, a microestrutura ainda tem um tamanho de grão austenítico anterior, medido pela norma ASTM E112, vantajosamente menor que 25 μm (intersepto linear).

[00106] O tamanho médio de regiões separadas por fronteiras de altos ângulos (isto é, tamanho de empacotamento) é vantajosamente menor que 9 μm, preferencialmente menor que 7 μm, mais preferencialmente menor que 5 μm. Ao formar uma microestrutura incluindo bainita revenida, opostamente a uma microestrutura com bandas (por exemplo, ferrita-perlita), a resistência à HIC do tubo de aço é adicionalmente aumentada. O referido tamanho de empacotamento é medido como o intersepto linear médio das imagens obtidas por Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) usando o sinal de Difração de Elétrons Retroespalhados (EBSD), e considerando as fronteiras de alto ângulo aquelas com grau de desordem > 15°.

[00107] A microestrutura revenida pode também incluir a presença de precipitados finos do tipo MX ou M2X (onde M é Mo, Nb, ou Cr e X é C ou N) com tamanho menor que 4 0 nm, adicionalmente a precipitados do tipo M3C com diâmetro médio de em torno de 80 nm a em torno de 400 nm (medidos por Microscopia Eletrônica de Transmissão).

[00108] Operações de acabamento 110 podem incluir, mas não estão limitadas a, retificação e operações de dobra a quente.

[00109] A retificação pode ser executada a temperaturas abaixo da temperatura de revenimento e acima de em torno de 450°C.

[00110] A dobra de tubos sem costura temperados e revenidos pode ser feita por indução a quente. A dobra de indução a quente é um processo de deformação térmica que se concentra em uma zona estreita, referida como estampa quente, que é definida por uma espiral de indução (por exemplo, anel de aquecimento) e um anel de resfriamento que pulveriza água na superfície externa da estrutura a ser dobrada. Um tubo reto (mãe) é empurrado pela traseira, enquanto a dianteira é apertada em um braço constrangido para descrever uma trajetória circular. Este constrangimento provoca um momento de dobra em toda a estrutura, mas o tubo somente é plasticamente deformado substancialmente na zona correspondente à estampa quente. O anel de resfriamento executa duas tarefas simultâneas: definir a zona sob deformação plástica e resfriar continuamente a dobra quente.

[00111] O diâmetro de tanto o anel de aquecimento quanto o de resfriamento é em torno de 20 mm a em torno de 60 mm maior que o diâmetro externo (OD) do tubo mãe. A temperatura de dobra, por exemplo, no intervalo de 800-870°C, tanto na superfície exterior quanto na interior do tubo pode ser continuamente medida por pirómetros. A taxa de dobra é preferencialmente dentro do intervalo de 10-25 mm/min.

[00112] Em uma fabricação convencional, as dobras podem ser sujeitas a tratamento de alívio de tensões residuais após a dobra por um tratamento de revenimento a uma temperatura relativamente baixa para alcançar as propriedades mecânicas finais.

[00113] Porém, é reconhecido que as operações de têmpera e revenimento contínuas executadas durante as operações de acabamento 110 podem produzir uma microestrutura que é diferente da obtida das operações fora do processo contínuo de têmpera e revenimento 106B, 106C. Portanto, como discutido acima, de forma a restaurar substancialmente a microestrutura obtida após as operações 106B e 106C, as dobras são vantajosamente sujeitas a têmpera e revenimento fora do processo contínuo. As dobras podem ser reaquecidas em um forno com uma taxa dentro do intervalo de 0,05°C/s a aproximadamente 1°C/s em uma temperatura entre 900°C e 960°C, e então rapidamente imersas em um tanque de resfriamento com água agitada e então revenidas em um forno. O revenido após a dobra pode ser executado em uma temperatura dentro do intervalo entre em torno de 600°C e em torno de 680°C. O tubo pode ser reaquecido a uma taxa dentro do intervalo entre em torno de 0,05°C/s a aproximadamente 1°C/s. Pode ser empregado um tempo de residência entre em torno de 600 s a em torno de 5400 s após alcançada a temperatura de revenimento desejada.

[00114] Os tubos de aço da presente invenção, com espessura de parede maiores ou iguais a 35 mm e menores ou iguais a 80 mm, com composição química de acordo com a Tabela 1, estando sujeitos ao processo de manufatura acima mencionado incluindo as operações de austenitização, têmpera e revenimento, e tendo a microestrutura acima mencionada após o revenimento, podem abranger graduações X60Q e/ou X65Q e/ou X70Q.

[00115] Um tubo de aço de graduação X65Q, com uma espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm e a composição e microestrutura discutidas acima, possui as seguintes propriedades: • Tensão de escoamento, YS: mínima de 450 MPa (65,3 ksi) e máxima de 600 MPa (87,0 ksi); • Resistência à tração, UTS: mínima de 535 MPa (77,6 ksi) e máxima de 760 MPa (110,2 ksi); • Alongamento, não menos que 20%, com referência a uma peça de teste com seção transversal circular de 12,5 mm de diâmetro; • Razão YS/UTS não maior que 0,88; • Dureza máxima (medida a 1,5 mm de profundidade da superfície do tubo) não maior que 230 HV10, preferencialmente não maior que 225 HV10; • Energia mínima de impacto de 200 J / 150 J (média / individual) e um mínimo de 85% de área média de cisalhamento para ambos os testes longitudinal e transverso Charpy V-notch (CVN) executados em corpos de prova padrões a -40°C de acordo com a norma ISO 148-1; • Temperatura de Transformação Dúctil-Frágil (ASTM E23) menor ou igual a em torno de -60°C; • Resistência à Fissuração Induzida por hidrogênio, avaliada de acordo com a norma NACE TM0284-2003 item n° 21215, usando uma solução A NACE e um teste de duração de 96 horas, com os seguintes parâmetros HIC (média em três seções de três corpos de prova): o Razão de Comprimento de Fissura, CLR < 10% o Razão de Espessura de Fissura, CTR < 3% o Razão de Sensibilidade de Fissura, CSR < 0,5% • Resistência à Fissuração por Fragilização Causada por Sulfeto (SSC), avaliada de acordo com ASTM G39, usando solução-teste A NACE TM0177 e duração de 720 horas, com ausência de falha a 90% da tensão de escoamento verdadeira (AYS).

[00116] Um tubo de aço de graduação X60Q, com uma espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm e a composição e microestrutura discutidas acima, possui as seguintes propriedades: • Tensão de escoamento, YS: mínima de 415 MPa (60,2 ksi) e máxima de 565 MPa (81,9 ksi); • Resistência à tração, UTS: mínima de 520 MPa (75,4 ksi) e máxima de 760 MPa (110,2 ksi); • Alongamento, não menos que 20%, com referência a uma peça de teste com seção transversal circular de 12,5 mm de diâmetro; • Razão YS/UTS não maior que 0,87; • Dureza máxima (medida entre 1,5 mm e 2,0 mm de profundidade da superfície do tubo) não maior que 225 HV10; • Energia mínima de impacto de 200 J / 150 J (média / individual) e um mínimo de 85% de área média de cisalhamento para ambos os testes longitudinal e transverso Charpy V-notch (CVN) executados em corpos de prova padrões a -40°C de acordo com a norma ASTM A 370; • Temperatura de Transformação Dúctil-Frágil (ASTM E23) menor ou igual a em torno de -60°C; • Resistência à Fissuração Induzida por hidrogênio, avaliada de acordo com a norma NACE TM0284-2003 item n° 21215, usando uma solução A NACE e um teste de duração de 96 horas, com os seguintes parâmetros HIC (média em três seções de três corpos de prova): o Razão de Comprimento de Fissura, CLR < 10% o Razão de Espessura de Fissura, CTR < 3% o Razão de Sensibilidade de Fissura, CSR < 0,5% • Resistência à Fissuração por Fragilização Causada por Sulfeto (SSC), avaliada de acordo com ASTM G39, usando solução-teste A NACE TM0177 e duração de 720 horas, com ausência de falha a 90% da tensão de escoamento verdadeira (AYS).

[00117] Um tubo de aço de graduação X70Q, com uma espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 55 mm e a composição e microestrutura discutidas acima, possui as seguintes propriedades: • Tensão de escoamento, YS: mínima de 485 MPa (70,3 ksi) e máxima de 635 MPa (92,1 ksi); • Resistência à tração, UTS: mínima de 570 MPa (83,82 ksi) e máxima de 760 MPa (110,2 ksi); • Alongamento, não menos que 18%, com referência a uma peça de teste com seção transversal circular de 12,5 mm de diâmetro; • Razão YS/UTS não maior que 0,90; • Dureza máxima (medida entre 1,5 mm e 2,0 mm de profundidade da superfície do tubo) não maior que 235 HV10; • Energia mínima de impacto de 200 J / 150 J (média / individual) e um mínimo de 85% de área média de cisalhamento para ambos os testes longitudinal e transverso Charpy V-notch (CVN) executados em corpos de prova padrões a -40°C de acordo com a norma ASTM A 370; • Temperatura de Transformação Dúctil-Frágil (ASTM E23) menor ou igual a em torno de -60°C; • Resistência à Fissuração Induzida por hidrogênio, avaliada de acordo com a norma NACE TM0284-2003 item n° 21215, usando uma solução A NACE e um teste de duração de 96 horas, com os seguintes parâmetros HIC (média em três seções de três corpos de prova): o Razão de Comprimento de Fissura, CLR < 10% o Razão de Espessura de Fissura, CTR < 3% o Razão de Sensibilidade de Fissura, CSR < 0,5% • Resistência à Fissuração por Fragilização Causada por Sulfeto (SSC), avaliada de acordo com ASTM G39, usando solução-teste A NACE TM0177 e duração de 720 horas, com ausência de falha a 90% da tensão de escoamento verdadeira (AYS).

[00118] De forma a alcançar estes resultados, os requisitos mínimos de dureza (P2) e limitações microestruturais acerca do teor de ferrita devem estar de acordo com a seguinte tabela:

[00119] Além disso, as dobras de graduação X65Q com WT maiores ou iguais a 35 mm e menores ou iguais a 80 mm e as formulações e microestruturas discutidas acima possuem as mesmas propriedades que o tubo de graduação X65Q, com dureza máxima (medida entre 1,5 mm e 2,0 mm de profundidade da superfície) não maior que 235 HV10, mais preferencialmente não maior que 230 HV10.

[00120] Do contrário, dobras de graduação X60Q tendo WT maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 80 mm e as formulações e microestruturas discutidas acima possuem as mesmas propriedades que o tubo de graduação X60Q, com dureza máxima (medida entre 1,5 mm e 2,0 mm de profundidade da superfície) não maior que 230 HV10, mais preferencialmente não maior que 225 HV10.

[00121] Uma primeira modalidade preferencial de tubos de aço de acordo com a invenção possui a seguinte composição química: Tabela 2

[00122] Vantajosamente, após a termoformação, o tubo de aço está sujeito às seguintes etapas: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, para uma temperatura de austenitização no intervalo entre 900°C e 960°C, provendo um tempo de residência de entre 180 s e 3600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 7-30°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de 100-200°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, até a temperatura de revenimento entre 600°C e 680°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de entre 600 s e 5400 s.

[00123] A referida primeira modalidade dos tubos de aço sem costura compreende os seguintes tubos: - tubos de aço X60Q com espessura de parede maior que 55 mm; - tubos de aço X65Q com espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 55 mm; - tubos de aço X70Q com espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 40 mm;

[00124] Em uma modalidade alternativa o teor de titânio está no intervalo de 0,006-0,0015%.

[00125] Uma segunda modalidade de tubos de aço de acordo com a invenção possui a seguinte composição química: Tabela 3

[00126] Vantajosamente, após a termoformação, o tubo de aço está sujeito às seguintes etapas: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, para uma temperatura de austenitização no intervalo entre 900°C e 960°C, provendo um tempo de residência de entre 180 s e 3600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 7-30°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de 100-200°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, até a temperatura de revenimento entre 600°C e 680°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de entre 600 s e 5400 s.

[00127] A referida segunda modalidade preferencial de tubos de aço sem costura compreende tubos de aço X60Q com espessura de parede maior ou igual a 35 mm e menor ou igual a 55 mm.

[00128] Em uma modalidade alternativa o teor de titânio está no intervalo de 0,006-0,0015%.

EXEMPLOS

[00129] São descritos abaixo alguns exemplos de acordo com a presente invenção. Em cada exemplo é indicado a composição química do aço selecionado, os parâmetros de processo com respeito às etapas de austenitização, têmpera e revenimento, a microestrutura ao longo da espessura da parede do tubo e o valor máximo de dureza detectado ao longo de toda a espessura. Em todos os exemplos o valor máximo de dureza está abaixo de 235 HV10, com tensão de escoamento, tenacidade e resistência à corrosão satisfazendo pelo menos uma das graduações X60Q, X65Q e X70Q.

[00130] A metodologia usada para a caracterização dos tubos Q&T e dobras estão aqui resumidas: - Os constituintes microestruturais ao longo da espessura da parede foram analisados por microscopia óptica após gravura de água-forte Nital 2%. O tamanho de grão austenítico anterior foi medido após polimento e gravura de água-forte com solução Winsteard, baseada em ácido pícrico em solução saturada com água. O tamanho do grão foi medido de acordo com a norma ASTM E112 com o método do intersepto linear médio. - Domínios de alto ângulo (tamanho de empacotamento) foram analisados por Difração de Elétron Retroespalhado (EBSD), aplicando o método do intersepto linear médio da norma ASTM E112 para determinar o tamanho médio de empacotamento. - O teste de Fissuração Induzida por Hidrogênio (HIC) foi conduzido de acordo com o padrão NACE TM 02-84/2011. - O teste de flexão de quatro pontos (FPBT) foi conduzido de acordo com a norma ASTM G39, usando a solução A NACE TM 02-84/2011. - Os testes de tensão foram conduzidos de acordo com a norma ASTM A370, usando corpos de prova redondos com ^ polegada de diâmetro colhidos na espessura intermediária tanto na direção longitudinal quanto na transversa. - A tenacidade foi testada pelos testes de impacto Charpy V- Notch, conduzidos de acordo com a norma ASTM A370. Os corpos de prova foram obtidos tanto na espessura intermediária quanto a 2 mm do diâmetro externo. Foram testadas temperaturas entre -40°C e -120°C e o valor da temperatura de transição de surgimento de 50% de fratura (FATT) foi usado como um parâmetro para caracterizar a tenacidade do material. - A dureza foi testada com quatro entalhes por setor a 1,5 mm (-0 a +0,5 mm) do OD (diâmetro externo), na espessura intermediária e a 1,5 mm (-0 a +0,5 mm) do ID (diâmetro interno), seguindo as especificações da ISO 3183 e da DNV-OS- F101. Foram testados quatro corpos de prova obtidos a 90° ao longo da circunferência da traseira e da dianteira de três tubos por lote de tratamento térmico.

Exemplo 1

[00131] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,062% C, 1,23% Mn, 0,26% Si, 0,51% Cr, 0,31% Ni, 0,11% Mo, 0,023% Al, 0,0008% Ca, 0,025% Nb, 0,005% Ti, 0,0045% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,001% V, 0,13% Cu, 0,0024% S, 0,007% P, 0,0001% B; e com P1 = 4,8; P2 = 2,8; CEIIW = 0,42%; e CEPCM = 0,18%.

[00132] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 40 mm.

[00133] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,2°C/s, para uma temperatura de austenitização de 920°C, provendo um tempo de residência de 1200 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 17°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 100°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 600°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 2400 s.

[00134] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 84% e ferrita (VF) em torno de 16%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida ausente e bainita revenida igual a 100%.

[00135] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 14 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 5,5 μm.

[00136] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 225 HV10 (<230 HVIO).

[00137] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 456 MPa e 461 MPa respectivamente (graduação X65).

[00138] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 549 MPa e 559 MPa respectivamente.

[00139] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 24 % e 25%, respectivamente.

[00140] A energia média de impacto a -60°C foi de 305 J, com uma área de cisalhamento média de 100%.

[00141] O valor médio de FATT 50% foi de -120°C.

[00142] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00143] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 2

[00144] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,058% C, 1,00% Mn, 0,25% Si, 0,69% Cr, 0,31% Ni, 0,12% Mo, 0,025% Al, 0,0009% Ca, 0,024% Nb, 0,005% Ti, 0,0045% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,001% V, 0,12% Cu, 0,0026% S, 0,009% P, 0,0001% B; e com P1 = 4,9; P2 = 2,8; CEIIW = 0,42%; e CEPCM = 0,17%.

[00145] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 40 mm.

[00146] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,2°C/s, para uma temperatura de austenitização de 920°C, provendo um tempo de residência de 1200 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 17°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 100°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 620°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 2400 s.

[00147] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 86% e ferrita (VF) em torno de 14%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida ausente e bainita revenida igual a 100%.

[00148] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 12 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 5,2 μm.

[00149] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 199 HV10 (<230 HV10).

[00150] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 473 MPa e 476 MPa respectivamente (graduação X65).

[00151] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 564 MPa e 567 MPa respectivamente.

[00152] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 25 % e 26%, respectivamente.

[00153] A energia média de impacto a -60°C foi de 310 J, com uma área de cisalhamento média de 100%.

[00154] O valor médio de FATT 50% foi de -110°C.

[00155] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00156] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 3

[00157] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,069% C, 1,64% Mn, 0,36% Si, 0,16% Cr, 0,30% Ni, 0,11% Mo, 0,025% Al, 0,0010% Ca, 0,025% Nb, 0,005% Ti, 0,0050% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,001% V, 0,10% Cu, 0,0026% S, 0,009% P, 0,0001% B; e com P1 = 4,8; P2 = 2,9; CEIIW = 0,42%; e CEPCM = 0,19%.

[00158] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 40 mm.

[00159] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,2°C/s, para uma temperatura de austenitização de 920°C, provendo um tempo de residência de 1200 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 20°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 120°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 600°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 2400 s.

[00160] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 81% e ferrita (VF) em torno de 19%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida ausente e bainita revenida igual a 100%.

[00161] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 9,5 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 5,9 μm.

[00162] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 221 HV10 (<230 HV10).

[00163] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 479 MPa e 500 MPa respectivamente (graduação X65).

[00164] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 562 MPa e 587 MPa respectivamente.

[00165] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 24 % e 26%, respectivamente.

[00166] A energia média de impacto a -60°C foi de 310 J, com um valor mínimo de 285 J e uma área de cisalhamento média de 100%.

[00167] O valor médio de FATT 50% foi de -105°C.

[00168] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00169] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 4

[00170] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,065% C, 1,00% Mn, 0,26% Si, 0,49% Cr, 0,33% Ni, 0,33% Mo, 0,023% Al, 0,0011% Ca, 0,024% Nb, 0,005% Ti, 0,0044% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,001% V, 0,13% Cu, 0,0024% S, 0,009% P, 0,0001% B; e com P1 = 7,1; P2 = 3,5; CEIIW = 0,43%; e CEPCM = 0,18%.

[00171] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 50 mm.

[00172] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,12°C/s, para uma temperatura de austenitização de 920°C, provendo um tempo de residência de 600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 12°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 100°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 645°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 2400 s.

[00173] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 83% e ferrita (VF) em torno de 17%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida ausente e bainita revenida igual a 100%.

[00174] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 13 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 5,4 μm.

[00175] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 214 HV10 (<230 HVIO).

[00176] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 492 MPa e 524 MPa respectivamente (graduação X65).

[00177] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 573 MPa e 599 MPa respectivamente.

[00178] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 22 % e 27%, respectivamente.

[00179] A energia média de impacto a -60°C foi de 298 J, com um valor mínimo individual de 292 J e uma área de cisalhamento média de 100%.

[00180] O valor médio de FATT 50% foi de -85°C.

[00181] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00182] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 5

[00183] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,062% C, 1,23% Mn, 0,31% Si, 0,35% Cr, 0,26% Ni, 0,16% Mo, 0,023% Al, 0,0008% Ca, 0,025% Nb, 0,01% Ti, 0,0045% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,001% V, 0,13% Cu, 0,0024% S, 0,007% P, 0,0001% B; e com P1 = 5,1; P2 = 2,9; CEIIW = 0,40%; e CEPCM = 0,17%.

[00184] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 40 mm.

[00185] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, para uma temperatura de austenitização de 920°C, provendo um tempo de residência de 600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 15°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 150°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 640°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 2400 s.

[00186] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 68% e ferrita (VF) em torno de 32%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida em torno de 20% e bainita revenida em torno de 80%.

[00187] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 13,5 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 5,5 μm.

[00188] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 215 HV10 (<230 HV10).

[00189] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 448 MPa e 459 MPa respectivamente (graduação X60).

[00190] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 546 MPa e 557 MPa respectivamente.

[00191] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 29 % e 32%, respectivamente.

[00192] A energia média de impacto a -60°C foi de 398 J, com um valor mínimo individual de 355 J e uma área de cisalhamento média de 100%.

[00193] O valor médio de FATT 50% foi de -105°C.

[00194] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00195] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 6

[00196] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,070% C, 1,01% Mn, 0,27% Si, 0,39% Cr, 0,30% Ni, 0,33% Mo, 0,031% Al, 0,0011% Ca, 0,024% Nb, 0,002% Ti, 0,0047% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,003% V, 0,09% Cu, 0,001% S, 0,011% P, 0,0002% B; e com P1 = 7,4; P2 = 3,5; CEIIW = 0,41%; e CEPCM = 0,18%.

[00197] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 52 mm.

[00198] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, para uma temperatura de austenitização de 930°C, provendo um tempo de residência de 600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 12°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 150°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 650°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 1800 s.

[00199] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 78% e ferrita (VF) em torno de 22%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida em torno de 60% e bainita revenida em torno de 40%.

[00200] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 23 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 7,6 μm.

[00201] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 221 HV10 (<230 HV10).

[00202] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 480 MPa e 537 MPa respectivamente (graduação X65).

[00203] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 578 MPa e 630 MPa respectivamente.

[00204] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 27 % e 33%, respectivamente.

[00205] A energia média de impacto a -60°C foi de 376 J, com um valor mínimo individual de 204 J, com uma área de cisalhamento média de 95% e uma área mínima de cisalhamento de 50% .

[00206] O valor médio de FATT 50% foi de -90°C.

[00207] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00208] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 7

[00209] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,070% C, 1,01% Mn, 0,27% Si, 0,39% Cr, 0,30% Ni, 0,33% Mo, 0,031% Al, 0,0011% Ca, 0,024% Nb, 0,002% Ti, 0,0047% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,003% V, 0,09% Cu, 0,001% S, 0,011% P, 0,0002% B; e com P1 = 7,4; P2 = 3,5; CEIIW = 0,41%; e CEPCM = 0,18%.

[00210] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 40 mm.

[00211] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, para uma temperatura de austenitização de 930°C, provendo um tempo de residência de 600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 14°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 150°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 640°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 1800s.

[00212] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 82% e ferrita (VF) em torno de 18%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida em torno de 60% e bainita revenida em torno de 40%.

[00213] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 22 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 7,0 μm.

[00214] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 227 HV10 (<230 HVIO).

[00215] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 491 MPa e 525 MPa respectivamente (graduação X70).

[00216] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 582 MPa e 605 MPa respectivamente.

[00217] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 26 % e 27%, respectivamente.

[00218] A energia média de impacto a -60°C foi de 290 J, com um valor mínimo individual de 220 J, com uma área de cisalhamento média de 95% e uma área mínima de cisalhamento de 80%.

[00219] O valor médio de FATT 50% foi de -90°C.

[00220] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00221] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 8

[00222] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,070% C, 1,01% Mn, 0,27% Si, 0,39% Cr, 0,30% Ni, 0,33% Mo, 0,031% Al, 0,0011% Ca, 0,024% Nb, 0,002% Ti, 0,0047% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,003% V, 0,09% Cu, 0,001% S, 0,011% P, 0,0002% B; e com P1 = 7,4; P2 = 3,5; CEIIW = 0,41%; e CEPCM = 0,18%.

[00223] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 56 mm.

[00224] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,10°C/s, para uma temperatura de austenitização de 930°C, provendo um tempo de residência de 600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 9°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 150°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 675°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 1800 s.

[00225] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 70% e ferrita (VF) em torno de 30%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida em torno de 60% e bainita revenida em torno de 40%.

[00226] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 23 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 7,5 μm.

[00227] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 229 HV10 (<230 HV10).

[00228] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 448 MPa e 476 MPa respectivamente (graduação X60).

[00229] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 551 MPa e 572 MPa respectivamente.

[00230] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 27 % e 28%, respectivamente.

[00231] A energia média de impacto a -60°C foi de 237 J, com um valor mínimo individual de 234 J, com uma área de cisalhamento média de 82% e uma área mínima de cisalhamento de 80%.

[00232] O valor médio de FATT 50% foi de -90°C.

[00233] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00234] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 9

[00235] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,075% C, 1,05% Mn, 0,25% Si, 0,20% Cr, 0,29% Ni, 0,25% Mo, 0,030% Al, 0,0010% Ca, 0,022% Nb, 0,003% Ti, 0,0050% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,01% V, 0,13% Cu, 0,002% S, 0,010% P, 0,0002% B; e com P1 = 7,2; P2 = 3,2; CEIIW = 0,37%; e CEPCM = 0,18%.

[00236] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 52 mm.

[00237] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,10°C/s, para uma temperatura de austenitização de 930°C, provendo um tempo de residência de 600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 10°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 150°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 660°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 1800 s.

[00238] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 65% e ferrita (VF) em torno de 35%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida em torno de 50% e bainita revenida em torno de 50%.

[00239] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 17 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 6,8 μm.

[00240] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 224 HV10 (<230 HV10).

[00241] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 445 MPa e 456 MPa respectivamente (graduação X60).

[00242] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 551 MPa e 560 MPa respectivamente (graduação X70).

[00243] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 28 % e 31%, respectivamente.

[00244] A energia média de impacto a -60°C foi de 335 J, com um valor mínimo individual de 294 J, com uma área de cisalhamento média de 95% e uma área mínima de cisalhamento de 90%.

[00245] O valor médio de FATT 50% foi de -100°C.

[00246] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00247] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 10

[00248] Foram selecionados para manufatura de dobras Q&T tubos de aço com diâmetro externo de 323, 9 mm e espessura de parede de 52 mm, feitos de acordo com o procedimento descrito no exemplo 8, com as dobras tendo a mesma espessura de parede.

[00249] A seguinte composição química foi usada: 0,070% C, 1,01% Mn, 0,27% Si, 0,39% Cr, 0,30% Ni, 0,33% Mo, 0,031% Al, 0,0011% Ca, 0,024% Nb, 0,002% Ti, 0,0047% N, o restante sendo ferro e impurezas; com as referidas impurezas sendo 0,003% V, 0,09% Cu, 0,001% S, 0,011% P, 0,0002% B; e com P1 = 7,4; P2 = 3,5; CEIIW = 0,41%; e CEPCM = 0,18%.

[00250] O tubo de aço foi submetido aos seguintes passos: - dobra de indução a quente na temperatura compreendida entre 800°C e 870°C e submetido a taxa de dobradura compreendida entre 10 e 25 mm/min. As dobras foram fabricadas com raios três vezes maiores que o diâmetro externo e comprimento tangencial de 1 m; - aquecimento da dobra, com taxa de aquecimento de 0,10°C/s, para uma temperatura de austenitização de em torno de 920°C e provimento de um tempo de residência de 600 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de em torno de 8°C/s na espessura intermediária no corpo da dobra e uma taxa de resfriamento de em torno de 150°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento da dobra, com taxa de aquecimento de 0,10°C/s, até uma temperatura de revenimento de 660°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 600 s.

[00251] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 70% e ferrita (VF) em torno de 30%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida em torno de 65% e bainita revenida em torno de 35%.

[00252] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 24 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 7,2 μm.

[00253] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 230 HV10 (<230 HV10).

[00254] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 452 MPa e 464 MPa respectivamente (graduação X65).

[00255] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 550 MPa e 584 MPa respectivamente.

[00256] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 30 % e 32,5%, respectivamente.

[00257] A energia média de impacto a -60°C foi de 337 J, com uma área de cisalhamento média de 100%.

[00258] O valor médio de FATT 50% foi de -90°C.

[00259] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00260] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Exemplo 11

[00261] Um aço com a seguinte composição química foi selecionado: 0,080% C, 1,35% Mn, 0,28% Si, 0,22% Cr, 0,20% Ni, 0,34% Mo, 0,025% Al, 0,0008% Ca, 0,0054% N, o restante sendo ferro; e com P1 = 7,3; P2 = 3,6; CEIIW = 0,43%; e CEPCM = 0,19%.

[00262] Foi termoformado um tubo de aço sem costura com espessura de parede de 36 mm.

[00263] O referido tubo de aço termoformado foi submetido aos seguintes passos: - resfriamento do tubo de aço em ar, preferencialmente ar estagnado, até alcançar a temperatura ambiente; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,2°C/s, para uma temperatura de austenitização de 900°C, provendo um tempo de residência de 1200 s; - têmpera em um tanque, alcançando uma taxa de resfriamento de 18°C/s na espessura intermediária e uma taxa de resfriamento de em torno de 100°C/s na proximidade das superfícies interna e externa do tubo, em particular a 1,5-2 mm de profundidade das referidas superfícies; - aquecimento do tubo de aço, com taxa de aquecimento de 0,15°C/s, até uma temperatura de revenimento de 650°C e provimento de um tempo de residência na referida temperatura de revenimento de 1200 s.

[00264] A microestrutura resultante do tubo de aço compreende, em porcentagem volumétrica: - na espessura intermediária, bainita revenida em torno de 80% e ferrita (VF) em torno de 20%; - a uma distância de até 2 mm a partir das superfícies interna e externa do tubo de aço, martensita revenida em torno de 25% e bainita revenida em torno de 75%.

[00265] O tamanho de grão austenítico médio anterior, medido de acordo com ASTM E112, é igual a 18 μm. O tamanho de empacotamento é igual a 6,5 μm.

[00266] O valor máximo de dureza, medido a 1,5-2,0 mm de profundidade das superfícies interna e externa, é igual a 225 HV10 (<230 HV10).

[00267] Os valores mínimo e máximo de tensão de escoamento foram de 491 MPa e 499 MPa respectivamente (graduação X65, mas também compilante com as graduações X60 e X70).

[00268] Os valores mínimo e máximo de resistência à tração foram de 590 MPa e 605 MPa respectivamente.

[00269] O alongamento % mínimo e máximo após a ruptura foram de 23 % e 26%, respectivamente.

[00270] A energia média de impacto a -60°C foi de 252 J, com um valor mínimo individual de 230 J, com uma área de cisalhamento média de 85% e uma área mínima de cisalhamento de 75%.

[00271] O valor médio de FATT 50% foi de -75°C.

[00272] Os testes de fissuração induzida por hidrogênio passaram com CLR % = 0%, CTR % = 0% e CSR % = 0%.

[00273] Os testes de flexão com quatro pontos a 90% da SMYS passaram sem falhas após 720 h de testes.

Claims

1. Tubo de aço sem costura temperado e revenido caracterizado por possuir um limite de elasticidade de 415 MPa a 635 MPa e uma espessura de parede (EP) maior que ou igual a 35 mm e menor que ou igual 80 mm, em que o tubo de aço possui uma composição química consistindo em 0,050-0,085 %p C, 0,80-1,65 %p Mn, 0,10-0,45 %p Si, 0,10-0,70 %p Cr, 0,08-0,45 %p Ni, 0,08-0,40 %p Mo, 0,015-0,040 %p Al, 0,00080,0050 %p Ca, 0,0030-0,0090 %p N, 0,00-0,04 %p Nb, 0,00-0,020 %p Ti, 0,000-0,030 %p Zr, 0,000-0,030 %p Ta, 0,000-0,010 %p V, 0,000,25 %p Cu, 0,000-0,003 %p S, 0,000-0,015 %p P, 0,0000-0,0005 %p B com base no peso da composição, sendo que o restante é ferro e impurezas inevitáveis; em que o valor máximo de todas as impurezas na composição química é igual a 0,2785 %p, em que as ditas impurezas incluem V, Cu, S, P e B; em que, CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15) está na faixa de 0,36% a 0,43%, em que, definindo um primeiro parâmetro P1 = 50 x C + Cr + 10 x Mo + 70 x V, a composição química satisfaz uma primeira condição 4,2 P1 < 8,0; em que o tubo de aço temperado e revenido possui, a uma espessura média, uma microestrutura consistindo em, em porcentagem volumétrica, bainita revenida acima de ou igual a 50% e ferrita (VF) abaixo de ou igual a 50%, em que o tubo de aço temperado e revenido possui, a uma distância de até 2 mm começando a partir das superfícies externa e interna do tubo de aço, uma microestrutura consistindo em, em porcentagem volumétrica, martensita revenida abaixo de 70% e bainita revenida acima de 30%, em que a microestrutura do tubo de aço temperado e revenido tem um tamanho médio de grãos de austenita, medido pela norma ASTM E112, método de interceptação linear média, menor que 25 μm, e em que os valores de dureza máxima, medida a 1,5-2,0 mm de profundidade a partir das superfícies externa e interna, não são maiores que 235 HV10.

2. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, a uma distância de até 2 mm começando a partir das superfícies externa e interna do tubo de aço, a microestrutura consistir de martensita revenida abaixo de 40% e bainita revenida acima de 60%, preferencialmente de martensita revenida abaixo de 20% e bainita revenida acima de 80%.

3. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, a uma distância de até 2 mm começando a partir das superfícies externa e interna do tubo de aço, a microestrutura somente consistir de bainita revenida.

4. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado por, a uma espessura média, a microestrutura compreender bainita revenida acima de ou igual a 60% e ferrita (VF) abaixo de ou igual a 40%, preferencialmente bainita revenida acima de ou igual a 80% e ferrita (VF) abaixo de ou igual a 20%.

5. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a espessura média da microestrutura compreender ferrita (VF) menor que ou igual a 50% para um tubo de grau X60, ferrita (VF) menor que ou igual a 40% para um tubo de grau X65, ferrita (VF) menor que ou igual a 20% para um tubo de grau X70.

6. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado por, definindo um segundo parâmetro P2 = 10 x C + Mn + Cr + 4 x Mo + 16 x V, a composição química satisfazer uma segunda condição P2 > 2,3.

7. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o segundo parâmetro P2 satisfazer as seguintes condições: P2 > 2,3, de forma a alcançar o limite de elasticidade mínimo requerido pelo grau X60Q (415 MPa); P2 > 2,7 de forma a alcançar o limite de elasticidade mínimo requerido pelo grau X65Q (450 MPa); P2 > 3,5 de forma a alcançar o limite de elasticidade mínimo requerido pelo grau X70Q (485 MPa).

8. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por o segundo parâmetro P2 ser menor que ou igual a 4,0.

9. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado por CEPCM = C + Si/30 + Mn/20 + Cr/20 + Cu/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 +5 x B estar na faixa de 0,17% até 0,22%.

10. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado por a composição química consistir de (por % peso): 0,050-0,085 %p C, 0,95-1,30 %p Mn, 0,10-0,35 %p Si, 0,20-0,50 %p Cr, 0,15-0,40 %p Ni, 0,15-0,40 %p Mo, 0, 000-0, 010 %p V, 0,0200,040 %p Al, 0,0008-0,0030 %p Ca, 0,020-0,040 %p Nb, 0,000-0,015 %p Ti, 0,0030-0,0070 %p N, 0,00-0,20 %p Cu, 0,0000-0,0020 %p S, 0,000-0,015 %p P, 0,0000-0,0005 %p B, 0,000-0,015 %p Zr, 0,0000,015 %p Ta, o restante sendo ferro.

11. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado por a composição química consistir de (por % peso): 0,060-0,080 %p C, 1,00-1,20 %p Mn, 0,10-0,30 %p Si, 0,30-0,40 %p Cr, 0,25-0,35 %p Ni, 0,30-0,35 %p Mo, 0, 000-0, 010 %p V, 0,0200,030 %p Al, 0,0015-0,0030 %p Ca, 0,020-0,030 %p Nb, 0,000-0,015 %p Ti, 0,0030-0,0060 %p N, 0,00-0,15 %p Cu, 0,0000-0,0010 %p S, 0,000-0,011 %p P, 0,0000-0,0005 %p B, 0,000-0,010 %p Zr, 0,000- 0,010 %p Ta, o restante sendo ferro.

12. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado por a composição química consistir de (por % peso): 0,060-0,085 %p C, 0,95-1,30 %p Mn, 0,10-0,35 %p Si, 0,20-0,40 %p Cr, 0,25-0,40 %p Ni, 0,25-0,35 %p Mo, 0, 000-0, 010 %p V, 0,0200,040 %p Al, 0,0008-0,0030 %p Ca, 0,020-0,040 %p Nb, 0,000-0,015 %p Ti, 0,0030-0,0070 %p N, 0,00-0,20 %p Cu, 0,0000-0,0020 %p S, 0,000-0,015 %p P, 0,0000-0,0005 %p B, 0,000-0,015 %p Zr, 0,0000,015 %p Ta, o restante sendo ferro; e satisfazer as seguintes condições adicionais P1 = 50 x C + Cr + 10 x Mo + 70 x V na faixa de 6,3 até 8,0; P2 = 10 x C + Mn + Cr + 4 x Mo + 16 x V na faixa de 2,75 até 3,8; CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15 na faixa de 0,38% até 0,43%; CEPCM = C + Si/30 + Mn/20 + Cr/20 + Cu/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 +5 x B na faixa de 0,17% até 0,21%.

13. Tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado por a composição química consistir de (por % peso): 0,050-0,080 %p C, 0,95-1,20 %p Mn, 0,10-0,35 %p Si, 0,10-0,30 %p Cr, 0,15-0,35%p Ni, 0,15-0,30 %p Mo, 0,000-0,010 %p V, 0,0200,040 %p Al, 0,0008-0,0030 %p Ca, 0,020-0,040 %p Nb, 0,000-0,015 %p Ti, 0,0030-0,0070 %p N, 0,00-0,20 %p Cu, 0,0000-0,0020 %p S, 0,000-0,015 %p P, 0,0000-0,0005 %p B, 0,000-0,015 %p Zr, 0,0000,015 %p Ta, o restante sendo ferro; e satisfazer as seguintes condições adicionais P1 = 50 x C + Cr + 10 x Mo + 70 x V na faixa de 4,2 até 7,5; P2 = 10 x C + Mn + Cr + 4 x Mo + 16 x V na faixa de 2,31 até 3,66 CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15 na faixa de 0,36% até 0,41%; CEPCM = C + Si/30 + Mn/20 + Cr/20 + Cu/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 +5 x B na faixa de 0,16% até 0,21%.

14. Processo para produzir um tubo de aço sem costura temperado e revenido conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13 caracterizado por possuir um limite de elasticidade de 415 MPa a 635 MPa, processo compreendendo as seguintes etapas: - formar a quente um tubo de aço sem costura tendo uma composição química conforme definida na reivindicação 1 e uma espessura de parede (EP) maior que ou igual a 35 mm e menor que ou igual a 80 mm; - resfriar no ar o tubo de aço sem costura até atingir a temperatura ambiente; - aquecer o tubo de aço sem costura, com uma primeira taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, até uma temperatura de austenitização acima do ponto de transformação Ac3, em uma faixa entre 880°C e 980°C, e fornecer um tempo de encharque entre 180s e 5400s; -temperar o tubo de aço sem costura por meio de resfriamento externo e interno, com uma taxa de resfriamento maior que 6°C/s e até 30 °C/s a uma espessura média do tubo, e com uma taxa de resfriamento de 100-200 °C/s na proximidade da superfície interna e externa do tubo; - aquecer o tubo de aço sem costura com uma segunda taxa de aquecimento entre 0,1°C/s e 10°C/s, até uma temperatura de revenimento compreendida em uma faixa predeterminada, e fornecer um tempo de retenção na dita temperatura de revenimento entre 600s e 7200s; em que dita faixa predeterminada é calculada com uma tolerância de ± 20 °C, usando a seguinte equação

em que a é um parâmetro tendo um valor igual a -0,07, 0,16 ou 0,40 caso o grau a ser alcançado seja X60Q, X65Q ou X70Q, respectivamente.

15. Aço curvado, obtenível por um tubo de aço sem costura de conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por possuir valores de dureza máxima, medidos a 1,5 mm até 2 mm de profundidade a partir da superfície, não maiores que 235 HV10, preferencialmente não maiores que 230 HV10.