BR102019018917B1 - Aço, tubo sem costura de aço e processo para fabricar um tubo sem costura - Google Patents

Abstract

"TUBO SEM COSTURA DE AÇO MICROLIGADO DE ALTA RESISTÊNCIA PARA SERVIÇO ÁCIDO E APLICAÇÕES DE ALTA TENACIDADE". A presente invenção refere-se a aços microligados com um limite de escoamento de pelo menos 485 MPa (70 ksi) com excelente comportamento de tenacidade, boa soldabilidade e resistência melhorada a craqueamento por estresse por sulfeto para tubos em linha, para aplicações como tubos de processo, linhas de fluxo ou tubos de elevação na indústria de petróleo e gás. A presente invenção também se refere a produtos tubulares, tais como tubos sem costura, feitos a partir do referido aço, bem como a um processo para fabricar esses produtos tubulares. Além disso, a presente invenção refere-se ao uso desses tubos sem costura para tubos em linha, linhas de fluxo e tubos de elevação na indústria de petróleo e gás.

Description

[001] A presente invenção refere-se a aços microligados com uma tensão de escoamento de pelo menos 485 MPa (70 ksi) e, preferencialmente, de pelo menos 555 MPa (80 ksi) com excelente comportamento de tenacidade, boa soldabilidade e resistência melhorada a trincamento sob tensão na presença de sulfeto. Tubos da invenção cumprem os requisitos de tração de graus X70 e X80, de acordo com a norma API 5L do American Petroleum Institute, com resistência à corrosão por fragilização na presença de sulfeto (SSC) e trincamento induzido por hidrogênio (HIC).

[002] Os desafios para desenvolver tubos sem costura de alta resistência começam com a qualidade premium do aço, especialmente no que diz respeito à estreita variação química dos elementos de microliga e menor teor de carbono, a fim de obter as propriedades mecânicas necessárias e excelentes características de soldabilidade.

[003] Tubulações utilizados para transportar petróleo e gás aumentaram em resistência a cada ano, a fim de melhorar a eficiência do projeto e, ao mesmo tempo, diminuir custos de investimento. Além disso, requisitos por alta deformabilidade e soldabilidade aprimorada são continuamente exigidos.

[004] No entanto, a compensação entre resistência e tenacidade, combinada com a necessidade de resistência à corrosão por fragilização na presença de sulfeto (SSC) e a trincamento induzido por hidrogênio (HIC) (por exemplo, resistência ácida), é difícil de alcançar. Em particular, tubos sem costura temperados e revenidos (Q&T) de grau X70 da norma API 5L normalmente apresentam valores máximos de dureza, medidos a uma profundidade de 1,5-2,0 mm das superfícies do tubo (de acordo com a norma API 5L-ISO 3183), abaixo de 250 HV10, enquanto atualmente novos projetos exigem valores mais baixos para tornar o material soldável e resistente a SSC conforme a Região 3 na norma NACE MR-0175 /ISO15156-2. Essa resistência a SSC corresponde a condições de H2S elevado combinado com baixo pH. Porém, valores máximos de dureza mais baixos não podem ser alcançados de forma consistente com as composições e processos químicos atuais do aço.

[005] Um objetivo da invenção é propor graus de aço robustos que atendam aos requisitos acima. A invenção propõe graus de aço de acordo com a norma DNV 555 SP ("X80QOS") para aplicação em serviço ácido dentro do domínio de Classe 3.

[006] A presente invenção também se refere a produtos tubulares, tais como tubos ou dutos, preferencialmente tubos sem costura, feitos a partir do referido aço, bem como a um processo para fabricar esses produtos tubulares.

[007] Além disso, a presente invenção refere-se ao uso de tais produtos tubulares como tubos sem costura para tubulações para aplicações como tubos de processo, linhas de fluxo ou risers ("risers") na indústria de petróleo e gás. Vantajosamente, tubos sem costura de acordo com a invenção permitem espessura reduzida da parede do tubo sem nenhuma desvantagem em termos do desempenho global do material sob aplicações severas.

[008] Aplicações em ambiente mais severo estimularam uma pesquisa por acessórios feitos de aços possuindo boas e estáveis propriedades mecânicas e um comportamento de tenacidade satisfatório em baixas temperaturas, especialmente onde altas deformações impostas podem ter lugar a temperaturas de serviço criogênicas abaixo de -60°C ou mesmo até -80°C.

[009] O aumento necessário em resistência, enquanto mantendo ductilidade adequada de tubos sem costura processados a quente para as aplicações descritas acima, também requer o desenvolvimento de novos conceitos de liga. Em particular, alta ductilidade ou tenacidade adequada a baixas temperaturas de serviço é difícil alcançar com conceitos de liga convencionais ou processos convencionais.

[0010] Os métodos tipicamente conhecidos para melhorar a resistência à tração são aumentar o teor de carbono ou o carbono equivalente usando conceitos de liga convencionais e/ou usando conceitos de microliga, com base no mecanismo de endurecimento por precipitação.

[0011] Elementos de microliga, tais como titânio, nióbio e vanádio, são, falando genericamente, empregados para aumentar a resistência. Dependendo do projeto de liga, titânio já pode precipitar parcialmente a altas temperaturas na fase líquida, formando nitreto de titânio muito grosseiro. Nióbio forma precipitados de nióbio (C, N) em temperaturas mais baixas. Com temperatura ainda decrescente carbonetos e nitretos de vanádio também são formados.

[0012] No entanto precipitados extremamente grosseiros desses elementos de microliga frequentemente prejudicam a ductilidade e tenacidade. Por conseguinte, a concentração desses elementos de liga é geralmente limitada. Além disso, a concentração de carbono e nitrogênio necessária para a formação adequada de precipitados deve ser levada em consideração, tornando complexa a definição de toda a composição química.

[0013] A fim de superar essas desvantagens acima mencionadas, novos conceitos de liga baseados na adição de elementos adequados para aumentar a resistência à tração por endurecimento em solução em combinação com técnicas de microliga foram devidamente investigados.

[0014] Algumas aplicações "offshore" são realizadas principalmente em meio corrosivo, e particularmente na presença de sulfeto de hidrogênio (H2S), o qual é responsável por uma forma perigosa de trincamento em aços de baixa liga com uma alta tensão de escoamento, conhecido como trincamento sob tensão na presença de sulfeto (SSC).

[0015] A resistência a trincamento sob tensão na presença de sulfeto é, portanto, de particular importância para as empresas de petróleo, uma vez que ela é relevante para a segurança do equipamento.

[0016] Além disso, a instalação de tubulação "offshore" pode ser realizada por meio de deposição por bobina. No entanto, o processo de enrolar e desenrolar do tambor do bobina leva à deformação plástica significativa dos tubos. De fato, durante a deposição por bobina, deformação plástica repetida é gerada na tubulação, o que pode afetar a resistência e a ductilidade do material da tubulação e alterar sua resistência à corrosão, especialmente na presença de sulfeto de hidrogênio.

[0017] Portanto, existe uma necessidade real de fornecer aços adequados a ambientes agressivos e, especialmente para aplicações "offshore" ultraprofundas que conciliam ao mesmo tempo propriedades mecânicas boas e estáveis: alta resistência, alta tenacidade e resistência adequada a trincamento sob tensão na presença de sulfeto.

[0018] Mais particularmente, o aço deveria permitir a fabricação de tubos sem costura que possam ser utilizados como tubulações para aplicações tais como tubos de processo, linhas de fluxo ou risers na indústria do petróleo e gás.

[0019] O aço também deveria apresentar excelentes propriedades de impacto em temperaturas de serviço abaixo de -60°C (em direções transversais) através de toda a espessura da parede do tubo.

[0020] Um objetivo da presente invenção é, portanto, um aço que apresenta uma tensão de escoamento superior ou igual a 485 MPa e que possui uma composição química que consiste, em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química, 0,05 < C < 0,10 0,15 < Si < 0,35 1,20 < Mn < 1,50 0,02 < Cr < 0,10 0,10 <Mo < 0,30 0,015 < Al < 0,040 0,002 < N < 0,012 0,10 < Ni < 0,30 0,02 < V < 0,06 0,01 < Nb < 0,03 0,001 < Ti < 0,025;

[0021] O balanço da composição química do referido aço sendo constituído por Fe e um ou mais elementos residuais opcionais, que incluem P, S, B, Ca, Cu e suas misturas; e a composição química do referido aço satisfazendo a seguinte fórmula (1) entre C, Cr, Mo, Nb, V e Ti, cujos teores são expressos em % em peso, C + Cr + Mo + Nb + V + Ti < 0,55 fórmula (1).

[0022] O aço da presente invenção pode apresentar uma tensão de escoamento de preferência maior do que ou igual a 485 MPa e inferior ou igual a 695 MPa, de preferência entre 495 e 675 MPa.

[0023] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a tensão de escoamento do aço é maior ou igual a 555 MPa e menor que ou igual a 705 MPa, a fim de corresponder ao grau X80 da norma API, e preferencialmente a tensão de escoamento do aço é menor ou igual a 675 MPa, a fim de atender às normas da norma DNV GL ST-F101.

[0024] A tensão de escoamento é determinada por meio de testes de tração, conforme definido nas normas ASTM A370-17 e ASTM E8/E8M-13a.

[0025] O aço da presente invenção apresenta excelente comportamento de dureza e tenacidade, especialmente sob condições rigorosas, a saber, na presença de um meio corrosivo. Com efeito, o aço da invenção apresenta excelentes propriedades mecânicas e uma alta tenacidade a temperaturas mesmo abaixo de -80°C, assim como uma resistência melhorada a trincamento sob tensão na presença de sulfeto.

[0026] O aço da presente invenção pode ser particularmente utilizado em produtos tubulares, preferencialmente em tubos sem costura, apresentando dureza uniforme através de toda a sua espessura de parede, mesmo para espessura de parede mais fina.

[0027] Como resultado, o aço da presente invenção é capaz de levar a tubos sem costura tendo alta tensão de escoamento e alta resistência à tração, uma alta deformabilidade, uma dureza baixa e uniforme, a saber, através de todo o seu comprimento e espessura de parede, e apresentar um desempenho de tenacidade estável e elevado, enquanto apresentando uma excelente resistência SSC.

[0028] Além disso, o aço da presente invenção é capaz de levar a tubos sem costura que apresentam desempenho de tenacidade alto e estável, mesmo depois de serem deformados e envelhecidos, enquanto ainda apresentando uma excelente resistência SSC. Em outras palavras, os tubos sem costura feitos do aço da invenção ainda podem ser utilizados eficientemente sob condições adversas, mesmo após sofrer uma deformação plástica. Em particular, tubos sem costura fabricados a partir do aço da invenção são capazes de exibir propriedades mecânicas boas e estáveis durante a deposição por bobina.

[0029] Assim , outro objetivo da presente invenção refere-se a um tubo sem costura feito de um aço como definido anteriormente.

[0030] A presente invenção também se refere a um processo para fabricar um tubo sem costura, que compreende as seguintes etapas sucessivas: (a) fornecer um aço com uma composição química como definido anteriormente e formar a quente um tubo sem costura do mesmo (b) resfriar o tubo sem costura obtido em (a) até a temperatura ambiente, (c) aquecer o tubo sem costura resfriado obtido em (b) até uma temperatura de austenitização (AT) que varia de 890 a 970°C, de preferência entre 900 a 930°C para obter um tubo sem costura austenitizado e, em seguida, temperar o referido tubo sem costura austenitizado até a temperatura ambiente para obter um tubo sem costura temperado, (d) aquecer o tubo sem costura temperado obtido em (c) até uma temperatura de revenimento (TT) que varia de 610 a 680°C e, de preferência, 630 a 670°C antes de manter o referido tubo sem costura na temperatura TT e então resfriar o referido tubo sem costura até a temperatura ambiente para obter um tubo sem costura temperado e revenido.

[0031] O tubo sem costura assim obtido a partir do aço da invenção apresenta uma resistência aprimorada a trincamento sob tensão na presença de sulfeto. Como mencionado anteriormente, o produto tubular e principalmente os tubos de aço sem costura são particularmente adequados para ambientes exigentes. Estes ambientes exigentes podem incorporar uma combinação de fatores muito desafiadores que incluem, por exemplo, locais de água profunda, poços com pressão e temperatura aumentadas, produtos mais corrosivos, e temperaturas de projeto mais baixas. Essas condições, quando adicionadas a critérios rigorosos de soldabilidade e tenacidade já associados às especificações de tubos para aplicações de exploração de petróleo e gás "offshore", impõem demandas sempre crescentes nos materiais e capacidade de fornecimento.

[0032] Este produto apresenta as vantagens de ter propriedades mecânicas boas e estáveis ao longo de todo o seu comprimento e espessura de parede, o que é a distinção de uma microestrutura substancialmente uniforme, além de uma excelente resistência SSC.

[0033] Assim, a presente invenção também se refere ao uso de um tal tubo sem costura para tubulações, para aplicações como tubos de processo, linhas de fluxo ou risers na indústria de petróleo e gás .

[0034] Outros assuntos, características, aspectos e vantagens da invenção surgirão ainda mais claramente ao ler a descrição e os exemplos a seguir.

[0035] No que se segue, e salvo indicação em contrário, os limites de uma faixa de valores são incluídos nessa faixa, em particular nas expressões "entre" e "variando de... a...".

[0036] Além disso, as expressões "pelo menos um" e "pelo menos" usadas na presente descrição são respectivamente equivalentes às expressões "um ou mais" e "maior ou igual a".

Carbono

[0037] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém 0,05 < C < 0,10 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém carbono (C) em um teor que varia desde 0,05 a 0,10 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos os limites mais baixo (0,05 % em peso) e mais alto (0,10 % em peso) estão incluídos.

[0038] Carbono aumenta significativamente a resistência à tração do aço de acordo com a presente invenção. No entanto, também aumenta a dureza, o que não é desejável para aplicações de serviço ácido. O objetivo é obter alta resistência e ao mesmo tempo baixa dureza e alta tenacidade. Abaixo de 0,05% em peso, a resistência à tração diminui significativamente e existe um risco de ter a tensão de escoamento abaixo da expectativa. Em outras palavras, o teor de carbono deve ser maior ou igual a 0,05% em peso, a fim de garantir as resistências dos graus X70 e/ou X80 no caso de tubos sem costura temperados e revenidos

[0039] Além disso, acima de 0,10% em peso, propriedades como soldabilidade, ductilidade e tenacidade são afetadas de forma negativa. O aço é de fato mais susceptível a picos de dureza na zona afetada pelo calor, menor tenacidade na junta de solda e resistência inferior em serviço ácido.

[0040] O teor de carbono é de preferência maior ou igual a 0,06 % (0,06 % < C) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0041] O teor de carbono é de preferência menor do que ou igual a 0,08 % (C < 0,08 %), em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0042] O teor de carbono varia de preferência de 0,06 a 0,08 %, em peso, em relação ao peso total da composição química. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém de preferência 0,06 < C < 0,08 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química.

Silício

[0043] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,15 < Si < 0,35 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém silício (Si) em um teor que varia entre 0,15 % e 0,35 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos, os limites inferior (0,15 % em peso) e o superior (0,3 5% em peso) estão incluídos.

[0044] Este elemento é usado como desoxidante em estado líquido e este efeito é mais eficazmente obtido com teores superiores a 0,15 % em peso. Esses teores também aumentam a resistência do aço, especialmente a resistência à tração final, melhorando a razão de escoamento (YS/UTS). No entanto, acima de 0,35 % em peso, a tenacidade do aço é afetada de forma negativa e diminui.

[0045] O silício também é necessário para retardar o fenômeno de amolecimento durante revenimento em alta temperatura e também a redução das propriedades de tração do aço. O teor de silício é preferencialmente maior ou igual a 0,23 % (0,23 % < Si) em peso e mais preferencialmente maior ou igual a 0,26% (0,26% < Si) em peso em relação ao peso total da composição química.

[0046] O teor de silício é preferencialmente menor ou igual a 0,31% (Si < 0,31%) em peso, e mais preferencialmente menor ou igual a 30% (Si < 0,30%) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0047] O teor de silício de preferência varia de 0,23 a 0,31 % em peso, e mais preferencialmente a partir de 0,26 a 0, 30 % em peso, em relação ao peso total da composição química. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém, de preferência 0,23<Si<0,31% em peso, e mais preferencialmente 0,26 < Si < 0,30 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química.

Manganês

[0048] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 1,20 < Mn < 1,50 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém manganês (Mn) em um teor que varia entre 1,20 a 1,50 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos os limites inferior (1,20 % em peso) e superior (1,50 % em peso) estão incluídos.

[0049] Manganês é benéfico para a trabalhabilidade a quente do aço. Também aumenta a temperabilidade do aço. Além disso, manganês aumenta a resistência à tração do aço por meio de endurecimento em solução sólida. Propriedades como soldabilidade e tenacidade são afetadas de forma negativa quando o teor de manganês excede 1,50% em peso, em relação ao peso total do aço.

[0050] O teor de manganês é de preferência maior ou igual a 1,35% (1,35% < Mn) em peso, e mais preferencialmente 1,40% (1,40% < Mn) em peso em relação ao peso total da composição química.

[0051] O teor de manganês é de preferência menor do que ou igual a 1,45% (Mn < 1,4 5%) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0052] O teor de manganês varia de preferência de 1,35 a 1,45% em peso, e mais preferencialmente de 1,40 a 1,45% em peso, em relação ao peso total da composição química. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém preferencialmente 1,35 < Mn < 1,45 % em peso, e mais preferencialmente 1,40 < Mn < 1,45 % em peso em relação ao peso total da referida composição química.

Cromo

[0053] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,02 < Cr < 0,10 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém cromo (Cr) em um teor compreendido entre 0,02 a 0,10 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos, os limites inferior (0,02 %, em peso) e superior (0,10 % em peso) estão incluídos.

[0054] O cromo melhora a temperabilidade do aço, levando ao aprimoramento das resistências à tração. Porém, um teor mais elevado pode ser prejudicial à soldabilidade dos aços devido ao aumento da dureza e à diminuição da tenacidade.

[0055] O teor de cromo deve permanecer inferior ou igual a 0,10 % em peso, a fim de evitar quaisquer pontos duros (pontos locais de alta dureza), durante revenimento e/ou a soldadura, provocados pela formação e precipitação de carbonetos. Tais precipitados são de fato prejudiciais a SSC.

[0056] O teor de cromo é preferencialmente superior ou igual a 0,06% (0,06% < Cr) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0057] O teor de cromo é preferencialmente inferior ou igual a 0,08% (Cr < 0,08%) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0058] O teor de cromo varia preferencialmente de 0,06 a 0,08 % em peso, em relação ao peso total da composição química. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém de preferência 0,06 < Cr < 0,08 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química.

Molibdênio

[0059] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,10 < Mo < 0,30 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém molibdênio (Mo) com um teor que varia entre 0,10 e 0,30% em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos os limites, inferior (0,10%, em peso) e superior (0,30% em peso) estão incluídos.

[0060] Molibdênio aumenta ambos, tensão de escoamento e resistência à tração e suporta a homogeneidade das propriedades mecânicas, a microestrutura e a tenacidade do aço ao longo de todo o comprimento e espessura do tubo sem costura . A presença de molibdênio também permite aumentar a temperatura de revenimento e fornecer tubos sem costura mais espessos, sem alterar outros parâmetros do processo, melhorando assim a dureza do referido tubo sem costura, bem como sua resistência SSC. O molibdênio também aumenta a temperabilidade do aço.

[0061] O teor de molibdênio é preferencialmente maior ou igual a 0,16% (0,16% < Mo) em peso, e mais preferencialmente maior ou igual a 0,20% (0,20% < Mo) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0062] O teor de molibdênio é, de preferência menor do que ou igual a 0,26 % (Mo < 0,26 %) em peso, e mais preferivelmente menor do que ou igual a 0,24 % (Mo < 0,24 %), em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0063] O teor de molibdênio varia de preferência entre 0,16 a 0,26% em peso, mais preferencialmente de 0,20-0,24% em peso em relação ao peso total do aço. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém de preferência 0,16 < Mo < 0,26% em peso, mais preferencialmente 0,20 < Mo < 0,24% em peso em relação ao peso total da referida composição química.

[0064] A composição química do aço de acordo com a presente invenção satisfaz preferencialmente a seguinte fórmula (2) entre Cr e Mo, cujo teor é expresso em % em peso, Cr + Mo < 0,35 % fórmula (2).

[0065] Em outras palavras, a soma dos teores de Cr e Mo é de preferência menor do que ou igual a 0,35 %, em peso, em relação ao peso total do aço. Valor superior de combinação destes elementos pode causar resistência muito elevada combinada com dureza elevada indesejável. Portanto, uma temperatura de revenimento muito alta poderia ser necessária, causando a recristalização das ripas de martensita formadas próximo às superfícies do tubo durante o processo de têmpera. Por outro lado, temperatura de têmpera muito mais baixa pode levar a valores muito altos indesejáveis para dureza e/ou resistência à tração.

Alumínio

[0066] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,015 < Al < 0,040 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém alumínio (Al) em um teor que varia de 0,015 a 0,040% em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos, os limites mais baixo (0,015% em peso) e mais alto (0,040% em peso) estão incluídos.

[0067] O alumínio é um poderoso desoxidante de aço e refinador de grão. O teor de alumínio não deveria exceder 0,040% em peso, porque a limpeza do aço pode ser afetada de forma negativa por uma potencial formação mais forte de óxidos de alumínio. No entanto, um valor muito baixo de Al também não é desejável devido à desoxidação necessária do aço, bem como devido à necessidade de uma quantidade razoável de AlN, a fim de inibir o crescimento de grão durante as operações de laminação, tratamento térmico e soldagem.

[0068] O teor de alumínio é preferencialmente maior ou igual a 0,20 % (0,20 % < Al ) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0069] O teor de alumínio é preferencialmente menor ou igual a 0,35 % (Al < 0,35 %) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0070] O teor de alumínio varia preferencialmente de 0,20 a 0,35 % em peso, em relação ao peso total do aço. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém preferencialmente 0,20 < Al < 0,35% em peso, em relação ao peso total da referida composição química.

Nitrogênio

[0071] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,002 < N < 0,012 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém nitrogênio (N) com um teor que varia de 0,002 a 0,012 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos, os limites mais baixo (0,002% em peso) e o mais alto (0,012 % em peso) estão incluídos.

[0072] Acima de 0,012 % em peso, o nitrogênio forma carbonitretos grosseiros que afetam de forma negativa a tenacidade e também são prejudiciais à resistência SSC. Além disso, nitrogênio muito elevado também pode acelerar o envelhecimento por deformação dos tubos de aço que são submetidos à deformação plástica durante o processo de assentamento por bobina. Por outro lado, teor de nitrogênio muito menor também é prejudicial devido à redução da precipitação dos carbonitretos e/ou nitretos de alumínio, que são necessários para inibição do crescimento de grãos, e para aumentar as propriedades de tração.

[0073] O teor de nitrogênio é preferencialmente maior ou igual a 0,005 % (0,005 % < N ) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0074] O teor de nitrogênio é preferencialmente menor ou igual a 0,10 % (N < 0,10 %) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0075] O teor de nitrogênio varia preferencialmente de 0,005a 0,10% em peso, em relação ao peso total do aço. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém preferencialmente 0,005 < N < 0,10 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química.

Níquel

[0076] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,10 < Ni < 0,30 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém níquel (Ni) em um teor que varia de 0,10 a 0,30 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos, os limites mais baixo (0,10 % em peso) e mais alto (0,30 % em peso) estão incluídos.

[0077] O níquel melhora a dureza do aço. Aumenta a tensão de escoamento, bem como a resistência à tração. O níquel é um elemento muito importante para melhorar a tenacidade, especialmente em temperaturas muito baixas.

[0078] O teor de níquel é preferencialmente maior ou igual a 0,12% (0,12% < Ni ) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0079] O teor de níquel é preferencialmente menor ou igual a 0,20% (Ni < 0,20 %) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0080] O teor de níquel varia preferencialmente de 0,12 a 0,20% em peso, em relação ao peso total do aço. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém preferencialmente 0,12 < Ni < 0,20 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química.

Vanádio

[0081] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,02 < V < 0,06 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém vanádio (V) em um teor compreendido entre 0,02 a 0,06 % em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos os limites, mais baixo (0,02% em peso) e mais alto (0,06% em peso) estão incluídos.

[0082] O vanádio aumenta as propriedades de tração devido ao fenômeno de endurecimento por precipitação. Acima de 0,06% em peso, precipitados de vanádio (nitretos e/ou carbonetos) aumentam o risco de ter picos de dureza na zona afetada por calor, bem como uma dispersão em valores de tenacidade a baixa temperaturas e/ou um deslocamento de temperaturas de transição para temperaturas mais altas. Consequentemente, as propriedades de tenacidade são impactadas de forma negativa por tais teores. Por outro lado, teor muito baixo de vanádio não aumenta a resistência dos aços. O vanádio também tem um efeito menor na temperabilidade de aços.

[0083] O teor de vanádio é preferencialmente maior ou igual a 0,03% (0,03% < V) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0084] O teor de vanádio é, de preferência menor do que ou igual a 0,05% (V < 0,05%) em peso em relação ao peso total da composição química.

[0085] O teor de vanádio varia preferencialmente de 0,03 a 0,05 % em peso em relação ao peso total da composição química. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém preferencialmente 0,03 < V < 0,05 % em peso em relação ao peso total da referida composição química.

Nióbio

[0086] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,01 < Nb < 0,03% em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém nióbio (Nb) em um teor que varia de 0,01 a 0,03% em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que ambos, os limites mais baixo (0,01% em peso) e mais alto (0,03 % em peso) estão incluídos.

[0087] O nióbio leva a precipitados de carboneto e/ou nitreto que resultam em uma microestrutura de tamanho de grão fino por efeitos de ancoragem dos contornos de grão e resistência à tração aprimorada. No entanto, acima de 0,03 % em peso, o nióbio pode ter um impacto negativo na dureza, especialmente na zona afetada por calor. E também pode ter um impacto negativo na tenacidade através da formação de precipitados grosseiros.

[0088] O teor de nióbio é preferencialmente maior ou igual a 0,02% (0,02% < Nb) em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0089] O teor de nióbio é de preferência inferior ou igual a 0,028% (Nb < 0,028%) em peso em relação ao peso total da composição química.

[0090] O teor de nióbio preferencialmente em relação ao peso total da composição química. Em outras palavras, a composição química do aço de acordo com a presente invenção contém de preferência 0,02% < Nb < 0,028% em peso em relação ao peso total da referida composição química.

[0091] A composição química do aço de acordo com a presente invenção satisfaz preferencialmente a seguinte fórmula (3) entre Nb e V, cujos teores são expressos em % em peso, Nb + V < 0,07 fórmula (3) .

[0092] Em outras palavras, a soma dos teores de Nb e V é de preferência inferior ou igual a 0,07 % em peso, em relação ao peso total do aço a fim de evitar qualquer pico de dureza da zona afetada por calor (ZAC) e para melhorar a resistência SSC nessa região.

Titânio

[0093] A composição química do aço de acordo com a presente invenção contém ainda 0,001% < Ti < 0,025% em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço contém titânio (Ti) em um teor até 0,025% em peso, em relação ao peso total da referida composição química; entendendo-se que o limite superior está incluído (0,025 % em peso).

[0094] Acima de 0,025% em peso, o titânio pode levar a precipitados grosseiros de carboneto e/ou nitreto, o que leva a um controle mais fraco do refino de grão, bem como a uma maior suscetibilidade a trincamento secundário nos testes de SSC. Além disso, com esses teores o titânio afeta de forma negativa a tensão de escoamento e a tenacidade do aço .

[0095] O teor de titânio está preferencialmente na faixa de 0,005 < Ti < 0,020 % em peso, em relação ao peso total da composição química.

[0096] A composição química do aço de acordo com a presente invenção satisfaz preferencialmente a seguinte fórmula (4) entre Nb , V e Ti , cujos teores são expressos em % em peso, Nb + V + Ti < 0,095 fórmula (4).

[0097] Em outras palavras, a soma dos teores de Nb, V e Ti é preferencialmente inferior ou igual a 0,095 % em peso, em relação ao peso total do aço. Essa combinação de elementos é importante para evitar ponto de dureza na zona afetada por calor de soldas de circunferência, melhorar a resistência SSC e a tenacidade nessa região.

Balanço e elementos residuais

[0098] O balanço da composição química do aço de acordo com a presente invenção é feito de Fe e elementos residuais resultantes dos processos de produção e fundição de aço, incluindo P, S , B, Ca, Cu e suas misturas.

[0099] Em algumas modalidades, a composição química contém elementos residuais escolhidos entre P, S, B, Ca, Cu e suas misturas.

[00100] O termo "elementos residuais" refere-se a elementos inevitáveis resultantes dos processos de produção e fundição de aço.

[00101] Os teores do residual, expresso em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química, são de preferência como a seguir: P < 0,012 S < 0,003 B < 0,0005 Ca < 0,004 Cu < 0,12 Boro

[00102] O teor de boro (B) é preferencialmente menor ou igual a 0,0005% em peso, em relação ao peso total da composição química do aço. Acima desse teor, o boro pode impactar de forma negativa a soldabilidade devido à formação de pontos duros na zona afetada por calor. Mais preferencialmente, a composição de aço é isenta de boro. A composição isenta de boro contém boro com menos de 0,0005% em peso, em relação ao peso total da composição química do aço.

Cobre

[00103] A composição química do aço de acordo com a presente invenção pode ainda conter Cu < 0,12% em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Em outras palavras, a composição química do aço pode ainda conter cobre (Cu) em um teor menor do que ou igual a 0,12% em peso, em relação ao peso total da referida composição química. Acima de 0,12% em peso, o cobre pode levar a defeitos de superfície devido ao fenômeno de fuga quente.

[00104] Outros elementos tais como Ca e REM (metais de terras raras) também podem estar presentes como elementos residuais inevitáveis. P e S diminuem a resistência SSC e a tenacidade.

[00105] Equivalente de carbono e Pcm são parâmetros calculados em porcentagem em peso, relacionando os efeitos combinados de diferentes elementos de liga nos aços a uma quantidade equivalente de carbono.

[00106] A resistência à tração desejada pode ser variada alterando a quantidade de carbono e de outros elementos de liga por meio de um tratamento térmico adequado. Esses parâmetros são muito importantes para permitir uma melhor soldabilidade, tenacidade e resistência à tração. Quanto menor o equivalente em carbono e o Pcm, melhor será a soldabilidade e a tenacidade. Mas não pode ser muito baixo, uma vez que a resistência à tração mínima não será atingida.

[00107] A presente invenção também se refere a um tubo sem costura, feito de aço como definido anteriormente.

[00108] De acordo com uma modalidade da invenção, os tubos sem costura são do grau X80, com uma tensão de escoamento do aço entre 555 MPa e 740 MPa, uma espessura de parede de tubo entre 15,1 e 35 mm, e de tal modo que a composição química do aço contém, em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,16 < Mo < 0,26, e de preferência 0,20 < Mo < 0,24.

[00109] De acordo com outra modalidade da invenção, os tubos sem costura são do grau X70, com uma tensão de escoamento do aço entre 485 MPa e 635 MPa, uma espessura de parede de tubo entre 9,3 e 40 mm, e tal que a composição química do aço contem em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,10 < Mo < 0,21.

[00110] Outro objetivo da presente invenção refere-se a um processo para fabricar um tubo sem costura, conforme definido anteriormente.

[00111] Mais particularmente, um tubo sem costura feito de aço de acordo com a presente invenção é obtido de acordo com métodos convencionais de conformação a quente.

[00112] Por exemplo, o aço de acordo com a presente invenção pode ser fundido por práticas de fusão comumente utilizadas e processo de fundição comumente utilizado, como os métodos de lingotamento contínuo ou métodos de fundição de desbaste de lingote.

[00113] O aço é então aquecido a uma temperatura que varia de 1100°C e 1300°C, de modo que em todos os pontos a temperatura alcançada é favorável às altas taxas de deformação que o aço sofrerá durante a conformação a quente.

[00114] De preferência, a temperatura máxima é inferior a 1300°C para evitar queima. Abaixo de 1100°C, a ductilidade a quente do aço é impactada de forma negativa. O aço é vantajosamente conformado a quente, em pelo menos uma etapa, por laminação.

[00115] Um tubo sem costura tendo as dimensões desejadas é assim obtido . Este produto tubular apresenta preferencialmente uma espessura de parede que varia de 9,3 a 50 mm, e mais preferencialmente de 15 a 35 mm.

[00116] O tubo sem costura é então austenitizado, ou seja, aquecido até uma temperatura de austenitização (AT) para obter uma microestrutura homogênea ao longo de seu comprimento e através da seção de parede.

[00117] O tubo sem costura feito de aço de acordo com a presente invenção é então mantido à temperatura de austenitização AT por um tempo de austenitização At de pelo menos 2 minutos, o objetivo sendo que, em todos os pontos do tubo, a temperatura atingida seja pelo menos igual à temperatura de austenitização. A temperatura deveria ser homogênea através de todo o tubo. O tempo de austenitização At não deveria ser superior a 60 minutos, porque acima dessa duração, os grãos de austenita crescem indesejadamente grandes e levam a uma estrutura final mais grosseira. Isso seria prejudicial à tenacidade e resistência SSC.

[00118] O tubo sem costura austenitizado feito de aço de acordo com a presente invenção é então resfriado à temperatura ambiente, por exemplo, em água (resfriamento à água).

[00119] O tubo sem costura temperado feito de aço de acordo com a presente invenção é então revenido, ou seja, aquecido a uma temperatura de revenimento (TT) que varia de 630 a 670°C, preferencialmente de 630 a 665°C, e mais preferencialmente de 635 a 660°C.

[00120] A temperatura de revenimento deve se manter abaixo de 670°C , a fim de evitar qualquer recristalização de martensita por baixo das superfícies externa e interna do tubo, o que seria prejudicial para a resistência SSC , bem como para as propriedades de tração e resistência à fadiga, porém mais elevada do que 630°C para manter a microestrutura homogênea ao longo de todo o tubo sem costura. A temperatura de revenimento deve permanecer acima de 630°C, a fim de evitar picos de dureza em superfícies de ID e OD.

[00121] Essa etapa de revenimento é realizada durante um tempo de revenimento Tt, preferencialmente entre 20 e 60 minutos. Isso leva a um tubo de aço sem costura temperado e revenido.

[00122] O tubo de aço sem costura temperado e revenido de acordo com a invenção é então resfriado até a temperatura ambiente usando resfriamento à água ou a ar.

[00123] No final do processo da presente invenção, o tubo sem costura assim obtido pode ainda passar por etapas adicionais de acabamento, tais como dimensionamento, revestimento ou desempeno.

[00124] O tubo de aço sem costura temperado e revenido é então útil para tubulações, para aplicações como tubos de processo, linhas de fluxo ou risers na indústria de petróleo e gás .

[00125] Assim, a presente invenção também se refere utilização uso de um tubo sem costura, conforme definido anteriormente para tubulações.

[00126] Outras características e vantagens da invenção são fornecidas na seção experimental a seguir, que deveria ser considerada ilustrativa e não limitativa do escopo do presente pedido.

EXEMPLOS I. Exemplo 1 - X80 1. Aços testados

[00127] As seguintes composições de aços de tubo sem costura de acordo com a presente invenção (A1), (A2) e (A3) foram preparadas a partir dos elementos indicados na Tabela 1 a seguir, cujas quantidades são expressas como percentagem em peso, em relação ao o peso total da composição química. Tabela 1

2. Protocolo

[00128] Os aços (A1), (A2) e (A3) tendo as composições químicas descritas na Tabela 1 acima, foram aquecidos e depois conformados a quente em tubos de aço sem costura das dimensões desejadas por meio de trabalho a quente usando um laminador a 1250°C.

[00129] Os tubos de aço sem costura assim obtidos têm uma espessura de parede (WT) igual a 15,9 mm ou 25,4 mm.

[00130] Após conformação a quente, os tubos de aço sem costura passaram pelas seguintes condições de processo resumidas na Tabela 2, com: AT: Temperatura de austenitização em°C At: Tempo de austenitização em segundos TT: Temperatura de revenimento em°C Tt: Tempo de revenimento em segundos

[00131] As etapas seguintes, definidas na Tabela 2 e correspondem às etapas (c) e (d) do processo da presente invenção. Tabela 2

[00132] As propriedades mecânicas, comportamento de fratura mecânica e de SSC foram então avaliadas para cada aço (A1), (A2) (A3) de acordo com os seguintes métodos.

3. Comportamento da dureza

[00133] O comportamento da dureza foi avaliado de acordo com a norma ISO 6507-1.

[00134] Cada tubo (A1, 25,4 mm), (A2, 25,4 mm), (A3, 25,4 mm), (A1, 15,9 mm) e (A2, 15,9 mm) foi cortado em sua direção transversal e dividido em quatro quadrantes. Quatro recortes em sua parede externa, na parede central e na parede interna foram executados em ambas as extremidades, inferior e superior, do tubo. Em outras palavras, 16 medições foram realizadas para cada parede na extremidade inferior do tubo e 16 outras foram realizadas na extremidade superior.

[00135] Os resultados são mostrados nas figuras 1a (que representam os resultados obtidos para tubos (A1, 25,4 mm), (A2, 25,4 mm) e (A3, 25,4 mm)) e 1b (que representam os resultados obtidos para tubos (A1, 15,9 mm) e (A2, 15,9 mm)).

[00136] Cada gráfico representa todos os valores individuais das medições de dureza realizadas em diferentes posições (extremidades inferior e superior do tubo), bem como na seção transversal (parede externa, parede intermediária e parede interna) para cada tubo (A1, 25,4 mm), (A2, 25,4 mm), (A3, 25,4 mm), (A1, 15,9 mm) e (A2, 15,9 mm).

[00137] Os resultados assim obtidos mostram claramente que os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção cumprem os requisitos da norma DNV GL-ST-F101. De fato, para ambas, as paredes mais espessas (Figura 1a) e mais finas (Figura 1b), todos os valores de dureza estão bem abaixo de 250 HV10. Esse bom nível é ainda melhorado para as paredes mais finas (Figura 1b), pois esses valores estão na maior parte das vezes abaixo de 230 HV10.

4. Propriedades de tração

[00138] As propriedades de tração foram avaliadas de acordo com a norma ASTM A370.

[00139] As propriedades de tração, representadas pela tensão de escoamento, são mostradas nas figuras 2a (que representam os resultados obtidos para tubos (A1, 25,4 mm), (A2, 25,4 mm) e (A3, 25,4 mm)) e 2b (que representam os resultados obtidos para tubos (A1, 15,9 mm) e (A2, 15,9 mm)).

[00140] Cada gráfico representa os valores da tensão de escoamento medidos para cada tubo (A1, 25,4 mm), (A2, 25,4 mm), (A3, 25,4 mm), (A1, 15,9 mm) e (A2, 15,9 mm).

[00141] Os resultados assim obtidos mostram claramente que os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção apresentam uma tensão de escoamento maior ou igual a 555 MPa (80 ksi). Em outras palavras, o aço de acordo com a presente invenção corresponde ao grau X80.

5. Resistência HIC

[00142] O teste de HIC, que corresponde ao teste de acordo com o método NACE TM 0284, consiste em mergulhar os tubos de teste em uma solução (solução A) de 100% de H2S. A duração do teste é de 96 horas. Todas as amostras (A1, 25,4 mm), (A2, 25,4 mm), (A3, 25,4 mm), (A1, 15,9 mm) e (A2, 15,9 mm) passaram sem trincas, a saber, a relação de sensibilidade de trinca (CSR), a relação de comprimento de trinca (CLR) e a relação de espessura de trinca (CTR) são todas zero.

6. Resistência SSC

[00143] A resistência SSC corresponde à resistência a trincamento por corrosão por fragilização na presença de sulfeto. Essa resistência SSC foi avaliada para cada tubo (A1, 25,4 mm), (A2, 25,4 mm) (A3, 25,4 mm), (A1, 15,9 mm) e (A2, 15,9 mm), de acordo com os três métodos a seguir: - o primeiro teste SSC, que corresponde ao Método A da norma NACE TM0177-2016, consiste em mergulhar os tubos sob carga axial em uma solução aquosa (Solução A), que consiste em 5,0% em peso de cloreto de sódio e 0,5% em peso de ácido acético glacial dissolvido em água destilada. O pH da solução antes ou depois de saturação de H2S era no intervalo de 2,6 e 2,8. A temperatura da solução é de 24°C. A duração do teste é de 720 horas e o tensão aplicado é de 90% da tensão escoamento real. - o segundo teste SSC, que corresponde ao teste de flexão em quatro pontos - norma ASTM G-39, consiste em mergulhar os tubos sob carga em uma solução aquosa (Solução A), que consiste em 5,0% em peso de cloreto de sódio e 0,5% em peso de ácido acético glacial dissolvido em água destilada. O pH da solução antes ou depois de saturação de H2S era no intervalo de 2,6 e 2,8. A temperatura da solução é de 24°C. A duração do teste é de 720 horas e o tensão aplicado é de 90% da tensão de escoamento real.

[00144] A ausência de falha foi então determinada.

[00145] Depois de 720 horas, os tubos de acordo com a presente invenção não apresentaram falhas e nenhuma trinca secundária através da seção. Todos os tubos apresentam uma excelente resistência a trincamento sob tensão na presença de sulfeto e, portanto, podem ser usados em condições ácidas severas.

7. Teste após deformação e envelhecimento

[00146] A composição do aço (A1) de acordo com a presente invenção foi preparada a partir dos elementos indicados na Tabela 1 acima. O aço (A1) assim obtido foi, em seguida, conformado a quente de acordo com o protocolo mencionado anteriormente no exemplo 1 e os dois tubos seguintes (A1a) e (A1b) foram produzidos.

[00147] Após têmpera e revenimento, o tubo (A1b) foi envelhecido e deformado de acordo com o seguinte protocolo:

[00148] A amostra de tira de parede completa (A1b) foi submetida a tensão de tração uniaxial, causando uma deformação plástica de 2% (A1b-2%) ou de 5% (A1b-5%). O tubo foi então envelhecido a 250°C por 1 hora. Este protocolo tem como objetivo simular o impacto da bobinagem nas propriedades mecânicas do tubo em baixas temperaturas.

[00149] As propriedades mecânicas, a mecânica de fratura e o comportamento SSC do tubo (A1a) e dos tubos envelhecidos e deformados (A1b-2%) e (A1b-5%) foram então avaliados de acordo com os métodos a seguir.

7.1 Comportamento da dureza

[00150] O comportamento da dureza foi avaliado de acordo com a norma ISO 6507-1, conforme mencionado anteriormente no exemplo 1.

[00151] Os resultados obtidos com (A1b-2%), com uma espessura de parede de 15,9 mm, são mencionados na Tabela 3 abaixo. Os seguintes valores correspondem às médias das quatro medidas de dois dos quatro quadrantes para cada uma das extremidades.

[00152] Os resultados assim obtidos mostram claramente que, mesmo após deformar e envelhecer, os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção cumprem os requisitos da norma DNV GL- ST-F101. De fato, todos os valores de dureza estão abaixo de 250 HV10.

7.2 Teste de energia de impacto

[00153] Para cada tubo (A1a) e (A1b-5%), os valores de energia de impacto foram determinados de acordo com o teste de impacto de Charpy ASTM E23 - Tipo A.

[00154] Três entalhes localizados em diferentes posições através da espessura da parede (parede externa, parede intermediária e parede interna) foram realizados nos tubos (A1a) e (A1b-5%). Os tubos foram então colocados em diferentes temperaturas variando de - 10°C a -80°C.

[00155] A energia absorvida (Joule) e a área de cisalhamento (%) foram então medidas após testes de impacto de Charpy em diferentes temperaturas.

[00156] Os resultados são apresentados na Tabela 4 abaixo para o tubo (A1a) e o tubo (A1b-5%). Os resultados mostrados na Tabela correspondem aos valores médios das três medições usando amostras em tamanho real. Teste de impacto de Charpy - Tabela 4

[00157] Os resultados assim obtidos mostram que os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção não apresentam fraturas frágeis mesmo a -80°C para as condições como-temperados e revenidos (A1a) .

[00158] Além disso, mesmo após uma deformação uniaxial grave de 5%, seguida de envelhecimento a 250°C por 1 h, esse bom comportamento dúctil é mantido em temperaturas abaixo de -60°C (A1b-5%) .

7.3 Deslocamento da abertura da ponta de trinca (CTOD)

[00159] Este método é usado para determinar quando a trinca começa a propagar.

[00160] Três amostras foram cortadas em cada tubo (A1a), (A1b- 2%) e (A1b-5%) usando uma máquina de descarga elétrica (EDM), a fim de garantir entalhes estreitos a partir dos quais pré-trincas de fadiga podem se estender por fadiga. Os testes e avaliações de resultados seguiram a norma BS 7448-1. Os tubos testados tinham uma espessura de parede de 25,4 mm.

[00161] A especificação DNVGL-ST-F101 estabelece um valor mínimo de CTOD de 0,150 mm para a temperatura do projeto.

[00162] Os valores de CTOD são dados na Tabela 5 abaixo. CTOD - Tabela 5

[00163] Os resultados assim obtidos mostram que os valores de CTOD do aço de acordo com a presente invenção são muito maiores que 0,150 mm. De fato, mesmo a -60°C, os valores de CTOD são superiores a 1,10 mm.

[00164] Além disso, todos os tubos (A1a), (A1b-2%) e (A1b-5%) apresentam um modo de fratura dúctil.

[00165] Ambos os testes de energia de impacto e de CTOD mostram que o aço da presente invenção apresenta uma excelente resistência a tensão. Mesmo após a deformação e o envelhecimento, os tubos permanecem tenazes para temperaturas de até -60°C.

7.4 Resistência SSC

[00166] A resistência SSC foi avaliada para cada um dos tubos (A1a, 25,4 mm), (A1a, 15,9 mm) e (A1b-5%) , de acordo com os métodos mencionados anteriormente no exemplo 1.

[00167] Depois de 720 horas, nenhum dos tubos apresentou nem falhas nem trincas secundárias. Todos os tubos apresentam uma excelente resistência a trincamento sob tensão na presença de sulfeto, mesmo após deformação e envelhecimento, podendo, portanto, ser utilizados em condições de acidez severa.

II. Exemplo 2 - X70 1. Aços testados

[00168] As seguintes composições de aços para tubos sem costura, de acordo com a presente invenção (A4) e (A5), foram preparadas a partir dos elementos indicados na Tabela 1 abaixo, cujas quantidades são expressas como porcentagem em peso, em relação ao peso total da composição química. Tabela 6

2. Protocolo

[00169] Os aços (A4) e (A5) que têm as composições químicas descritas na Tabela 6 acima foram aquecidos e, em seguida, conformados a quente em tubos de aço sem costura das dimensões desejadas por meio de trabalho a quente, utilizando um laminador a 1250°C. Os tubos de aço sem costura assim obtidos têm uma espessura de parede (WT) igual a 25,4 mm.

[00170] Após a conformação a quente, os tubos de aço sem costura passaram pelas seguintes condições de processo: AT: Temperatura de austenitização a 920°C At: Tempo de austenitização durante 900 segundos TT: Temperatura de revenimento a 650°C Tt: Tempo de revenimento durante 2400 segundos

[00171] As propriedades mecânicas, mecânica de fratura, comportamentos HIC e SSC foram então avaliados para cada aço (A4) e (A5) de acordo com os métodos a seguir.

3. Comportamento da dureza

[00172] O comportamento da dureza foi avaliado de acordo com a norma ISO 6507-1, de acordo com o método descrito para o Exemplo 1.

[00173] Os resultados são mostrados na figura 3.

[00174] Os resultados assim obtidos mostram claramente que os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção cumprem os requisitos da norma DNV GL-ST-F101. Todos os valores de dureza são inferiores a 240 HV10.

4. Propriedades de tração

[00175] As propriedades de tração foram avaliadas de acordo com a norma ASTM A370.

[00176] As propriedades de tração, representadas pela tensão de escoamento, são mostradas nas figuras 4. Cada gráfico representa os valores de tensão de escoamento medidos para cada um dos tubos (A4, 25,4 mm) e (A5, 25,4 mm).

[00177] Os resultados assim obtidos mostram claramente que os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção apresentam uma tensão de escoamento maior ou igual a 485 MPa (70 ksi).

5. Resistência a HIC

[00178] Os tubos (A4, 25,4 mm) e (A5, 25,4 mm) passaram no teste HIC, correspondente ao teste de acordo com o método NACE TM 0284, sem trincas após 96 horas, a saber, a relação de sensibilidade à trinca (CSR), a relação de comprimento de trinca (CLR) e a relação de espessura de trinca (CTR) são todas zero.

6. Resistência a SSC

[00179] Os tubos (A4, 25,4 mm) e (A5, 25,4 mm) passaram no teste SSC, correspondente ao teste de acordo com o Método A NACE TM0177-2016, sem falhas e sem trincas secundárias após 720 horas. Todos os tubos mostram uma excelente resistência a trincamento sob tensão na presença de sulfeto e, portanto, podem ser usados em condições ácidas severas.

7. Teste após deformação e envelhecimento

[00180] A composição do aço (A4) e (A5) de acordo com a presente invenção foi preparada a partir dos elementos indicados na Tabela 6 acima. O aço assim obtido foi então conformado a quente de acordo com o protocolo mencionado anteriormente no exemplo 2. Após têmpera e revenimento, o tubo foi envelhecido e deformado de acordo com o seguinte protocolo: um tensão de tração uniaxial causando uma deformação plástica de 5 % foi aplicado a toda a parede do tubo e, em seguida, os tubos foram envelhecidos a 250°C por 1 hora.

7.1 Comportamento da dureza

[00181] O comportamento da dureza foi avaliado de acordo com a norma ISO 6507-1, conforme mencionado anteriormente no exemplo 1.

[00182] A medida de dureza máxima obtida foi de 240HV10. Os resultados assim obtidos mostram claramente que, mesmo após deformação e envelhecimento, os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção cumprem os requisitos da norma DNV GL-ST-F101. De fato, todos os valores de dureza estão bem abaixo de 250 HV10.

7.2 Teste de energia de impacto

[00183] Para tubos de acordo com Aço (A4), os valores de energia de impacto foram determinados de acordo com o teste de impacto de Charpy ASTM E23 - Tipo A, utilizando amostra em tamanho real.

[00184] Os resultados são apresentados na Tabela 7 abaixo para o tubo (A4) sem deformação e envelhecimento, e para o tubo (A4-5%) após deformação e envelhecimento. Os resultados mostrados na Tabela correspondem aos valores médios das três medições usando amostras em tamanho real. Teste de impacto de Charpy - Tabela 7

[00185] Os resultados assim obtidos mostram que os tubos feitos de aço de acordo com a presente invenção não apresentam fraturas quebradiças mesmo a -80°C para as condições como- temperados e revenidos.

[00186] Além disso, mesmo após uma deformação uniaxial grave de 5% seguida por envelhecimento a 250°C por 1 h, esse bom comportamento dúctil é mantido em temperaturas abaixo de -60°C.

7.3 Deslocamento da abertura de ponta de trinca (CTOD)

[00187] Três amostras foram cortadas em cada um dos tubos (A4) e (A4 -5%) e respectivamente (A5). Os testes e avaliações de resultados seguiram a norma BS 7448-1. Os tubos testados tinham uma espessura de parede de 25,4 mm.

[00188] Os valores de CTOD são dados na Tabela 8 abaixo. CTOD - Tabela 8

[00189] Os resultados assim obtidos mostram que os valores de CTOD do aço de acordo com a presente invenção são muito mais elevados do que 0,150 mm, como estabelecido na especificação DNVGL-ST-F101. De fato, mesmo a -60°C, os valores de CTOD são maiores que 1 mm.

[00190] Além disso, todos os tubos (A1a), (A1b-2%) e (A1b-5%) apresentam um modo de fratura dúctil.

[00191] Ambos os testes de energia de impacto e de CTOD mostram que o aço da presente invenção apresenta uma excelente resistência a tensão. Mesmo após deformação e envelhecimento, os tubos permanecem resistentes para temperaturas de até -60°C.

7.4 Resistência SSC

[00192] Após 720 horas, nenhum dos tubos (A4) e (A4-5%) apresenta falha ou trincas secundárias. Todos os tubos apresentam uma excelente resistência a trincamento sob tensão na presença de sulfeto, mesmo após deformação e envelhecimento, e podem, portanto, ser utilizados em condições ácidas severas.

Claims (18)

1. Aço caracterizado pelo fato de que apresenta uma tensão de escoamento igual ou superior a 485 MPa e que tem uma composição química que consiste em, em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química, 0,05 < C < 0,10 0,15 < Si < 0,35 1, 20 < Mn < 1,50 0,02 < Cr < 0,10 0,10 < Mo < 0,30 0,015 < Al < 0,040 0,002 < N < 0,012 0,10 < Ni < 0,30 0,02 < V < 0,06 0,01 < Nb < 0,03 0,001 < Ti < 0,025 o balanço da composição química de referido aço sendo constituído por Fe e opcionalmente um ou mais elementos residuais, incluindo P, S, B, Ca, Cu e suas misturas; as quantidades dos elementos residuais, expressas em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química serem as seguintes: P < 0,012 S < 0,003 B < 0,0005 Ca < 0,004 Cu < 0,12; e a composição química do referido aço satisfazer a seguinte fórmula (1) entre C, Cr, Mo, Nb, V e Ti, cujo conteúdo é expresso em % em peso, C + Cr + Mo + Nb + V + Ti < 0,55 fórmula (1).

2. Aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de apresentar uma tensão de escoamento igual ou superior a 485 MPa e inferior a 695 MPa, preferencialmente entre 495 e 675 MPa.

3. Aço de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de apresentar uma tensão de escoamento igual ou superior a 555 MPa e inferior a 705 MPa, preferencialmente inferior a 675 MPa.

4. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,06 < C < 0,08.

5. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,23 < Si < 0,31, e de preferência 0,26 < Si < 0,30.

6. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 1,35 < Mn < 1,45, e preferencialmente 1,40 < Mn < 1,45.

7. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,06 < Cr < 0,08.

8. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,16 < Mo < 0,26, e de preferência 0,20 < Mo < 0,24.

9. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,03 < V < 0,05.

10. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,02 < Nb < 0,028.

11. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,005 < Ti < 0,020.

12. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química satisfazer a seguinte fórmula (2) entre Cr e Mo, cujos teores são expressos em % em peso, Cr + Mo < 0,35 fórmula (2).

13. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de sua composição química satisfazer a seguinte fórmula (3) entre Nb e V, cujos teores são expressos em % em peso, Nb + V < 0,07 fórmula (3).

14. Tubo sem costura, caracterizado pelo fato de ser feito a partir de um aço como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.

15. Tubo sem costura, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a tensão de escoamento do aço estar entre 555 MPa e 740 MPa, a espessura da parede do tubo estar entre a 15,1 e 35 mm e a composição química do aço conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,16 < Mo < 0,26, e de preferência 0,20 < Mo < 0,24.

16. Tubo sem costura, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a tensão de escoamento do aço estar entre 485 MPa e 635 MPa, a espessura da parede do tubo estar entre 9,3 e 40 mm, e a composição química do aço conter em % em peso, em relação ao peso total da referida composição química: 0,10 < Mo < 0,21.

17. Processo para fabricar um tubo sem costura, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas sucessivas: (a) fornecer um aço que tem uma composição química como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, e conformar a quente um tubo sem costura do mesmo, (b) resfriar o tubo sem costura obtido em (a) até a temperatura ambiente, (c) aquecer o tubo sem costura resfriado obtido em (b) até uma temperatura de austenitização (AT) que varia de 890 a 970°C, preferivelmente 900 a 930°C, para obter um tubo sem costura austenitizado, e, em seguida, temperar referido tubo sem costura austenitizado até a temperatura ambiente para obter um tubo sem costura temperado, (d) aquecer o tubo sem costura temperado obtido em (c) até uma temperatura de revenimento (TT) que varia de 610 a 680°C, e preferencialmente 630 a 670°C, antes de manter o referido tubo sem costura na temperatura TT e, então, resfriar o referido tubo sem costura até à temperatura ambiente para obter um tubo sem costura temperado e revenido.

18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a temperatura de revenimento (TT) variar de 630 a 665°C, e de preferência de 635 a 660°C.