BR112012007753B1

BR112012007753B1 - Tubo de aço de alta resistência. chapa de aço para tubo de aço de alta resistência, e processos para produção dos mesmos

Info

Publication number: BR112012007753B1
Application number: BR112012007753-8A
Authority: BR
Inventors: Hitoshi Asahi; Takuya Hara; Naoki Doi
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2021-11-16
Also published as: JPWO2011042936A1; JP4824143B2; WO2011042936A1; CN102549186B; BR112012007753A2; CN102549186A

Abstract

tubo de aço de alta resistência. chapa de aço para tubo de aço de alta resistência, e processos para produção dos mesmos. a presente invenção refere-se a tubo de aço de alta resistência que é produzido por conformação a frio e então soldagem com costura de uma chapa de aço. no tubo de aço de alta resistência, (i) a chapa de aço inclui c. mn, nb e ti, o parâmetro de sensibilidade da fratura na soldagem pcm da chapa de aço é 0,23 ou menos, a microestrutura da chapa de aço é composta de bainita e ferrita; (ii) a razão t/d da espessura t da chapa de aço para p diâmetro externo d do tubo de ço é 0,030 ou menos, e a razão de rendimento na direção circunferencial do tubo de aço, que é medido usando-se um espécime barra redonda, é 0,90 ou menos.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um tubo de aço de alta resistência que é particularmente adequado para um oleoduto para transporte de petróleo bruto, gás natural, e similares uma chapa de aço para o tubo ,de aço de alta resistência, que é o seu material, e processos para produção dos mesmos.

Descrição da Técnica Relacionada

[002] Recentemente, a importância dos oleodutos tem crescido como método de transporte a longa distância de petróleo bruto ou gás natural. Particularmente, há uma demanda para uso de um tubo de aço tendo um menor diâmetro e para operação sob uma pressão mais alta para reduzir os custos de colocação e de operação dos tubos para oleodutos. É desejável usar um tubo para oleoduto de maior resistência como meio de alcançar o exposto acima.

[003] Nas técnicas convencionais, conforme mostrado na figura 2A, um corpo de prova para medir a resistência de um tubo para oleoduto foi amostrado de forma que a direção longitudinal do corpo de prova 2 corresponda à direção circunferencial do tubo de aço 1 quando vista na superfície do tubo de aço 1. Uma vez que o corpo de prova amostrado 2 tem uma forma de arco circular, o limite de escoamento na direção circunferencial é medido usando-se um corpo de prova aplanado como alisado por prensa ou similar. Entretanto, uma tensão de compressão é gerada quando o corpo de prova é alisado e o limite de escoamento do corpo de prova é diminuído devido à tensão de compressão (efeito Bauschinger), e, portanto, não é possível para medir o limite de escoamento correto do corpo de prova na direção circunferencial. Particularmente, o fato acima tem uma grande influência a X80 ou mais (um limite de escoamento de 555 MPa ou mais). Portanto, em anos recentes, conforme mostrado na figura 2B, o corpo de prova é frequentemente amostrado a partir de uma seção transversal do tubo de aço 1 de modo que a direção longitudinal do corpo de prova corresponda à direção circunferencial do tubo de aço 1. Uma vez que o corpo de prova (corpo de prova de barra redonda) 3 tem uma forma de barra redonda sólida, não é necessário aplainar o corpo de prova, e o limite de escoamento correto na direção circunferencial pode ser medido.

[004] Conforme mostrado na figura 3, quando o limite de escoamento na direção circunferencial de um tubo de aço de alta resistência com X80 ou mais é medido, o limite de escoamento dos corpos de prova de barra redonda é maior que o limite de escoamento do corpo de prova aplainado. Portanto, a razão de escoamento do corpo de prova de barra redonda se torna maior que a razão de escoamento do corpo de prova aplainado, e há casos em que a razão de escoamento conforme definida na ISO3183 não é satisfeita. Por exemplo, a ISO3183 define a razão de escoamento a X80 como 0,93 ou menos.

[005] Além disso, um tubo de aço é produzido por conformação a frio de uma chapa de aço, que é o seu material. Portanto, geralmente a razão de escoamento do tubo de aço se torna maior que a razão de escoamento da chapa de aço. Em relação a esse problema, é sugerido um método para suprimir o aumento na razão de escoamento usando- se uma chapa de aço tendo uma microestrutura composta principalmente de bainita e alongamento do limite de escoamento na produção do tubo de aço (por exemplo, referir-se à Citação de Patente 1).

Citação de Patente

[006] Citação de Patente 1 Pedido de Patente Japonesa não Examinado, Primeira Publicação n° 2002-363686

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problemas a serem resolvidos pela invenção

[007] Entretanto, no método conforme descrito na Citação de Patente 1, na qual um aumento na razão de escoamento é suprimido usando-se uma chapa de aço que tenha uma microestrutura composta principalmente de bainita e um alongamento do limite de escoamento na produção do tubo de aço, uma vez que a quantidade de limite de escoamento aumentada pela conformação a frio é maior que a quantidade aumentada do limite de escoamento, a razão de escoamento Y/T do limite de escoamento Y para a resistência à tração T na direção circunferencial é naturalmente aumentada. Portanto, há casos nos quais o tubo de aço falha em satisfazer a razão de escoamento mesmo quando a chapa de aço, que é o seu material, satisfaz a razão de escoamento conforme definida pela ISO3183. Particularmente, há um problema com um tubo de aço de alta resistência da classe X80 a X100 pelo fato de que é necessário considerar um aumento na razão de escoamento pela conformação a frio e a expansão do tubo de modo a satisfazer a razão de escoamento conforme definida pela ISO3183.

[008] A presente invenção foi feita em consideração da circunstância acima, e um objetivo da presente invenção é fornecer um tubo de aço de alta resistência da classe X80 a X100 que seja particularmente adequado para um tubo para oleoduto para transportar petróleo bruto, gás natural, e similares e que tenha uma baixa razão de escoamento Y/T na direção circunferencial, uma chapa de aço para tubo de aço, que seja o seu material, e processos para produzir os mesmos.

[009] Em adição, um outro objetivo da presente invenção é diminuir confiavelmente a razão de escoamento do tubo de aço de alta resistência, que é medido usando-se um corpo de prova de barra redonda, e também, particularmente, fornecer um processo para produzir o tubo de aço de alta resistência pelo qual a razão de escoamento do tubo de aço de alta resistência conformado a frio (razão de escoamento do tubo de aço) é diminuída mais que a razão de escoamento da chapa de aço para o tubo de aço, que é o seu material (razão de escoamento da chapa de aço).

Métodos para Resolver o Problema

[0010] A presente invenção emprega os seguintes métodos para resolver os problemas acima de modo a alcançar os referidos objetivos

[0011] Um tubo de aço de alta resistência é produzido pela conformação a frio e então pela soldagem com costura de uma chapa de aço. No tubo de aço de alta resistência, (i) a chapa de aço inclui, em % em massa, C: 0,04% a 0,10%, Mn: 1,20% a 2,50%, Nb: 0,01% a 0,10%, Ti: 0,005% a 0,03%, Si: limitado a 0,50% ou menos, P: limitado a 0,03% ou menos, S: limitado a 0,01% ou menos, Al: limitado a 0,10% ou menos, N: limitado a 0,008% ou menos, e um saldo de Fe e as inevitáveis impurezas; o parâmetro de sensibilidade de fratura na soldagem Pcm da chapa de aço, que é obtido por Pcm = %C + %Si/30 + %Mn/20 + %Cu/20 + %Ni/60 + %Cr/20 + %Mo/15 + %V/10 onde %C, %Si, %Mn, %Cu, %Ni, %Cr, %Mo, e %V indicam respectivamente as quantidades de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, e V, é 0.23 ou menos; a microestrutura da chapa de aço é composta de bainita e ferrita; (ii) a razão t/D da espessura t da chapa de aço para o diâmetro externo D do tubo de aço é 0,030 ou menos; e a razão de escoamento na direção circunferencial do tubo de aço, que é medido usando-se um corpo de prova de barra redonda, é 0,90 ou menos.

[0012] No tubo de aço de alta resistência conforme o item (1) acima, a chapa de aço pode também incluir, em % em massa, um ou mais entre NI: 1,00% ou menos, Mo: 0,50% ou menos, Cr: 1,00% ou menos, Cu: 1,00% ou menos, V: 0,10% ou menos, Ca: 0,01% ou menos, terras raras: 0,02% ou menos, e Mg: 0,006% ou menos.

[0013] O tubo de aço de alta resistência conforme o item (1) ou (2) pode empregar uma microestrutura na qual a razão de área de ferrita é mais de 10% a 30%.

[0014] Uma chapa de aço de alta resistência usada para tubo de aço de alta resistência conforme o item (1) ou (2) acima pode ter um alongamento de limite de escoamento de 0,5% ou mais.

[0015] Um processo para produção da chapa de aço de alta resistência conforme o item (4) acima pode empregar um processo que inclui aquecer o aço até uma faixa de austenita, submeter o aço a uma laminação bruta em uma faixa de recristalização; submeter o aço à laminação de acabamento de uma redução cumulativa de 50% ou mais, em uma faixa de temperaturas de não recristalização do ponto Ar3 até 900°C após a laminação de acabamento; e executar o resfriamento acelerado para o aço a uma taxa de resfriamento de 5 a 50°C/s desde uma faixa de temperaturas de Ar 3-50°C até Ar 3-5°C após o resfriamento a ar, e parando o resfriamento acelerado a 400°C ou maior.

[0016] Um processo para produção do tubo de aço conforme o item (1) ou (2) acima, o processo incluindo conformar a frio a chapa de aço em uma forma cilíndrica, submeter a porção de costura da chapa de aço conformada a frio, à soldagem a arco, e submeter a chapa de aço soldada à expansão do tubo de uma razão de expansão de tubo de 0,5% a menos de 1,5%, obtendo assim um tubo de aço, o tubo de aço tendo uma razão t/D da espessura t da chapa de aço para o diâmetro externo D do tubo de aço de 0,030 ou menos.

Efeitos da Invenção

[0017] De acordo com a presente invenção, torna-se possível fornecer um tubo de aço de alta resistência tendo uma baixa razão de escoamento na direção circunferencial. Em adição, é possível reduzir a razão de escoamento do tubo de aço de alta resistência para abaixo da razão de escoamento de uma chapa de aço, que é o material do tubo de aço. Portanto, não é necessário considerar um aumento na razão de escoamento pela conformação a frio e pela expansão do tubo na produção do tubo de aço de alta resistência, e a contribuição industrial é extremamente significativa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] A figura 1 é um diagrama mostrando a relação entre a razão de escoamento de uma chapa de aço que ainda não está conformada a frio e a razão de escoamento de um tubo de aço de alta resistência obtido pela conformação a frio e soldagem com costura.

[0019] A figura 2A é uma vista mostrando o método de amostragem do corpo de prova aplainado.

[0020] A figura 2B é uma vista mostrando o método de amostragem do corpo de prova debarra redonda.

[0021] A figura 3 é um diagrama mostrando a relação entre o limite de escoamento do corpo de prova aplainado e o limite de escoamento do corpo de prova de barra redonda.

[0022] A figura 4A é um diagrama mostrando a curva SS da chapa de aço para o tubo de aço de acordo com a presente invenção e a curva SS do tubo de aço.

[0023] A figura 4B é um diagrama mostrando a curva SS de uma chapa de aço convencional para tubos de aço e a curva SS de um tubo de aço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0024] A seguir, as configurações preferidas da presente invenção serão descritas em detalhes em relação aos desenhos anexos. Em cada um dos desenhos usados para a descrição a seguir, os tamanhos dos membros e elementos são adequadamente modificados de modo a tornar os membros e elementos observáveis.

[0025] Os inventores prepararam chapas de aço tendo uma variedade de resistências na faixa da classe X80 (um limite de escoamento de 555 MPa ou mais) a X100 (um limite de escoamento de 690 MPa ou mais). Corpos de prova de chapa que tiveram a direção longitudinal perpendicular à direção de laminação (paralelo à direção da largura) foram amostradas a partir das chapas de aço obtidas, e testes de tração foram executados. Além disso, essas chapas de aço foram conformadas a frio e soldadas com costura, produzindo assim tubos de aço. Corpos de prova de barra redonda que tiveram a direção longitudinal que era a direção circunferencial dos tubos de aço como mostrado na figura 2B foram amostrados a partir dos tubos de aço obtidos, e foram executados testes de tração. Os testes de tração foram baseados na ISO3183. O corte dos corpos de prova de barra redonda a partir dos tubos de aço da maneira acima removeu a necessidade de aplainamento dos corpos de prova. Portanto, é possível evitar uma diminuição no limite de escoamento devido ao efeito Bauschinger, e o limite de escoamento na direção circunferencial do tubo de aço pode ser medido com precisão.

[0026] Em adição, o tubo de aço que satisfaz as condições da ISO3183 precisa ter uma razão de escoamento na direção circunferencial do tubo de aço, que é medido usando-se um corpo de prova de barra redonda, de 0,90 ou menos em termos de controle de qualidade dos produtos.

[0027] Inicialmente, a relação entre a curva estresse-tensão (curva SS) da chapa de aço, que é o material do tubo de aço, a razão de escoamento da chapa de aço (razão de escoamento da chapa de aço), e a razão de escoamento do tubo de aço (razão de escoamento do tubo de aço) foi investigada em detalhes.

[0028] Conforme mostrado na figura 4A, foi descoberto que o limite de escoamento do tubo de aço se tornou menor que o limite de escoamento da chapa de aço quando a chapa de aço tem alongamento do limite de escoamento de 0,5% ou mais. Portanto, a razão de escoamento do tubo de aço se torna menor que a razão de escoamento da chapa de aço. Especificamente, a razão de escoamento do tubo de aço se torna cerca de 0,80 a 0,90 mesmo quando a razão de escoamento da chapa de aço é 0,90 ou mais.

[0029] Conforme mostrado na figura 4B, o limite de escoamento do tubo de aço inevitavelmente se torna maior que o limite de escoamento da chapa de aço quando a curva SS da chapa de aço é um tipo endurecedor de trabalho (tipo redondo) não mostrando alongamento do limite de escoamento. Portanto, a razão de escoamento do tubo de aço se torna maior que a razão de escoamento da chapa de aço. Especificamente, houve casos em que a razão de escoamento do tubo de aço se tornou um máximo de 0,98 mesmo quando a razão de escoamento da chapa de aço foi menor que 0,90.

[0030] A relação entre a razão de escoamento do tubo de aço e a curva SS da chapa de aço é considerada como segue.

[0031] A superfície interna do tubo de aço tem uma história de tensão devido à deformação compressiva causada pelo dobramento e deformação de tração provocada pela subsequente expansão do tubo. Portanto, o limite de escoamento do tubo de aço antes da expansão do tubo é diminuído devido ao efeito Bauschinger provocado pela deformação compressiva. Particularmente, a quantidade de limite de escoamento diminuída devido ao efeito Bauschinger é apresentada significativamente quando a chapa de aço tem alongamento do limite de escoamento. Como resultado, presume-se que a razão de escoamento do tubo de aço se torna menor que a razão de escoamento doa chapa de aço após a expansão do tubo.

[0032] Quando a curva SS da chapa de aço é do tipo redondo, a quantidade de limite de escoamento diminuída devido ao efeito Bauschinger é pequena. Portanto, a influência da quantidade de limite de escoamento aumentada pelo endurecimento do trabalho através da conformação e da expansão do tubo é apresentada significativamente. É considerado que, como resultado, a razão de escoamento do tubo de aço aumenta mais que a razão de escoamento da chapa de aço.

[0033] Entretanto, mesmo quando o alongamento do limite de escoamento da chapa de aço é 0,5% ou mais, quando a razão t/D da espessura t do metal-base do tubo de aço para o diâmetro externo D do tubo de aço é grande, a influência do endurecimento do trabalho que resulta da deformação por tração na superfície externa do tubo de aço aumenta. Portanto, a diminuição da razão de escoamento devido ao efeito Bauschinger não pode ser alcançada dependendo da forma do tubo de aço.

[0034] Os inventores executaram estudos detalhados, e descobriram que a razão de escoamento do tubo de aço é diminuída devido ao efeito Bauschinger desde que t/D seja 0,030 ou menos, e o alongamento do limite de escoamento da chapa de aço seja 0,5% ou mais.

[0035] A figura 1 é um exemplo dos resultados dos testes, na qual o eixo horizontal é a razão de escoamento da chapa de aço que ainda não está conformada a frio (razão de escoamento da chapa de aço). A linha tracejada na figura 1 mostra que a razão de escoamento da chapa de aço e a razão de escoamento do tubo de aço são as mesmas. Portanto, os resultados dos testes abaixo da linha tracejada na figura 1 indicam que a razão de escoamento do tubo de aço é mais diminuída que a razão de escoamento da chapa de aço.

[0036] A razão t/D do tubo de aço foi ajustada para 0,020 a 0,030. Os resultados dos testes nos quais o alongamento do limite de escoamento da chapa de aço foi 0,5% ou mais estão indicados por "" no desenho.

[0037] Conforme mostrado na figura 1, quando a curva SS da chapa de aço, que é o material do tubo de aço, é do tipo Redondo, a razão de escoamento do tubo de aço se torna maior que a razão de escoamento da chapa de aço. Por outro lado, quando o alongamento do limite de escoamento da chapa de aço é 0,5% ou mais, a razão de escoamento do tubo de aço se torna menor que a razão de escoamento da chapa de aço. Além disso, embora a razão de escoamento da chapa de aço seja 0,90 ou menos, uma vez que a razão de escoamento do tubo de aço se torna 0,90 ou mais. Há a possibilidade de que a razão de escoamento do tubo de aço não satisfaça a razão de escoamento conforme descrita na ISO3183.

[0038] A seguir, foram investigadas em detalhes a microestrutura da chapa de aço que tem um alongamento do limite de escoamento e a condição de laminação a quente para obter a chapa de aço. Como resultado, foi descoberto que, quando a microestrutura é uma microestrutura bainita simples ou a temperatura na qual o resfriamento acelerado após a laminação a quente é interrompido é 400°C ou menos, a curva SS da chapa de aço se torna um tipo redondo.

[0039] Por outro lado, foi descoberto que, quando a microestrutura é composta de bainita e ferrita, e a temperatura na qual o resfriamento acelerado é interrompido é 400°C ou mais, a chapa d e aço tem alongamento do limite de escoamento. Particularmente, quando a razão de área de ferrita é mais de 10% a 30%, a ferrita fina se torna dispersa em bainita na microestrutura, e, portanto, é obtido um tubo de aço tendo uma alta resistência e uma baixa razão de escoamento, o que é preferível.

[0040] Doravante a presente invenção será descrita em detalhes. "%" indica % em massa.

[0041] C é um elemento extremamente eficaz para melhoria da resistência do aço. Portanto., é necessário adicionar 0,04% ou mais de C para obter a resistência almejada da chapa de aço. Em adição, a quantidade de C é preferivelmente 0,05% ou mais para aumentar a capacidade de deformação da chapa de aço, particularmente para aumentar o alongamento uniforme. Quando a quantidade de C é muito grande, uma vez que a tenacidade a baixa temperatura do metal-base e das zonas afetadas pelo calor da solda (ZAC) e a capacidade de soldagem de campo são degradadas, a quantidade de C é ajustada para 0,10% ou menos.

[0042] Si é um elemento desoxidante. Entretanto, quando a quantidade de Si é muito grande, uma vez que a tenacidade da ZAC e a capacidade de soldagem no campo são significativamente degradadas, a quantidade de Si é ajustada para 0,50% ou menos. Uma vez que o aço possa ser suficientemente desoxidado usando-se Al ou Ti, não é necessariamente preciso adicionar Si. Em adição, uma vez que o Si é um elemento eficaz para melhoria da resistência, é preferível adicionar 0,05% ou mais de Si.

[0043] Mn é um elemento essencial para transformar a microestrutura da matriz da chapa de aço conforme a presente invenção em uma microestrutura composta principalmente de bainita e garantir o equilíbrio entre a resistência e a tenacidade. Portanto, a quantidade de Mn é ajustada para 1,20% ou mais. Entretanto, quando a quantidade de Mn é muito grande, uma vez que se torna difícil que a ferrita dispersada seja gerada, a quantidade de Mn é ajustada para 2,50% ou menos.

[0044] Nb é adicionado para suprimir a recristalização da austenita e o refino da microestrutura quando a chapa de aço é laminada a quente. Em adição, o Nb também contribui para um aumento na capacidade de endurecimento. Portanto, é necessário adicionar 0,01% ou mais de Nb para endurecer o aço. Enquanto isso, quando a quantidade de Nb é muito grande, uma vez que a tenacidade na ZAC e a capacidade de soldagem no campo são adversamente afetadas, a quantidade de Nb é ajustada para 0,10% ou menos.

[0045] Ti é adicionado para suprimir o embrutecimento dos grãos de austenita devido à formação de TiN fino, quando a chapa (placa) de aço é reaquecida ou soldada. É necessário adicionar 0,005% ou mais de Ti para melhorar a tenacidade do metal base e da ZAC através do refino da microestrutura.

[0046] Entretanto, quando a quantidade de Ti é muito grande, TiN é embrutecido, ou o endurecimento da precipitação ocorre pelo TiC. Portanto, uma vez que a tenacidade a baixa temperatura da chapa de aço é degradada, a quantidade de Ti é limitada a 0,03% ou menos. Em adição, é preferível adicionar Ti a 3,4 vezes ou mais que N para estabilizar o N soluto como TiN.

[0047] Al é um elemento desoxidante. Entretanto, a quantidade de Al é ajustada para 0,10% ou menos para suprimir a diminuição da tenacidade por um aumento na inclusão não metálica à base de Al. Uma vez que o aço possa ser suficientemente desoxidado usando-se Ti ou Si, não é necessariamente preciso adicionar Al. Em adição, quando o Al é reduzido para 0,005% ou menor, o Ti forma óxidos. Uma vez que os óxidos agem como o núcleo para gerar ferrita intragranular na ZAC, a microestrutura da ZAC é refinada. Portanto, a quantidade de Al é preferivelmente ajustada para 0,005% ou menos.

[0048] N é uma impureza. A quantidade de N é ajustada para 0,008% ou menos para suprimir a geração de defeitos de superfície e a degradação da tenacidade devido à geração de nitretos. A quantidade de N é preferivelmente ajustada para 0,001% ou mais para refinar a microestrutura do metal base e da ZAC pela formação de TiN.

[0049] P e S são impurezas. Uma vez que a redução da quantidade de P suaviza a segregação central nas placas de lingotamento contínuo e evita fraturas intergranulares, a tenacidade da chapa de aço é melhorada. Uma vez que a redução da quantidade de S reduz o MnS que é alongado pela laminação a quente, a capacidade de deformação e a tenacidade são melhoradas. Portanto, as quantidades de P e S são ajustadas para 0,03% ou menos e 0,01% menos, respectivamente. As quantidades de P e S são desejavelmente menores, mas podem ser adequadamente determinadas em termos de equilíbrio entre as características e custos.

[0050] Para fazer a microestrutura do aço em uma microestrutura de múltiplas fases composta de bainita e ferrita, é necessário ter um Pcm (parâmetro de sensibilidade da fratura na solda) da equação (1) a seguir de 0,23 ou menos.Pcm = %C + %Si/30 +%Mn/20 +%Cu/20 + %Ni/60 +%Cr/20 + %Mo/15 + %V/10 ... (1)

[0051] Aqui, %C, %Si, %Mn, %Cu, %Ni, %Cr, %Mo, e %V indicam respectivamente as quantidades (em % em massa) de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, e V. Quando elementos opcionais conforme descrito abaixo, Cu, Ni, Cr, Mo, e/ou V, não são adicionados intencionalmente, variáveis correspondentes a elementos que não são adicionados são dados como zero para cálculo.

[0052] Além disso, um ou mais elementos entre Ni, Mo, Cr, Cu, V, Ca, terras raras, e Mg podem ser adicionados. Esses elementos são adicionados principalmente por outra melhoria na resistência e tenacidade do aço de acordo com a presente invenção ou expansão do tamanho do aço que possa ser produzido.

[0053] Ni é um elemento para melhorar a resistência. Entretanto, quando a quantidade adicionada de Ni é muito grande, não apenas a eficiência econômica mas também a tenacidade da ZAC e a capacidade de soldagem no campo são degradadas. Portanto, a quantidade de Ni é ajustada para 1,00% ou menos. Em adição, a adição de Ni é eficaz para evitar a fratura de Cu durante o lingotamento contínuo e a laminação a quente. Nesse caso, a quantidade adicionada de Ni é preferivelmente um terço ou mais da quantidade de Cu.

[0054] Mo é um elemento para melhorar a capacidade de endurecimento do aço. Em adição, quando o Mo está presente juntamente com o Nb, a recristalização da austenita durante a laminação controlada é suprimida, e portanto o Mo é também eficaz para o refino da microestrutura. Portanto, a adição de Mo é eficaz para um aumento na resistência. Entretanto, quando a quantidade adicionada de MO é excessiva, a tenacidade da ZAC e a capacidade de soldagem no campo são degradadas, e há a possibilidade de que fases ferrita dispersas não sejam geradas. Portanto, a quantidade de Mo é ajustada para 0,50% ou menos.

[0055] Cr e Cu são elementos para aumentar a resistência do metal base (chapa de aço) e da ZAC. Entretanto, quando esses elementos são adicionados excessivamente, há a possibilidade de que a tenacidade da ZAC e a capacidade de soldagem no campo sejam degradadas. Portanto, ambas as quantidades de Cr e Cu são ajustadas para 1,00% ou menos.

[0056] V tem substancialmente os mesmos efeitos que o Nb. Entretanto, a adição de V tem menores efeitos para o refino da microestrutura e um aumento na tenacidade da placa de aço que a adição de Nb. Quando V é adicionado excessivamente, a tenacidade da ZAC e a capacidade de soldagem no campo são degradadas. Portanto, a quantidade de V é ajustada para 0,10% ou menos. A quantidade de V é preferivelmente 0,06% ou menos, Por outro lado, V é um elemento que suprime o amaciamento da solda. Portanto, a quantidade de V é preferivelmente 0,03% ou mais.

[0057] Ca e terras raras são elementos que controlam a morfologia dos sulfetos, particularmente MnS de modo a melhorar a tenacidade. Entretanto, quando a quantidade de Ca excede 0,01% ou a quantidade de terras raras excede 0,02%, CaO-CaS ou terras raras-CaS forma grupos ou inclusões de grande tamanho, e portanto há a possibilidade de que a limpeza e a capacidade de soldagem no campo sejam deterioradas.

[0058] Portanto, é preferível ajustar a quantidade de Ca para 0,01% ou menos, e a quantidade de terras raras para 0,02% ou menos. Particularmente, em um tubo de aço de alta resistência, é preferível que a quantidade de S e a quantidade de O sejam reduzidas para 0,001% e 0,002% ou menos, respectivamente, e ESSP mostrado pela equação (2) a seguir satisfaz 0,5 a 10,0.ESSP = (Ca) [1-124(O)]/1,25S ... (2)

[0059] Mg é um elemento que forma óxidos finos disperses de modo a suprimir o embrutecimento do diâmetro do grão na ZAC e contribui para melhoria da tenacidade. Quando a quantidade adicionada de Mg é excessiva, há a possibilidade de que óxidos brutos sejam gerados, e a tenacidade é degradada. Portanto, a quantidade de Mg é preferivelmente ajustada para 0,006% ou menos.

[0060] Uma chapa de aço e um tubo de aço contendo os elementos químicos acima, e um saldo de Fe e as inevitáveis impurezas são a composição básica preferida do aço usado na presente invenção.

[0061] A microestrutura da chapa de aço e do tubo de aço conforme a presente invenção é uma microestrutura bainita tendo ferrita fina dispersa nela. A microestrutura do aço conforme a presente invenção é preferivelmente uma microestrutura de múltiplas fases na qual bainita é a fase que tem a maior razão de área. Além disso, para melhorar a resistência da chapa de aço e fornecer confiavelmente um alongamento do limite de escoamento de 0,5% ou mais, a razão de área de ferrita é preferivelmente mais de 10% a 30%.

[0062] Para obter uma chapa de aço que tenha tal microestrutura, a chapa de aço é processada na faixa de temperaturas de não- recristalização após a laminação bruta de modo a ter grãos de austenita nos quais os grãos de cristal são aplainados na direção da espessura da chapa e estendidos na direção de laminação. A seguir, a chapa de aço é resfriada a uma taxa de resfriamento na qual a ferrita é gerada finamente, e então enxaguada de forma que a microestrutura remanescente é transformada a uma baixa temperatura. Microestruturas geradas pela transformação a baixa temperatura são geralmente denominadas bainita, ferrita bainítica, e similares. Entretanto, na presente invenção, essas microestruturas transformadas a baixa temperatura são referidas coletivamente como bainita.

[0063] A seguir será descrito um método de produção da chapa de aço, que é o material do tubo de aço de alta resistência conforme a presente invenção.

[0064] A chapa de aço para tubo de aço de alta resistência conforme a presente invenção é produzida pelo método a seguir. O aço é fundido por um método comum de forma que a composição química seja ajustada, e então o aço fundido é produzido em placas através de lingotamento contínuo ou laminação de placas. As placas são reaquecidas, e laminadas em chapas de aço para tubos de alta resistência através de laminação a quente.

[0065] A temperatura de reaquecimento precisa ser uma temperatura na qual a microestrutura do aço se torna uma fase austenita (faixa austenita), isto é, uma temperatura do ponto Ac3 ou maior no caso de aquecimento.

[0066] O ponto Ac3 varia com as composições químicas ou taxas de aquecimento. Portanto, é preferível medir-se o ponto Ac3 previamente usando-se uma amostra tirada da placa ou uma amostra tendo substancialmente a mesma composição química da placa. O ponto Ac3 pode ser obtido medindo-se a expansão da transformação enquanto se executa um tratamento térmico que simule o reaquecimento da laminação a quente em um laboratório.

[0067] Em adição, a temperatura de reaquecimento é preferivelmente ajustada para 1050°C ou mais para d issolver suficientemente os elementos químicos adicionados como solutos em uma solução sólida. Quando a temperatura de reaquecimento excede 1250°C, há casos em que os grãos de cristal são emb rutecidos, e, portanto, o limite superior é preferivelmente ajustado para 1250°C ou menos.

[0068] A placa reaquecida é inicialmente submetida à laminação bruta na faixa de temperaturas de recristalização. O limite inferior da temperatura na faixa de recristalização é geralmente maior que 900°C, e varia com a composição química. A redução da laminação bruta pode ser adequadamente determinada a partir da espessura da chapa da placa e da espessura de chapa do produto. Para reduzir o tamanho de grão (diâmetro) tanto quanto possível pela laminação bruta antes da laminação na faixa de não recristalização, é preferível diminuir também a temperatura de laminação e aumentar a redução.

[0069] Após a laminação bruta, é executada a laminação de acabamento em uma faixa de temperaturas de não-recristalização de 900°C ou menos. A redução cumulativa da laminação d e acabamento é ajustada para 50% ou mais. A laminação de acabamento torna os grãos de cristal planos e finos, e a resistência e a tenacidade são melhoradas.

[0070] A redução cumulativa é um valor percentual da diferença entre a espessura da chapa de aço antes da laminação na faixa de não recristalização e a espessura da chapa de aço após o término da laminação na faixa de não recristalização dividido pela espessura da chapa de aço antes da laminação na faixa de não-recristalização. Aqui, a temperatura da laminação de acabamento é o ponto Ar3 ou maior, que é a faixa de temperatura austenita durante o resfriamento.

[0071] Após a laminação de acabamento, o resfriamento a ar e o resfriamento acelerado são executados para gerar ferrita. A temperatura na qual o resfriamento a ar é interrompido, isto é, a temperatura na qual o resfriamento acelerado é iniciado está dentro de uma faixa de Ar3 - 50°C até Ar 3 - 5°C. Quando a chapa de aço é resfriada a ar para menos que Ar3 - 50°C, a quantidade de ferrita aumenta, e, portanto, uma alta resistência não pode ser obtida. Quando o resfriamento acelerado é executado a partir de uma temperatura maior que Ar3 - 5°C, a ferrita não é gerada suficientemente.

[0072] O ponto Ar3 varia com a composição química ou com a taxa de resfriamento a ar. Portanto, é preferível medir o ponto Ar3 previamente usando-se uma amostra tirada da placa ou uma amostra tendo substancialmente a mesma composição química que a placa. O ponto Ar3 pode ser obtido medindo-se a expansão da transformação, enquanto se executa um tratamento termomecânico que simula a laminação a quente e o resfriamento a ar em laboratório.

[0073] Quando o resfriamento acelerado é executado na porção central da espessura da chapa e uma taxa média de resfriamento de cerca de 5 °C/s a 50 °C/s a partir de uma temperatura de Ar3 - 50°C até Ar3 - 5°C após o resfriamento a ar, é gerada uma microestrutura de fase dupla de ferrita e bainita. Quando a taxa de resfriamento é menor que 5°C/s, uma vez que a bainita granular é gerada na porção central da espessura da chapa, a resistência e a tenacidade são degradadas. Por outro lado, quando a taxa de resfriamento excede 50°C/s, uma vez que a martensita é gerada, a resistência aumenta, e a tenacidade é degradada.

[0074] A temperatura na qual o resfriamento acelerado da chapa de aço é interrompido precisa ser 400°C ou maior. Q uando o resfriamento acelerado é executado a menos de 400°C , o alongamento do limite de escoamento da chapa de aço não ocorre. É suposto ser porque parte da austenita que permanece a 400°C ou mais seja transformada em martensita, e são introduzidas tensões na periferia.

[0075] Quando o resfriamento acelerado é interrompido a 400°C ou mais, uma vez que a austenita é transformada em bainita ou ferrita e cementita, ocorre o alongamento do limite de escoamento da chapa de aço.

[0076] A taxa de resfriamento na porção central da espessura da chapa quando a chapa de aço é resfriada pode ser obtida dividindo-se a diferença de temperatura na porção central da espessura da chapa antes e depois do resfriamento pela duração do resfriamento. As temperaturas na porção central da espessura da chapa antes e depois do resfriamento são obtidas medindo-se as temperaturas na superfície da chapa de aço antes e depois do resfriamento usando-se um termômetro de radiação ou similar, e então usando-se a computação da condução térmica.

[0077] Em adição, à medida que a mudança na temperatura da porção central da espessura da chapa ao longo do tempo é medida previamente usando-se um par termelétrico variando as espessuras da chapa e as condições de resfriamento, por exemplo, condições de resfriamento a água, a taxa de resfriamento pode ser controlada usando-se condições de resfriamento.

[0078] Para obter os valores calibrados do termômetro de radiação e os parâmetros da computação da condução térmica, é preferível resfriar a chapa de aço sob uma variedade de condições que simulem operações reais e medir as mudanças nas temperaturas na superfície e na porção central da espessura da chapa ao longo do tempo usando-se um par termelétrico.

[0079] A chapa de aço produzida pelo método acima é conformada a frio em forma de um tubo, e as porções de solda com costura são soldadas com costura, produzindo assim um tubo de aço. Como método de conformação, é possível aplicar o método UOE que é geralmente usado para produzir tubos de aço. Em adição, o método de soldagem é soldagem a arco. Para diminuir a razão de escoamento do tubo de aço mais que a razão de escoamento da chapa de aço, é necessário que a razão t/D da espessura da chapa t do metal base (chapa de aço) para o diâmetro externo D do tubo de aço seja 0,030 ou menos.

[0080] Em adição, é preferível expandir o tubo de aço para melhorar a redondeza do tubo de aço. Entretanto, quando a expansão do tubo introduz tensões no tubo de aço, a razão de escoamento aumenta. Portanto, a razão de expansão do tubo é ajustada para 0,5% a menos de 1,5%.

Exemplo

[0081] Aços tendo os elementos químicos conforme mostrado na tabela 1 foram preparados como aços fundidos e lingotados. As placas obtidas foram laminadas sob as condições mostradas na tabela 2, e resfriadas, produzindo assim chapas de aço. Sob qualquer uma das condições de produção, a laminação de acabamento das chapas de aço foi executada a uma temperatura de Ar3 ou maior, e as chapas de aço foram resfriadas a ar a partir do final da laminação de acabamento através do início do resfriamento acelerado. Corpos de prova tendo uma direção longitudinal que é perpendicular à direção de laminação (paralela à direção da largura) e uma seção transversal retangular através de toda a espessura foram amostrados das chapas de aço obtidas, e foram executados testes de tração. Em adição, as microestruturas foram observadas usando-se um microscópio ótico, e as razões de área de ferrita foram medidas das microestruturas. Tabela 1

Uma coluna em branco para cada elemento químico significa que o elemento químico não foi adicionado ao aço intencionalmente. Valores sublinhados nessa tabela indicam que eles falharam em satisfazer as condições conforme a presente invenção. Tabela 2

[0082] Valores sublinhados nessa tabela indicam que eles falharam em satisfazer as condições conforme a presente invenção.

[0083] Redução cumulativa = 100 x (espessura da chapa a 900°C - espessura da chapa após a laminação de acabamento) / espessura da chapa a 900°C

[0084] t/D do tubo de aço = (espessura da parede do tubo de aço) / (diâmetro externo do tubo de aço)

[0085] O Ar3 mostrado na tabela 1 é a temperatura de partida da transformação de ferrita que foi obtida medindo-se a expansão da transformação de ferrita, que foi obtida medindo-se a expansão da transformação a uma taxa de resfriamento de 1°C/s. A amostra para medir a expansão da transformação foi preparada por amostragem de um corpo de prova cilíndrico a partir da placa, aquecendo-se o corpo de prova até 1100°C em um laboratório, e então exec utando-se conformação por compressão a 30% a 810°C.

[0086] Além disso, a chapa de aço foi conformada a frio através de um processo UOE, e as porções com costura foram soldadas a arco, produzindo assim um tubo de aço tendo uma razão t/D de menos de 0,03. Além disso, o tubo de aço foi expandido conforme mostrado na tabela 2 de modo que a razão de expansão do tubo se tornasse 0,8 a 1,2. Um corpo de prova de barra redonda tendo a direção longitudinal que corresponde à direção circunferencial do tubo de aço foi amostrado do tubo de aço obtido, e o teste de tração foi executado. Portanto, o corpo de prova não foi aplainado por uma prensa. Os resultados estão mostrados na Tabela 3. Tabela 3

[0087] Valores sublinhados nessa tabela indicam que eles falharam em satisfazer as condições conforme a presente invenção.

[0088] "Tipo redondo" nas colunas de alongamento do limite de escoamento significa que a curva tensão-deformação é do tipo redondo,

[0089] "B+F", "B", "B+M" e "B+F+M" nas colunas de "Microestrutura" indica uma microestrutura composta de bainita e ferrita, uma microestrutura única de bainita, uma microestrutura composta de bainita e martensita, e uma microestrutura composta de bainita, ferrita e martensita, respectivamente.

[0090] As produções n°s 1 a 9 foram exemplos tendo os elementos químicos das chapas de aço e as condições de produção dos tubos de aço dentro do escopo da presente invenção. Nos exemplos, as microestruturas foram compostas de ferrita e bainita, e as razões de rendimento dos tubos de aço foram menores que as razões de rendimento das chapas de aço. Portanto, as razões de rendimento do tubo de aço na direção circunferencial satisfizeram a condição de ser 0,90 ou menos. Além disso, conforme mostrado na Produção n° 3, mesmo se a razão de escoamento da chapa de aço falhou em satisfazer a condição de ser 0,90 ou menos, a razão de escoamento do tubo de aço satisfez 0,90 ou menos, e, portanto, a capacidade de adaptação foi alta em relação à razão de escoamento da chapa de aço.

[0091] Enquanto isso, nos Exemplos Comparativos de Produção nos 10, 11 e 13, a temperatura de partida do resfriamento acelerado foi alta, e a ferrita não foi gerada. Em adição, no Exemplo Comparativo de Produção n° 12, uma vez que a temperatura de interrupção do resfriamento acelerado foi baixa, e a martensita foi gerada, o alongamento do limite de escoamento da chapa de aço não ocorreu. Portanto, a curva SS da chapa de aço se tornou um tipo redondo, e a razão de escoamento do tubo de aço na direção circunferencial falhou em satisfazer o limite de 0,90. Em adição, uma vez que a quantidade de C foi pequena na Produção n° 13, a resistência à tração do tubo de aço foi também baixa. Além disso, quando o corpo de prova aplainado foi usado, que é um método convencional de medir o limite de escoamento, uma vez que a razão de escoamento do tubo de aço foi diminuída devido ao efeito Bauschinger, a razão de escoamento do tubo de aço satisfez o limite de 0,90. Portanto, nas técnicas convencionais nas quais o corpo de prova aplainado foi uma presunção, o objetivo de diminuir a razão de escoamento da chapa de aço mais do que a razão de escoamento da chapa de aço, que é o seu material, não foi assumido. Além disso, nas técnicas convencionais, houve a possibilidade de que a razão de escoamento do tubo de aço não fosse obtida com precisão.

Aplicabilidade Industrial

[0092] É possível fornecer um tubo de aço de alta resistência tendo uma baixa razão de escoamento na direção circunferencial, e um processo para produção de um tubo de aço de alta resistência que possa diminuir a razão de escoamento do tubo de aço mais que a razão de escoamento da chapa de aço, que é o material do tubo de aço.Lista de Símbolos de Referência;1 TUBO DE AÇO2 CORPO DE PROVA3 CORPO DE PROVA (CORPO DE PROVA DE BARRA REDONDA)

Claims

1. Tubo de aço de alta resistência que é produzido pela conformação a quente e então soldagem com costura de uma chapa de aço, caracterizado pelo fato de que:(i) a chapa de aço consiste em % em massa,C: 0,04% a 0,10%,Mn: 1,20% a 2,50%,Nb: 0,01% a 0,10%,Ti: 0,005% a 0,03%,Si: limitado a 0,50% ou menos, P: limitado a 0,03% ou menos, S: limitado a 0,01% ou menos, Al: limitado a 0,10% ou menos, N: limitado a 0,008% ou menos, e opcionalmente um ou mais elementos entre: Ni: 1,00% ou menos, Mo: 0,50% ou menos, Cr: 1,00% ou menos, Cu: 1,00% ou menos, V: 0,10% ou menos, Ca: 0,01% ou menos, terras raras: 0,02% ou menos, eMg: 0,006 ou menos, eum saldo de Fe e as inevitáveis impurezas;um parâmetro de sensibilidade de fratura Pcm da chapa de aço, que é obtido por Pcm = %C + %Si/30 + %Mn/20 + %Cu/20 + %Ni/60 + %Cr/20 + %Mo/15 + %V/10 quando %C, %Si, %Mn, %Cu, %Ni, %Cr, %Mo, e %V indicam respectivamente as quantidades de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, e V, é 0,23 ou menos;a microestrutura da chapa de aço é composta de bainita e ferrita e uma razão de área da ferrita é mais de 10% a 30% ou menos;(ii) a razão t/D da espessura t da chapa de aço para o diâmetro externo D do tubo de aço é 0,030 ou menos; ea razão de escoamento na direção circunferencial do tubo de aço, que é medida usando-se um corpo de prova de barra redonda, é 0,90 ou menos.

2. Chapa de aço para tubo de aço de alta resistência que é usada para produzir o tubo de aço, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de queum alongamento do limite de escoamento é 0,5% ou mais, ea microestrutura da chapa de aço é composta de bainita e ferrita e uma razão de área da ferrita é mais de 10% a 30% ou menos.

3. Processo para produção de uma chapa de aço para tubo de aço de alta resistência, como definido na reivindicação 2, o processo caracterizado pelo fato de que compreende:aquecer o aço até uma faixa austenita;submeter o aço à laminação bruta em uma faixa de recristalização;submeter o aço à laminação de acabamento de uma redução cumulativa de 50% ou mais em uma faixa de temperatura de recristalização do ponto Ar3 até 900°C após a laminação de acabamento, eexecutar resfriamento acelerado ao aço a uma taxa de resfriamento de 5 a 50°C/s a partir da faixa de tem peratura de Ar3 - 50°C a Ar3 - 5°C após o resfriamento a ar, e interrompendo o resfriamento acelerado a 400°C ou mais.

4. Processo para produção de tubo de aço de alta resistência como definido na reivindicação 1, o processo caracterizado pelo fato de que compreende conformar a frio a chapa de aço em uma forma cilíndrica, submeter a porção de costura da chapa de aço conformada a frio a soldagem a arco, esubmeter a chapa de aço soldada à expansão do tubo de uma razão de expansão de tubo de 0,5% a menos de 1,5%, obtendo assim um tubo de aço, o tubo de aço tendo uma razão t/D da espessura t da chapa para o diâmetro externo D do tubo de aço de 0,030 ou menos.