BR112012016517B1

BR112012016517B1 - Método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução e tubo de aço sem costura para tubos de condução

Info

Publication number: BR112012016517B1
Application number: BR112012016517-8A
Authority: BR
Inventors: Keisuke Hitoshio; Kunio Kondo; Yuji Arai
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2020-02-11
Also published as: CN102725428A; US20120267014A1; EP2530172B1; AU2011210499B2; CN102725428B; CA2785425C; JP4930652B2; BR112012016517A2; MX2012008841A; EP2530172A1; CA2785425A1; AR080040A1; JPWO2011093117A1; EP2530172A4; WO2011093117A1; AU2011210499A1; US9175360B2

Abstract

<um>método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubo de linha e tubo de aço sem costura para tubo de linha.<mv>trata-se de um método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubo de linha capaz de aprimorar a tenacidade do tubo de aço sem costura para tubo de linha. um tarugo redondo que tem uma composição química, percentual em massa, de c: 0,02 a 0,15%, si: no máximo 0,5% e mn: 0,5 a 2,5%, sndo que o equilíbrio é entre fe e impurezas, é aquecido (s1). o tarugo redondo aquecido é laminado por perfuração para produzir uma carcaça oca (s2). a carcaça oca é alongada e laminada e dimensionada para produzir um tubo de aço sem costura (s3). o tubo de aço sem costura é resfriado com água e o resfriamento com água é interrompido quando a temperatura do tubo de aço sem costura atinge no máximo 450<198>c (s5). o tubo de aço sem costura resfriado com água é arrefecido bruscamente (s6) e o tubo de aço sem costura arrefecido bruscamente é submetido à têmpera (s7).

Description

MÉTODO PARA FABRICAR UM TUBO DE AÇO SEM COSTURA PARA TUBOS DE CONDUÇÃO E TUBO DE AÇO SEM COSTURA PARA TUBOS DE CONDUÇÃO.

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um método para fabricar um tubo de aço sem costura e um tubo de aço sem costura e, mais particularmente, a um método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução e um tubo de aço sem costura para tubos de condução.

Técnica Anterior

Uma tubulação assentada no fundo do mar permite que um fluido de alta pressão flua no mesmo. A tubulação é ainda submetida à distorção repetida causada por ondas e a uma pressão da água do mar. Sendo assim, é necessário que um tubo de aço para a tubulação no fundo do mar tenha alta resistência e alta tenacidade.

Se a espessura da parede de um tubo de aço sem costura para tubos de condução for aumentada, a alta resistência pode ser atingida. No entanto, o aumento na espessura da parede é propenso a causar fratura frágil e diminui a tenacidade. Sendo assim, é especialmente exigido que um tubo de aço sem costura para tubos de condução usado no fundo do mar tenha tenacidade excelente.

Um método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução enquanto aprimora a tenacidade foi revelado em JP2000104117A (Documento de Patente 1). No método de fabricação revelado do Documento de Patente 1, a temperatura do tubo de aço imediatamente após a laminação de perfuração é ao menos 950°C, e o tubo de aço é imerso a uma temperatura de 900 a 1.000°C com o tubo de aço temperatura mantido acima do ponto Ar3. Então, o tubo de aço imerso é resfriado a uma taxa de resfriamento de ao menos 5°C/segundo.

Além disso, métodos para fabricar um tubo de aço outro que o tubo de aço sem costura para tubos de condução enquanto aprimora a

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2/21 tenacidade foram revelados em JP63-215309A (Documento de Patente 2), JP9-3539A (Documento de Patente 3), JP2008-266700A (Documento de Patente 4), JP3755163B (Documento de Patente 5), e JP3855300B (Documento de Patente 6).

No método de fabricação revelado no Documento de Patente 2, um perfurador, uma laminadora com mandril, um aparelho de resfriamento, uma fornalha de reaquecimento e um redutor de estiramento são usados. Um tarugo é perfurado pelo perfurador para produzir uma lupa e a lupa é alongada e laminada pela laminadora com mandril. Então, a lupa alongada e laminada é resfriada a uma temperatura de no máximo o ponto Ar1 pelo aparelho de resfriamento e o tubo de material resfriado é dimensionado pelo redutor de estiramento.

No método de fabricação revelado no Documento de Patente 3, um tubo de aço laminado por finalização é resfriado de uma temperatura de ao menos o ponto Ar3 a uma taxa de resfriamento mais alta que aquela de resfriamento de ar. O tubo de aço resfriado é submetido à revenimento a uma temperatura de quase o ponto Ac1.

No método de fabricação revelado no Documento de Patente 4, um tubo de aço dimensionado é resfriado de modo acelerado. O tubo de aço resfriado de modo acelerado é mantido a uma temperatura de 350 a 600°C.

No método de fabricação revelado no Documento de Patente 5, um tubo de aço laminado por finalização é aquecido a uma temperatura de 850 a 1.100°C, e o tubo de aço aquecido é temperado. A taxa de resfriamento para a têmpera não está submetida a qualquer limitação.

No método de fabricação revelado no Documento de Patente 6, um tubo de aço laminado por finalização é resfriado a uma temperatura de no máximo o ponto Ar3 a uma taxa de resfriamento de ao menos 80°C/segundo, e o tubo de aço resfriado é temperado e submetido à revenimento.

Sumário da Invenção

Problema Técnico

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Com o método de fabricação revelado no Documento de Patente 1, a tenacidade do tubo de aço sem costura para tubos de condução é aprimorada em algum grau. Recentemente, no entanto, tem-se requerido que o tubo de aço sem costura para tubos de condução tenha uma tenacidade ainda mais aprimorada. Nos métodos de fabricação revelados nos Documentos de Patente 2 a 6, os tubos de aço fabricados são de tipos de aço diferentes do tubo de aço sem costura para tubos de condução. Sendo assim, esses métodos de fabricação não são necessariamente adequados para aprimorar a tenacidade do tubo de aço sem costura para tubos de condução.

Revelação da Invenção

Um objetivo da presente invenção é fornece um método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução capaz de aprimorar a tenacidade do tubo de aço sem costura para tubos de condução.

Os presentes inventores estudaram um método para refinar ainda mais os grãos de cristal de aço para aprimorar a tenacidade do tubo de aço sem costura para tubos de condução. Como resultado, os presentes inventores sugeriram uma ideia de que os grãos de cristal de um tubo de aço podem ser refinados por resfriamento de modo acelerado do tubo de aço produzido por trabalho a quente e então por têmpera do tubo de aço. Especificamente, uma etapa de têmpera é adicionada entre uma etapa de resfriamento com água (resfriamento acelerado) do tubo de aço sem costura produzido por uma máquina de perfuração e uma laminadora contínua (uma laminadora com mandril e um dimensionador ou um redutor de estiramento) e uma etapa de revenimento. Os grãos de cristal são refinados no tubo de aço sem costura para tubos de condução fabricado por esse método de fabricação, de forma que a tenacidade seja aprimorada.

Os presentes inventores sugeriram ainda uma ideia de que se uma temperatura de parada de resfriamento com água for diminuída no resfriamento acelerado, os grãos de cristal podem ser ainda mais refinados. A temperatura de parada de resfriamento com água refere-se à temperatura de

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4/21 superfície do tubo de aço no momento em que o resfriamento com água é parado no resfriamento acelerado. Se a temperatura de parada de resfriamento com água for baixa quando o tubo de aço para tubos de condução tem uma temperatura de superfície de ao menos o ponto Ar3 é resfriado por água, uma estrutura bainítica é produzida no aço. A estrutura bainítica é considerada como sendo produzida por transformação de rede como estrutura martensítica e inclui uma distorção da rede altamente denso tal como deslocamento. Se o tubo de aço que tem uma estrutura bainítica for aquecido à temperatura de têmpera, grãos γ finos são produzidos com a distorção da rede altamente denso sendo um sítio de iniciação. Sendo assim, os grãos de cristal do tubo de aço temperado e submetido à revenimento são refinados, de forma que a tenacidade do tubo de aço é aprimorada.

Com base na teoria descrita acima, os presentes inventores examinaram a relação entre a temperatura de parada de resfriamento com água no resfriamento acelerado e a tenacidade. A relação entre a temperatura de parada de resfriamento com água e a tenacidade é mostrada na Figura 1. A Figura 1 foi obtida pelo método descrito abaixo. Uma pluralidade de tarugos, cada um tendo a composição química dada na Tabela 1, foi preparada.

Tabela 1

Composição química (% em massa, equilíbrio sendo entre Fe e impurezas outras que P, S e Al)
C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr	Ni	Mo	Ti	V	Nb	Al
0,0	0,3	1,3	0,0	0,0	-	0,2	-	0,1	0,0	-	0,0	0,0
6			1	01					3		3	5

Os tarugos foram aquecidos por uma fornalha de aquecimento.

Sucessivamente, os tarugos foram laminados por perfuração em lupa por uma máquina de perfuração. Então, as lupas foram alongadas e laminadas por uma fresadora de laminação de alongamento e as lupas foram dimensionadas por uma fresadora de dimensionamento, assim uma pluralidade de tubos de aço sem costura para tubos de condução foi produzida. Sucessivamente, os tubos

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5/21 de aço sem costura produzidos foram resfriados com água (resfriados de modo acelerado). Nesse momento, a temperatura de parada de resfriamento com água foi mudada para cada tubo de aço sem costura. As temperaturas de superfície de todos os tubos de aço sem costura no momento em que o resfriamento com água foi iniciado foram de 1.100°C. Após o resfriamento, os tubos de aço sem costura foram temperados a uma temperatura de têmpera de 950°C, e imersos por 40 minutos. Após a têmpera, os tubos de aço sem costura foram submetidos à revenimento a uma temperatura de revenimento de 650°C e imersos por 30 minutos. Pelo processo descrito acima, os tubos de aço sem costura para tubos de condução foram fabricados.

A partir de uma parte central da espessura da parede de cada um dos tubos de aço sem costura para tubos de condução fabricados, um espécime de entalhe em V em conformidade com JIS Z 2202 foi tirado como amostra. Com uso desse espécime de entalhe em V, o teste de impacto de Charpy em conformidade com JIS Z 2242 foi conduzido para determinar uma temperatura de transição de energia vTE. Assim, uma curva C1 mostrada na Figura 1 foi obtida.

Referindo-se à Figura 1, conforme a temperatura de parada de resfriamento com água diminuiu, a temperatura de transição de energia vTE (°C) diminuiu. Ademais, a inclinação da curva C1 mudou na temperatura de parada de resfriamento com água de 450°C. Mais especificamente, quando a temperatura de parada de resfriamento com água diminuiu, a temperatura de transição de energia diminuiu rapidamente até a temperatura de parada de resfriamento com água ter atingido 450°C, e por outro lado, na faixa de temperatura definida abaixo de 450°C, mesmo se a temperatura de parada de resfriamento com água diminuísse, a temperatura de transição de energia não diminuiu tanto. Ou seja, a curva C1 teve um ponto de inflexão na temperatura de parada de resfriamento com água de 450°C.

Com base nas revelações descritas acima, os presentes inventores concluíram as invenções descritas abaixo.

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O método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução em concordância com a presente invenção inclui as etapas de aquecimento de um tarugo redondo que tem uma composição química que inclui, percentual em massa, C: 0,02 a 0,15%, Si: no máximo 0,5%, e Mn: 0,5 a 2,5%, o equilíbrio sendo Fe e impurezas, produção de uma lupa por laminação e perfuração do tarugo redondo aquecido, produção de um tubo de aço sem costura por laminação de alongamento e dimensionamento da lupa, resfriamento com água do tubo de aço sem costura produzido e interrupção do resfriamento com água quando a temperatura do tubo de aço sem costura atinge no máximo 450°C, têmpera do tubo de aço sem costura resfriado por água e revenimento do tubo de aço sem costura temperado.

Preferencialmente, o método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução inclui ainda uma etapa de aquecimento do tubo de aço sem costura produzido até a faixa de 900 a 1.100°C. Na etapa de resfriamento com água, o tubo de aço sem costura aquecido é resfriado com água.

Preferencialmente, a composição química do tarugo redondo inclui ainda um ou mais tipos selecionados de um grupo de Cu: no máximo 1,5%, Ni: no máximo 1,5%, Cr: no máximo 1,0%, Mo: no máximo 0,8%, V: no máximo 0,2%, Nb: no máximo 0,06% e Ti: no máximo 0,05%.

O tubo de aço sem costura para tubos de condução em concordância com a presente invenção é fabricado pelo método de fabricação descrito acima.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é um diagrama que mostra a relação entre a temperatura de transição de energia e a temperatura de parada de resfriamento com água de um tubo de aço sem costura para tubos de condução em concordância com a presente invenção.

A Figura 2 é um diagrama em bloco que mostra uma configuração de uma linha equipamento de fabricação para um tubo de aço sem costura

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7/21 para tubos de condução em concordância com a presente invenção.

A Figura 3 é um fluxograma que mostra um fluxo de fabricação de um tubo de aço sem costura para tubos de condução com uso da linha de equipamento de fabricação mostrada na Figura 2.

A Figura 4 é um diagrama que mostra uma mudança na temperatura de superfície de um material que é processado nas etapas no fluxo de fabricação mostrado na Figura 3.

A Figura 5 é um diagrama que mostra a relação entre a resistência e a temperatura de parada de resfriamento com água de um tubo de aço sem costura para tubos de condução do exemplo 1.

A Figura 6 é um diagrama que mostra a relação entre a resistência e a temperatura de parada de resfriamento com água de um tubo de aço sem costura para tubos de condução do exemplo 2.

A Figura 7 é um diagrama que mostra a relação entre a temperatura de transição de energia e a temperatura de parada de resfriamento com água de um tubo de aço sem costura para tubos de condução do exemplo 2.

Melhor Modo para Executar a Invenção

Uma modalidade da presente invenção será agora descrita em detalhes com referência aos desenhos. Nos desenhos, os mesmos símbolos são aplicados às mesmas partes ou partes equivalentes e a explicação das mesmas não é repetida.

Composição química

Um tubo de aço sem costura para tubos de condução em concordância com a modalidade da presente invenção tem uma composição química descrita abaixo. De acordo com o presente, um ideograma de % em relação a um elemento de ligação refere-se a um percentual em massa.

C: 0,02 a 0,15%

O carbono (C) aumenta a resistência do aço. Para fornecer uma resistência necessária para os tubos de condução, o valor de limite inferior de

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8/21 teor de C é 0,02%. Por outro lado, se o carbono estiver contido em excesso, a tenacidade da zona afetada por calor de solda da parte de solda e o metal base do tubo de condução diminui. Sendo assim, o valor de limite superior de teor de C é 0,15%. O teor de C é preferencialmente 0,04 a 0,12%, de modo mais preferencial 0,04 a 0,09%.

Si: no máximo 0,05%.

O silício (Si) desoxida o aço. No entanto, se o silício estiver contido em excesso, a tenacidade do aço diminui. Sendo assim, o teor de Si é no máximo 0,5%. O teor de Si é preferencialmente 0,05 a 0,35%.

Mn: 0,5 a 2,5%

O manganês (Mn) acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Para fornecer uma resistência necessária para os tubos de condução, o valor de limite inferior de teor de Mn é 0,5%. Por outro lado, se o manganês estiver contido em excesso, o manganês segrega, o que resulta em uma diminuição na tenacidade da zona afetada por calor de solda e o metal base. Sendo assim, o valor de limite superior de teor de Mn é 2,5%. O teor de Mn é preferencialmente 0,5 a 2,2%.

O equilíbrio é entre ferro (Fe) e impurezas. As impurezas incluem fósforo (P), enxofre (S), oxigênio (O), nitrogênio (N) e alumínio (Al). O fósforo causa segregação central. O enxofre forma MnS com Mn e diminui a tenacidade do aço. O oxigênio reduz a limpeza do aço. O nitrogênio forma uma solução sólida no aço, que resulta em uma diminuição na tenacidade do aço. O alumínio desoxida o aço; no entanto, o alumínio reduz a limpeza do aço e diminui a tenacidade do mesmo. Sendo assim, na presente invenção, alumínio é uma impureza.

O teor de P é preferencialmente no máximo 0,015%. O teor de S é preferencialmente no máximo 0,004%. O teor de O é preferencialmente no máximo 0,01%. O teor de N é preferencialmente no máximo 0,007%. O teor de Al é preferencialmente no máximo 0,05%.

Como a composição química do tubo de aço sem costura para

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9/21 tubos de condução em concordância com essa modalidade, o(s) elemento(s) opcional(is) descrito(s) abaixo pode(m) estar contido(s)adicionalmente.

Todos dentre cobre (Cu), níquel (Ni), cromo (Cr) e molibdênio (Mo) acentuam a temperabilidade do aço e aumentar a resistência do aço. De acordo com o presente, esses elementos são descritos em detalhes.

Cu: no máximo 1,5%

O cobre (Cu) é um elemento opcional. O cobre acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Mesmo se uma quantidade pequena de cobre estiver contida, os efeitos descritos acima podem ser atingidos. O teor de Cu é preferencialmente no máximo 0,05%. Por outro lado, se o cobre estiver contido em excesso, a soldabilidade do aço diminui. Ademais, o cobre reduz a resistência de limite de grão em temperaturas altas, o que torna o aço propenso a rachar no momento da laminação a quente. Sendo assim, o teor de Cu é no máximo 1.5%.

Ni: no máximo 1,5%

O níquel (Ni) é um elemento opcional. O níquel acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Mesmo se uma quantidade pequena de níquel estiver contida, os efeitos descritos acima podem ser atingidos. O teor de Ni é preferencialmente no máximo 0,05%. Por outro lado, se o níquel estiver contido em excesso, os efeitos descritos acima saturam. Sendo assim, o teor de Ni é no máximo 1,5%.

Cr: no máximo 1,0%

O cromo (Cr) é um elemento opcional. O cromo acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Ademais, o cromo acentua a resistência a amolecimento de temperamento do aço. Mesmo se uma quantidade pequena de cromo estiver contida, os efeitos descritos acima podem ser atingidos. O teor de Cr é preferencialmente no máximo 0,02%. Por outro lado, se o cromo estiver contido em excesso, a soldabilidade do aço diminui e também a tenacidade do aço diminui. Sendo assim, o teor de Cr é no máximo 1,0%.

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Mo: no máximo 0,8%

O molibdênio (Mo) é um elemento opcional. O molibdênio acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Mesmo se uma quantidade pequena de molibdênio estiver contida, os efeitos descritos acima podem ser atingidos. O teor de Mo é preferencialmente no máximo 0,02%. Por outro lado, se o molibdênio estiver contido em excesso, a soldabilidade do aço diminui e também a tenacidade do aço diminui. Sendo assim, o teor de Mo é no máximo 0,8%.

Todos dentre vanádio (V), nióbio (Nb) e titânio (Ti) precipitam nitretos de carbono para aumentar a resistência e a tenacidade do aço. De acordo com o presente, esses elementos são descritos em detalhes.

V: no máximo 0,2%

Nb: no máximo 0,06%

Tanto o vanádio (V) como o nióbio (Nb) são elementos opcionais. Tanto o vanádio quanto o nióbio produzem nitretos de carbono e contribuem para o refino de grãos de cristal do aço. Sendo assim, o vanádio e o nióbio aumentam a resistência e tenacidade do aço. Mesmo se uma quantidade pequena de vanádio e/ou nióbio estiver contida, os efeitos descritos acima podem ser atingidos. O teor de V é preferencialmente no máximo 0,01% e o teor de Nb é preferencialmente ao menos 0,01%. Por outro lado, se o vanádio e o nióbio estiverem contidos em excesso, a tenacidade da parte soldada do aço diminui. Sendo assim, o teor de V é no máximo 0,2% e o teor de Nb é no máximo 0,06%. O valor de limite superior de teor de V é preferencialmente 0,1% e o valor de limite superior de teor de Nb é 0,03%.

Ti: no máximo 0,05%

O titânio (Ti) é um elemento opcional. O titânio produz nitretos de carbono e contribui para o refino de grãos de cristal do aço. Sendo assim, o titânio aumenta a resistência e a tenacidade do aço. Mesmo se uma quantidade pequena de titânio estiver contida, os efeitos descritos acima podem ser atingidos. O teor de Ti é preferencialmente no máximo 0,002%. No

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11/21 entanto, se o titânio estiver contido em excesso, a tenacidade do aço diminui ligeiramente. Sendo assim, o teor de Ti é no máximo 0,05%. O valor de limite superior de teor de Ti é preferencialmente 0,03%.

Equipamento de fabricação

A Figura 2 é um diagrama em bloco que mostra um exemplo de uma linha de fabricação para um tubo de aço sem costura para tubos de condução em concordância essa modalidade. Referindo-se à Figura 2, a linha de fabricação inclui uma fornalha de aquecimento 1, uma máquina de perfuração 2, uma fresadora de laminação de alongamento 3, uma fresadora de dimensionamento 4, uma fornalha de retenção 5, um aparelho de resfriamento com água 6, um aparelho de têmpera 7 e um aparelho de revenimento 8. Entre os aparelhos, uma pluralidade de rolos de transferência é disposta. Na Figura 2, o aparelho de têmpera 7 e o aparelho de revenimento 8 estão incluídos na linha de fabricação. No entanto, o aparelho de têmpera 7 e o aparelho de revenimento 8 podem ser dispostos separadamente da linha de fabricação. Em outras palavras, o aparelho de têmpera 7 e o aparelho de revenimento 8 podem ser dispostos fora de linha.

Método de fabricação

A Figura 3 é um fluxograma que mostra um processo de fabricação do tubo de aço sem costura em concordância com essa modalidade. A Figura 4 é um diagrama que mostra uma mudança na temperatura de superfície de um material que é laminado (um tarugo redondo, uma lupa e um tubo de aço sem costura) com relação ao tempo durante a fabricação.

Referindo-se às Figuras 3 e 4, no método para fabricar o tubo de aço sem costura para tubos de condução em concordância com essa modalidade, primeiramente, um tarugo redondo é aquecido pela fornalha de aquecimento 1 (S1). Sucessivamente, o tarugo redondo aquecido é trabalhado a quente em um tubo de aço sem costura (S2 e S3). Especificamente, p tarugo redondo é laminado por perfuração em uma lupa pela máquina de perfuração 2 (S2), e ademais, a lupa é laminada formando o tubo de aço sem costura pela

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12/21 fresadora de laminação de alongamento 3 e a fresadora de dimensionamento 4 (S3). O tubo de aço sem costura produzido pelo trabalho a quente é aquecido a uma temperatura predeterminada conforme necessário pela fornalha de retenção 5 (S4). Sucessivamente, o tubo de aço sem costura é resfriado com água (resfriado de modo acelerado) pelo aparelho de resfriamento com água 6 de forma que a temperatura de superfície a tubo de aço sem costura seja no máximo 450°C (S5). O tubo de aço sem costura resfriado com água é temperado pelo aparelho de têmpera 7 (S6) e é submetido à revenimento pelo aparelho de revenimento 8 (S7). De acordo com o presente, cada uma das etapas é explicada em detalhes.

Etapa de aquecimento (S1)

Primeiramente, um tarugo redondo é aquecido pela fornalha de aquecimento 1. A temperatura de aquecimento é preferencialmente 1.050 a 1.300°C. Se o tarugo redondo for aquecido a uma temperatura nessa faixa de temperatura, a trabalhabilidade a quente do tarugo redondo no tempo de laminação de perfuração é alta e a produção de defeitos de superfície é limitada. Além disso, se o tarugo redondo for aquecido a uma temperatura nessa faixa de temperatura, o engrossamento dos grãos de cristal é limitado. A fornalha de aquecimento 1 é uma fornalha de viga móvel bem conhecida ou fornalha rotativa, por exemplo.

Etapa de laminação de perfuração (S2)

O tarugo redondo é retirado da fornalha de aquecimento 1 e o tarugo redondo aquecido é laminado por perfuração pela máquina de perfuração 2. A máquina de perfuração 2 tem uma configuração bem conhecida. Especificamente, a máquina de perfuração 2 inclui um par de rolos cônicos e um tampão disposto entre os rolos cônicos. A máquina de perfuração 2 é preferencialmente uma máquina de perfuração do tipo ângulo de convergência. Isso se deve ao fato de que a laminação de perfuração pode ser realizada a uma taxa de expansão de tubo alta.

Etapa de laminação de alongamento e etapa de dimensionamento

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13/21 (S3)

Em seguida, a lupa produzida pela fresadora de perfuração é alongada e laminada pela fresadora de laminação de alongamento 3. A fresadora de laminação de alongamento 3 inclui uma pluralidade de suportes de rolo disposta em série. A fresadora de laminação de alongamento 3 é uma laminadora com mandril, por exemplo. Sucessivamente, a lupa alongada e laminada é dimensionada pela fresadora de dimensionamento 4 para produzir um tubo de aço sem costura. A fresadora de dimensionamento 4 inclui uma pluralidade de suportes de rolo disposta em série. A fresadora de dimensionamento 4 é um dimensionador ou um redutor de estiramento, por exemplo.

A temperatura de superfície externa da lupa laminada pelo último suporte de rolo da pluralidade de suportes de rolo da fresadora de dimensionamento 4 é definida como uma temperatura de finalização. A temperatura de finalização é medida, por exemplo, por um sensor de temperatura disposto no lado de entrega do último suporte de rolo da fresadora de dimensionamento 4. A temperatura de finalização é preferencialmente ao menos o ponto A3 (mais especificamente, o ponto Ac3) conforme mostrado na Figura 4, de modo mais preferencial ao menos 900°C, e de modo ainda mais preferencial ao menos 950°C. O ponto Ac3 do tubo de aço sem costura que tem a composição química da presente invenção é 750 a 950°C. A uma temperatura de finalização de 900°C ou mais alta, na lupa que é submetida a dimensionamento, a perda de calor causada pela dissipação de calor do rolo é pequena. Sendo assim, a irregularidade de temperatura do tubo de aço sem costura produzido pode ser reduzida.

Uma fornalha de aquecimento pode ser disposta entre a fresadora de laminação de alongamento 3 e a fresadora de dimensionamento 4. Nesse caso, a lupa alongada e laminada é aquecida pela fornalha de aquecimento, e o tubo de material aquecido é dimensionado pela fresadora de dimensionamento 4. Sendo assim, a temperatura do tubo de material no

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14/21 momento do dimensionamento aumenta, de forma que a carga aplicada à fresadora de dimensionamento 4 é reduzida.

Etapa de reaquecimento (S4)

Uma etapa de reaquecimento (S4) é executada conforme necessário. Em outras palavras, a etapa de reaquecimento não precisa necessariamente ser executada. No caso em que a etapa de reaquecimento não é executada, na Figura 3, o processo prossegue da etapa S3 para a etapa S5. Além disso, no caso em que a etapa de reaquecimento não é executada, na Figura 2, a fornalha de retenção 5 não é fornecida.

No caso em que a etapa de reaquecimento é executada, o tubo de aço sem costura produzido é carregado na fornalha de retenção 5 e é aquecido. Assim, a irregularidade de temperatura do tubo de aço sem costura produzido pode ser reduzida. A temperatura de aquecimento na fornalha de retenção 5 é o ponto Ar3 a 1100°C, preferencialmente 900 a 1.100°C, e de modo mais preferencial 950 a 1.100°C. Se a temperatura de aquecimento for inferior ao ponto Ar3, os precipitados de fase α e a microestrutura se torna não uniforme, de forma que as variações na resistência aumentam. Por outro lado, se a temperatura de aquecimento exceder 1.100°C, os grãos de cristal engrossam. O tempo de aquecimento é preferencialmente de 1 a 30 minutos.

Etapa de resfriamento com água (S5)

O tubo de aço sem costura produzido na etapa S3 ou o tubo de aço sem costura reaquecido na etapa S4 é resfriado com água (resfriado de modo acelerado) pelo aparelho de resfriamento com água 6. A temperatura de superfície do tubo de aço sem costura logo antes do resfriamento com água é substancialmente a mesma que a temperatura de finalização ou a temperatura de aquecimento na fornalha de retenção. Ou seja, a temperatura de superfície do tubo de aço sem costura logo antes do resfriamento com água é ao menos o ponto Ar3, preferencialmente ao menos 900°C, e de modo mais preferencial ao menos 950°C.

O aparelho de resfriamento com água 6 inclui uma pluralidade de

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15/21 roletes de rotação, um dispositivo de corrente laminar e um dispositivo de corrente de jato. A pluralidade de roletes de rotação é disposta em duas fileiras e o tubo de aço sem costura é disposto entre a pluralidade de roletes de rotação disposta em duas fileiras. Nesse momento, cada um dos roletes de rotação em duas fileiras entra em contato com uma parte inferior na superfície externa do tubo de aço sem costura. Quando os roletes de rotação giram, o tubo de aço sem costura gira ao redor do eixo geométrico do mesmo. O dispositivo de corrente laminar é disposto acima dos roletes de rotação e borrifa água no tubo de aço sem costura de cima. Nesse momento, a água borrifada no tubo de aço sem costura forma uma corrente laminar. O dispositivo de corrente de jato é disposto próximo à extremidade do tubo de aço sem costura colocado nos roletes de rotação e injeta uma corrente de jato a partir da extremidade do tubo de aço sem costura no tubo de aço. Pelo dispositivo de corrente laminar e o dispositivo de corrente de jato, as superfícies externas e internas do tubo de aço sem costura são resfriadas ao mesmo tempo.

O aparelho de resfriamento com água 6 resfria o tubo de aço sem costura até a temperatura de superfície do tubo de aço sem costura atingir uma temperatura de no máximo 450°C. Em outras palavras, a temperatura de parada de resfriamento com água é no máximo 450°C. Com a temperatura de parada de resfriamento com água no máximo 450°C, a microestrutura é submetida à transformação bainítica conforme descrito acima. Realizando-se a têmpera na etapa subsequente, os grãos de cristal do tubo de aço sem costura são ainda mais refinados. Como resultado, a tenacidade do tubo de aço sem costura para tubos de condução é aprimorada.

A temperatura de parada de resfriamento com água é preferencialmente ao menos 300°C, de modo mais preferencial ao menos 350°C, e de modo ainda mais preferencial ao menos 400°C. Quanto mais alta a temperatura de parada de resfriamento com água está na faixa definida abaixo de 450°C, mais curto é o tempo necessário para aquecer o tubo de aço sem costura até a temperatura de têmpera no momento de têmpera na etapa

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16/21 subsequente. Além disso, a quantidade de calor necessária para aquecer o tubo de aço sem costura até a temperatura de têmpera pode ser reduzida.

A taxa de resfriamento do aparelho de resfriamento com água 6 é preferencialmente ao menos 10°C/segundo. O aparelho de resfriamento com água 6 pode ser um aparelho outro que não o aparelho descrito acima que inclui os roletes de rotação, o dispositivo de corrente laminar e o dispositivo de corrente de jato. Por exemplo, o aparelho de resfriamento com água 6 pode ser um tanque de água. Nesse caso, o tubo de aço sem costura produzido na etapa S3 é imerso no tanque de água e é resfriado. Tal método de resfriamento é chamado de resfriamento de mergulho. Além disso, o aparelho de resfriamento com água 6 pode consistir no dispositivo de corrente laminar somente. Em suma, o tipo do aparelho de resfriamento com água 6 não está submetido a qualquer restrição na medida em que o tubo de aço sem costura pode ser resfriado a uma taxa de resfriamento de ao menos 10°C/segundo.

É preferencial que o aparelho de resfriamento com água 6 e o aparelho de têmpera 7 para a próxima etapa sem dispostos de modo contínuo. A razão para isso é que como o aparelho de têmpera 7 está mais próximo ao aparelho de resfriamento com água 6, a quantidade de calor necessária para aquecer o tubo de aço sem costura resfriado com água até a temperatura de têmpera pode ser reduzida.

Etapa de têmpera (S6)

O tubo de aço sem costura que foi resfriado com água pelo aparelho de resfriamento com água 6 é temperado. Mais especificamente, o tubo de aço sem costura é aquecido e imerso em uma temperatura de têmpera. Após o aquecimento e imersão, o aço sem costura é resfriado rapidamente por água. A temperatura de têmpera é preferencialmente mais alta que o ponto Ac3 e no máximo 1.000°C. Quando o tubo de aço sem costura é aquecido até a temperatura de têmpera descrita acima, a microestrutura do tubo de aço sem costura se transforma de bainita em uma estrutura austenítica fina. Ou seja, a transformação reversa ocorre. Nesse momento, os grãos de cristal são

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17/21 refinados. Ou seja, por realização de resfriamento acelerado na etapa S5 e tornando a temperatura de parada de resfriamento com água no máximo 450°C, o refino dos grãos de cristal pode ser promovido na etapa de têmpera.

Se a temperatura de têmpera for mais baixa que o ponto de transformação Ac3, a transformação reversa não ocorre de forma suficiente. Por outro lado, se a temperatura de têmpera exceder 1.000°C, os grãos de cristal engrossam. O tempo de imersão na têmpera é preferencialmente 10 segundos a 30 minutos.

Etapa de revenimento (S7)

O tubo de aço temperado é submetido à revenimento. A temperatura de têmpora é no máximo o ponto Ac1 e é regulada com base nas propriedades dinâmicas desejadas. O ponto Ac1 do tubo de aço sem costura que tem a composição química da presente invenção é 680 a 720°C. Por revenimento, a grade de resistência do tubo de aço sem costura da presente invenção pode ser regulada em ao menos X60 com base no padrão API (o estresse de rendimento: ao menos 415 MPa, a resistência de tensão: ao menos 520 MPa). As variações na temperatura de revenimento são preferencialmente ±10°C, de modo mais preferencial ±5°C. Se as variações na temperatura de revenimento forem pequenas, as propriedades dinâmicas desejadas são atingidas facilmente.

No método de fabricação descrito acima, o resfriamento acelerado em que a temperatura de parada de resfriamento com água é definida como sendo no máximo 450°C é realizado (S5), e sendo assim, a têmpera é realizado (S6). Por essas etapas, o refino dos grãos de cristal é promovido. Sendo assim, o tubo de aço sem costura para tubos de condução fabricado tem uma tenacidade excelente conforme descrito acima.

Exemplo 1

Os tubos de aço sem costura para tubos de condução que têm, cada um, a composição química dada na Tabela 1 foram fabricados e a resistência e a tenacidade dos mesmos foram examinadas.

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Método de exame

Uma pluralidade de tarugos, cada um tendo a composição química dada na Tabela 1, é produzida. Os tarugos produzidos foram aquecidos pela fornalha de aquecimento, e então, os tarugos foram laminados por perfuração pela máquina de perfuração para produzir lupa. Sucessivamente, as lupas foram alongadas e laminadas pela laminadora com mandril, e então, foram dimensionadas pelo dimensionador, assim uma pluralidade de tubos de aço sem costura para tubos de condução foi produzida. Sucessivamente, os tubos de aço produzidos foram resfriados com água (resfriado de modo acelerado). Nesse momento, a temperatura de parada de resfriamento com água foi mudada para cada tubo de aço. As temperaturas de finalização de todos os tubos de aço sem costura foram de 1.100°C. Os tubos de aço sem costura resfriados foram temperados a uma temperatura de têmpera de 950°C e imersos por 40 minutos. Após a têmpera, os tubos de aço sem costura foram submetidos à revenimento a uma temperatura de revenimento de 650°C e imersos por 30 minutos. Pelas etapas descritas acima, os tubos de aço sem costura para tubos de condução foram fabricados.

Exame de resistência

A partir de uma parte central da espessura da parede de cada um dos tubos de aço sem costura fabricados, um espécime de teste de tensão em conformidade com JIS Z 2201 foi tirado como amostra. Com uso desse espécime de teste de tensão, um teste de tensão em conformidade com JIS Z 2241 foi conduzido na atmosfera de temperatura normal (25°C). Pelo teste de tensão, o estresse de rendimento e a resistência de tensão foram determinadas. Nesse exemplo, o estresse de rendimento foi determinado pelo método de alongamento total de 0,5%.

Exame de tenacidade

A partir de uma parte central da espessura da parede de cada um dos tubos de aço sem costura para tubos de condução fabricados, um espécime de entalhe em V em conformidade com JIS Z 2202 foi tirado como

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19/21 amostra. Com uso desse espécime de entalhe em V, o teste de impacto de Charpy em conformidade com JIS Z 2242 foi conduzido para determinar uma temperatura de transição de energia vTE (°C).

Resultados de exame

A relação entre o estresse de rendimento e a resistência de tensão obtidos e a temperatura de parada de resfriamento com água é mostrada na Figura 5. Na Figura 5, o símbolo S1 denota o estresse de rendimento e o símbolo S2 denota a resistência de tensão. Além disso, a relação entre a temperatura de transição de energia e a temperatura de parada de resfriamento com água obtidas é mostrada na Figura 1. Referindo-se à Figura 1, a inclinação da curva C1 mudou na temperatura de parada de resfriamento com água de 450°C. Mais especificamente, quando a temperatura de parada de resfriamento com água diminuiu, a temperatura de transição de energia diminuiu rapidamente até a temperatura de parada de resfriamento com água ter atingido 450°C, e por outro lado, na faixa de temperatura definida abaixo de 450°C, mesmo se a temperatura de parada de resfriamento com água diminuísse, a temperatura de transição de energia não diminuiu tanto. No caso em que a temperatura de parada de resfriamento com água foi no máximo 450°C, a temperatura de transição de energia foi no máximo -55°C, mostrando uma tenacidade satisfatória.

Por outro lado, referindo-se à Figura 5, no caso em que a temperatura de parada de resfriamento com água foi no máximo 450°C, o estresse de rendimento foi ao menos 450 MPa e a resistência de tensão foi ao menos 540 MPa. Sendo assim, o grau de resistência da amostra no caso em que a temperatura de parada de resfriamento com água foi no máximo 450°C foi ao menos X60 do padrão API (o estresse de rendimento: ao menos 415 MPa, a resistência de tensão: ao menos 520 MPa).

[Exemplo 2]

Uma pluralidade de tarugos, cada um tendo a composição química dada na Tabela 2, é produzida.

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Tabela 2

Composição química (% em massa, equilíbrio sendo entre Fe e impurezas outras que P, S e Al)
C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr	Ni	Mo	Ti	V	Nb	Al
0,06	0,3	1,5	0,01	0,001	0,2	0,3	0,3	0,3	0,003	0,05	-	0,04

Método de exame

Pelo mesmo método de fabricação que no exemplo 1, tubos de aço para tubos de condução foram fabricados com uso dos tarugos, e pelo mesmo método de testagem que no exemplo 1, a relação entre a resistência (estresse de rendimento e resistência de tensão) e a temperatura de parada de resfriamento com água e a relação entre a temperatura de transição de energia vTE (°C) e a temperatura de parada de resfriamento com água foram determinados. No exemplo 2, a temperatura de finalização do tubo de aço sem costura foi de 1.050°C. Na têmpera, a temperatura de têmpera foi de 920°C e o tempo de imersão foi de 20 minutos. No revenimento, a temperatura de têmpora foi de 650°C e o tempo de imersão foi de 30 minutos. Outras condições foram as mesmas que aquelas no exemplo 1.

Resultados de exame

A relação entre o estresse de rendimento e a resistência de tensão obtidos e a temperatura de parada de resfriamento com água é mostrada na Figura 6. Na Figura 6, o símbolo S1 denota o estresse de rendimento e o símbolo S2 denota a resistência de tensão. Além disso, a relação entre a temperatura de transição de energia e a temperatura de parada de resfriamento com água obtidas é mostrada na Figura 7.

Referindo-se à Figura 7, conforme mostrado na Figura 1, até a temperatura de parada de resfriamento com água atingir 450°C, a temperatura de transição de energia diminui rapidamente com a diminuição na temperatura de parada de água de resfriamento e na faixa de temperatura definida abaixo de 450°C, mesmo se a temperatura de parada de resfriamento com água diminuísse, a temperatura de transição de energia não diminuiu tanto. No caso

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21/21 em que a temperatura de parada de resfriamento com água foi no máximo 450°C, a temperatura de transição de energia foi no máximo -60°C, mostrando uma tenacidade satisfatória.

Referindo-se à Figura 6, no caso em que a temperatura de parada de resfriamento com água foi no máximo 450°C, o estresse de rendimento foi ao menos 530 MPa e a resistência de tensão foi ao menos 620 MPa. Sendo assim, o grau de resistência da amostra no caso em que a temperatura de parada de resfriamento com água foi no máximo 450°C foi ao menos X70 do padrão API (o estresse de rendimento: ao menos 485 MPa, a resistência de 10 tensão: ao menos 570 MPa).

O que foi dito acima é uma descrição de modalidades da presente invenção e as modalidades descritas acima são meramente exemplos para executar a presente invenção. Sendo assim, a presente invenção não se limita às modalidades descritas acima e as modalidades descritas acima podem ser 15 modificadas conforme apropriado sem afastamento do espírito da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução, CARACTERIZADO por compreender as etapas de:

aquecer um tarugo redondo que tem uma composição química que consiste de, em percentual em massa,

C: 0,02 a 0,15%,

Si: no máximo 0,5%,

Mn: 0,5 a 2,5%,

Cu: 0,05 a 1,5%, opcionalmente um ou mais elementos selecionados de

Ni: no máximo 1,5%,

Cr: no máximo 1,0%,

Mo: no máximo 0,8%,

V: no máximo 0,2%,

Nb: no máximo 0,06% e

Ti: no máximo 0,05%, sendo que o equilíbrio é entre Fe e impurezas;

produzir uma lupa por laminação de perfuração do tarugo redondo aquecido;

produzir um tubo de aço sem costura por laminação de alongamento e dimensionamento da lupa;

resfriar com água o tubo de aço sem costura a uma taxa de resfriamento de pelo menos 10°C/seg e parar o resfriamento com água quando a temperatura do tubo de aço sem costura atinge no máximo 450°C;

temperar o tubo de aço sem costura resfriado com água; e submeter à revenimento o tubo de aço sem costura temperado.
2. Método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende, ainda, uma etapa de aquecimento do tubo

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2/3 de aço sem costura produzido até a faixa de 900 a 1.100°C; e na etapa de resfriamento com água, o tubo de aço sem costura aquecido é resfriado com água.
3. Método para fabricar um tubo de aço sem costura para tubos de condução, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição química consiste de, por porcentagem de massa,

C: 0,02 a 0,15%,

Si: no máximo 0,5%,

Mn: 0,5 a 2,5%,

Cu: 0,05 a 1,5%, opcionalmente um ou mais elementos selecionados de

Ni: no máximo 1,5%,

Cr: no máximo 1,0%,

Mo: no máximo 0,8%,

V: no máximo 0,2%,

Nb: no máximo 0,06% e

Ti: no máximo 0,05%, sendo que o equilíbrio é entre Fe e impurezas;

e produzido pelo método que compreende as etapas de:

aquecer um tarugo redondo que possui a composição química;

produzir uma lupa por laminação de perfuração do tarugo redondo aquecido;

produzir um tubo de aço sem costura por laminação de alongamento e dimensionamento da lupa;

resfriar com água o tubo de aço sem costura a uma taxa de resfriamento de pelo menos 10°C/seg e parar o resfriamento com água quando a temperatura do tubo de aço sem costura atinge no máximo 450°C;

temperar o tubo de aço sem costura resfriado com água; e submeter a revenimento o tubo de aço sem costura temperado.

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4. Tubo de aço sem costura para tubos de condução, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO por o tubo de aço sem costura ser aquecido de 900 a 1100°C, após ser dimensionado e antes de ser resfriado a água.