BR112013020444B1

BR112013020444B1 - Junta soldada de aço inoxidável dúplex

Info

Publication number: BR112013020444B1
Application number: BR112013020444-3A
Authority: BR
Inventors: Hiroyuki Nagayama; Masahiko Hamada; Daisuke Motoya; Hisashi Amaya; Kenta Yamada
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2022-09-20
Also published as: US20130316193A1; AU2012218659A1; CA2827103C; EP2676763A1; AU2012218659B2; CA2827103A1; JPWO2012111535A1; EP2676763B1; BR112013020444A2; US9579870B2; EP2676763A4; MX2013008352A; CN103370166A; CN103370166B; JP5013030B1; MX355893B; WO2012111535A1

Abstract

JUNTA SOLDADA DE AÇO INOXIDÁVEL DÚPLEX. Trata-se de uma junta soldada de aço inoxidável dúplex que pode suprimir a precipitação de uma fase o no momento de soldagem de entrada de calor alta e é excelente na resistência a SCC sob ambientes de cloreto de temperatura alta. Um metal da junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção contém, em porcentagem em massa, C: no máximo 0,030%, Si: 0,20 a 1,00%, Mn: no máximo 8,00%, P: no máximo 0,040%, S: no máximo 0,0100%, Cu: no máximo 2,00%, Ni: 7,00 a 12,00%, Cr: 20,0 a 30,0%, Mo: 1 a 4%, N: 0,100 a 0,350%, sol. AI: no máximo 0,040% e O: no máximo 0,035%, sendo que o saldo é de Fe e impurezas e o metal de solda satisfaz a Expressão (1) e a Expressão (3): 2,2Cr + 7Mo + 3Cu > 66 (1) Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) 100 (3) em que o teor (porcentagem em massa) de cada elemento em um dentre o metal de base e o metal de solda é substituído por uma simbolo de cada elemento na Expressão (1) e na Expressão (3).

Description

Campo da Técnica

[0001] A presente invenção refere-se a uma junta soldada de aço inoxidável dúplex e, mais particularmente, a uma junta soldada de aço inoxidável dúplex que inclui um metal de base e um metal de solda.

Antecedentes da Técnica

[0002] O óleo e gás natural produzidos a partir de campos de óleo e campos de gás contêm um gás associado. O gás associado contém um gás corrosivo tal como gás dióxido de carbono (CO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S). Os tubos de duto transportam o gás associado junto com o óleo e o gás natural. Por conseguinte, os tubos de duto sofrem dos problemas de fragilização por corrosão sob tensão (SCC), fragilização por tensão em presença de sulfeto (SSC), e corrosão em geral que causa uma diminuição na espessura de parede.

[0003] As velocidades de propagação de SCC e SSC são altas. Por conseguinte, SCC e SSC penetram através dos tubos de duto em um tempo curto a partir da ocorrência do mesmo. Ademais, SCC e SSC ocorrem localmente. Por conseguinte, exige-se que os materiais de aço para tubos de duto tenham uma resistência à corrosão excelente (uma resistência a SCC, uma resistência a SSC e uma resistência à corrosão em geral), e exige-se que tenham, particularmente, uma resistência a SCC e uma resistência a SSC.

[0004] Os documentos no WO 96/18751 e no JP 2003-171743 propõem, cada um, um aço inoxidável dúplex excelente em resistência à corrosão. O aço inoxidável dúplex de acordo com o documento no WO 96/18751 contém 1 a 3% de Cu. O documento no WO 96/18751 descreve que isso aumenta a resistência à corrosão do aço inoxidável dúplex sob ambientes de sulfeto e cloreto.

[0005] Um método de produção do aço inoxidável dúplex de acordo com o documento no JP 2003-171743A envolve ajustar de forma adequada os teores de Cr, Ni, Cu, Mo, N, e W e controlar a fração de área de uma fase de ferrita no aço inoxidável dúplex para 40 a 70%. O documento no JP 2003-171743A descreve que isso aumenta a força, tenacidade e resistência à corrosão por água do mar do aço inoxidável dúplex.

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

[0006] Infelizmente, no aço inoxidável dúplex revelado no documento no WO 96/18751, a resistência à corrosão de uma zona soldada diminui facilmente e a zona soldada se fragiliza facilmente durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico. De forma semelhante no aço inoxidável dúplex revelado no documento no JP 2003-171743A, a resistência à corrosão de uma zona soldada diminui facilmente e uma zona afetada por calor (ZAC) da zona soldada se fragiliza facilmente, durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico. Essa diminuição na resistência à corrosão da zona soldada e essa fragilização da zona soldada são causadas por uma fase sigma (fase o) precipitando na ZAC durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico. A fase o é um composto intermetálico.

[0007] No aço inoxidável dúplex revelado no documento no JP 2003-171743A, ademais, a resistência a SCC é baixa sob ambientes de cloreto de temperatura alta que contêm o gás associado e que têm uma faixa de temperatura de 120 a 200 °C.

[0008] Ademais, em uma junta soldada de aço inoxidável dúplex, exige-se que um metal de solda de uma zona soldada tenha uma resistência a SCC. Ademais, não é preferível que uma fase o precipite no metal de solda durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico.

[0009] A presente invenção tem um objetivo de fornecer uma junta soldada de aço inoxidável dúplex que inclui um metal de base e um metal de solda que pode suprimir a precipitação de uma fase o durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico e que sejam excelentes na resistência a SCC sob ambientes de cloreto de temperatura alta.

[0010] Uma junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção inclui: um metal de base; e um metal de solda. O metal de base contém, em porcentagem em massa, C: no máximo 0,030%, Si: 0,20 a 1,00%, Mn: no máximo 8,00%, P: no máximo 0,040%, S: no máximo 0,0100%, Cu: mais que 2,00% e no máximo 4,00%, Ni: 4,00 a 8,00%, Cr: 20,0 a 30,0%, Mo: 0,50 a 2,00%, N: 0,100 a 0,350%, e sol. Al: no máximo 0,040%, sendo que o saldo é de Fe e impurezas e o metal de base satisfaz a Expressão (1) e a Expressão (2). O metal de solda contém, com porcentagem em massa, C: no máximo 0,030%, Si: 0,20 a 1,00%, Mn: no máximo 8,00%, P: no máximo 0,040%, S: no máximo 0,010%, Cu: no máximo 2,00%, Ni: 7,00 a 12,00%, Cr: 20,0 a 30,0%, Mo: 1,00 a 4,00%, N: 0,100 a 0,350%, sol. Al: no máximo 0,040%, e O: no máximo 0,035%, sendo que o saldo é de Fe e impurezas, e o metal de solda satisfaz a Expressão (1) e a Expressão (3): 2,2Cr + 7Mo + 3Cu > 66 (1) Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 0 (2) Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 100 (3) em que um teor (porcentagem em massa) de cada elemento em um dentre o metal de base e o metal de solda é substituído por um símbolo de cada elemento na Expressão (1) à Expressão (3).

[0011] O metal de base e o metal de solda da junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção pode suprimir a precipitação de uma fase o durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico e são excelentes na resistência a SCC sob ambientes de cloreto de temperatura alta.

Breve Descrição dos Desenhos

[0012] A Figura 1 é um gráfico que mostra uma relação entre: o teor de Cr, o teor de Mo e o teor de Cu; e a resistência a SCC de um metal de base de uma junta soldada de aço inoxidável dúplex.

[0013] A Figura 2 é um gráfico que mostra uma relação entre: o teor de Cr, o teor de Mo e o teor de Cu; e a resistência a SCC de um metal de solda de uma junta soldada de aço inoxidável dúplex.

[0014] A Figura 3A é uma vista plana de um material de placa feito no Exemplo 1.

[0015] A Figura 3B é uma vista frontal do material de placa ilustrado na Figura 3A.

[0016] A Figura 4A é uma vista plana de uma junta soldada feita no Exemplo 1.

[0017] A Figura 4B é uma vista frontal da junta soldada ilustrada na Figura 4A.

[0018] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um espécime de flexão em quatro pontos coletado a partir da junta soldada ilustrada na Figura 4A e Figura 4B.

[0019] A Figura 6A é uma vista plana de um material de placa feito no Exemplo 2.

[0020] A Figura 6B é uma vista frontal do material de placa ilustrado na Figura 6A;

[0021] A Figura 7A é uma vista plana de uma junta soldada feita no Exemplo 2.

[0022] A Figura 7B é uma vista frontal da junta soldada ilustrada na Figura 7A.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0023] Doravante, uma modalidade da presente invenção é descrita em detalhes em referência aos desenhos. Doravante, "%" no teor de um elemento significa porcentagem em massa.

[0024] Os inventores da presente invenção executaram vários experimentos e estudos detalhados em um metal de base e um metal de solda de uma junta soldada de aço inoxidável dúplex para obter as seguintes conclusões.

Metal de base

[0025] (a) A fim de suprimir a precipitação de uma fase o durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico, é necessário reduzir o teor de Cr e o teor de Mo. Entretanto, molibdênio (Mo) fortalece um filme passivo que contém cromo (Cr) como seu ingrediente principal e aumenta a resistência a SCC de um aço inoxidável dúplex. Consequentemente, se o teor de Cr e o teor de Mo forem baixos sob ambientes de cloreto de temperatura alta que contêm gás dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio e que têm uma temperatura atmosférica de 120 °C a 200 °C, o metal de base da junta soldada de aço inoxidável dúplex pode não ser dotado de uma resistência a SCC excelente.

[0026] (b) Cu diminui a velocidade de corrosão de um material de aço sob ambientes de cloreto de temperatura alta. Consequentemente, se o teor de Cr e o teor de Mo forem suprimidos para serem baixos enquanto Cu estiver contido, o filme passivo pode ser fortalecido.

[0027] A Figura 1 é um gráfico que mostra a resistência a SCC de cada metal de base de uma junta soldada de aço inoxidável dúplex ao teor de Cr, o teor de Mo e o teor de Cu. A Figura 1 é obtida de acordo com um método de exame do Exemplo 1 a ser descrito posteriormente. A ordenada da Figura 1 representa um valor de “7Mo + 3Cu”. O valor de “7Mo + 3Cu” é obtido com base no teor de Mo e no teor de Cu do metal de base. Especificamente, o teor de Mo (porcentagem em massa) e o teor de Cu (porcentagem em massa) do metal de base correspondente são substituídos, respectivamente, por "Mo" e "Cu" em "7Mo + 3Cu". A abscissa da Figura 1 representa o teor de Cr (porcentagem em massa) do metal de base. As marcas “o” dentre uma pluralidade de marcas na Figura 1 representam que SCC não ocorreu no metal de base durante um teste de SCC descrito no Exemplo 1. As marcas “•” na mesma representam que SCC ocorreu. Um número dado à direta superior de cada marca corresponde a um número de metal de base na Tabela 1 no Exemplo 1 a ser descrito posteriormente. Isto é, cada marca representa um resultado do teste de SCC no metal de base que tem cada número de metal de base na Tabela 1.

[0028] Com referência à Figura 1, SCC não ocorreu nos metais de base com as marcas localizadas acima de uma linha reta P0 definida por 7Mo + 3Cu = -2,2Cr + 66. Em comparação, SCC ocorreu nos metais de base com as marcas localizadas abaixo da linha reta P0.

[0029] A partir do resultado descrito acima, se o metal de base da junta soldada de aço inoxidável dúplex satisfizer a Expressão (1), o filme passivo é fortalecido e a resistência a SCC é aprimorada: 2,2Cr + 7Mo + 3Cu > 66 (1) em que um teor (porcentagem em massa) de cada elemento no aço é substituído pelo símbolo de cada elemento na Expressão (1).

[0030] (c) No caso em que o teor de Cu é igual ou menor do que 2,00%, uma resistência à corrosão suficiente (uma resistência a SCC, uma resistência a SSC e uma resistência à corrosão em geral) não pode ser obtida. Consequentemente, o teor de Cu precisa ser maior do que 2,00%.

[0031] (d) Quando o metal de base é soldado, uma zona afetada por calor (ZAC) do mesmo é aquecida em um tempo curto e então é resfriada. A fase o precipita com mais facilidade nessa ZAC. A fim de suprimir a precipitação da fase o, é preferível suprimir a nucleação e crescimento nuclear da fase o.

[0032] (e) À medida que o teor de Ni aumenta, a força de acionamento da nucleação da fase o aumenta. Consequentemente, a fim de suprimir a nucleação da fase o, Ni não deveria estar contido. Entretanto, se Ni não estiver contido, a tenacidade do metal de base e a resistência à corrosão (que inclui a resistência a SCC) do mesmo diminui. Consequentemente, a fim de suprimir a diminuição na tenacidade e na resistência à corrosão do metal de base enquanto que suprime a precipitação da fase o, é preferível ajustar o teor de Ni de acordo com o teor de Cu e o teor de N. Especificamente, se o metal de base satisfizer a Expressão (2), a diminuição na tenacidade e na resistência à corrosão do metal de base é suprimida, enquanto a precipitação da fase o é suprimida:Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 0 (2) em que um teor (porcentagem em massa) de cada elemento no aço é substituído pelo símbolo de cada elemento na Expressão (2).

[0033] "Cr + 11Mo + 10Ni" na Expressão (2) representa a magnitude da força de acionamento de precipitação da fase o. No aço inoxidável dúplex, Cr, Mo e Ni aumentam a força de acionamento da nucleação da precipitação de fase o. A razão de contribuição do teor de Mo para a força de acionamento de precipitação da fase o é 11 vezes maior do que a do teor de Cr. A razão de contribuição do teor de Ni para a força de acionamento de precipitação da fase o é 10 vezes maior do que a do teor de Cr.

[0034] Enquanto isso, "12(Cu + 30N)" na Expressão (2) representa a magnitude da força de inibição de precipitação da fase o. A razão de contribuição do teor de Cu para a força de inibição de precipitação da fase o corresponde a 12 vezes a razão de contribuição do teor de Cr para a força de acionamento de precipitação da fase o. A razão de contribuição do teor de N para a força de inibição de precipitação da fase o corresponde a 30 vezes a razão de contribuição do teor de Cr Cu.

[0035] A razão pela qual Cu e N suprimem a precipitação de fase o é estimada conforme a seguir. Um plano limiar entre ferrita e austenita (doravante, denominado plano limiar de ferrita/austenita) é um sítio de nucleação da fase o. Quando um átomo de Cu ou um átomo de N é colocado nas proximidades de um átomo de Ni colocado em um reticulado cristalino, uma diminuição na energia interfacial no plano limiar de ferrita/austenita é suprimida. Se a diminuição na energia interfacial for suprimida, a quantidade de diminuição em energia livre no momento da precipitação de fase o se torna menor. Por conseguinte, a força de acionamento da nucleação da fase o se torna menor.

[0036] Ademais, Cu precipita de forma extremamente fina como uma fase concentrada de Cu em uma matriz. O Cu precipitado é disperso na matriz. O Cu precipitado pode ser um sítio de nucleação da fase o. A quantidade grande de Cu dispersa e precipitada na matriz compete com o plano limiar de ferrita/austenita que é o sítio de nucleação original da fase o. O crescimento nuclear da fase o no plano limiar de ferrita/austenita é mais rápido que o crescimento nuclear da fase o sobre o Cu disperso e precipitado. Consequentemente, o crescimento nuclear da fase o sobre o plano limiar de ferrita/austenita é atrasado pelo Cu disperso e precipitado, de modo que a precipitação da fase o seja suprimida.

[0037] (f) se o teor de Ni satisfizer a Expressão (2), um átomo de Cu e um átomo de N são colocados com facilidade nas proximidades de um átomo de Ni colocado em um reticulado cristalino. Por conseguinte, a nucleação da fase o é suprimida.

Metal de solda

[0038] (g) De forma semelhante ao metal de base, se o metal de solda satisfizer a Expressão (1), uma resistência a SCC excelente pode ser obtida. A Figura 2 é um gráfico que mostra a relação entre um valor de “7Mo(%) + 3Cu(%)” e um valor de “Cr(%)” no metal de solda. A Figura 2 é obtida de acordo com um método de exame do Exemplo 2 a ser descrito posteriormente. As marcas “o” na Figura 2 representam que SCC não ocorreu no metal de solda durante um teste de SCC no Exemplo 2. As marcas “•” no mesmo representam que SCC ocorreu. Um número dado à direta superior de cada marca corresponde a um número de junta na Tabela 3 no Exemplo 2.

[0039] Em referência à Figura 2, SCC não ocorreu de forma semelhante nos metais de solda com as marcas localizadas acima da linha reta P0 definida por 7Mo + 3Cu = -2,2Cr + 66. Em comparação, SCC ocorreu nos metais de solda com as marcas localizadas abaixo da linha reta P0. A partir do resultado descrito acima, se o metal de solda satisfizer a Expressão (1), o filme passivo do metal de solda é fortalecido de modo que a resistência a SCC seja aprimorada:

[0040] (h) A suscetibilidade de precipitação de fase o do metal de solda é menor do que aquela do metal de base (ZAC). Em outras palavras, a fase o precipita com menos facilidade no metal de solda do que no metal de base. A razão da mesma é estimada conforme a seguir. O tratamento de solução é realizado sobre o metal de base antes da soldagem. Cr, Ni, e Mo no aço são difundidos suficientemente pelo tratamento de solução. Por conseguinte, o metal de base está no estado em que a difusão de elemento para a nucleação da fase o avança. Consequentemente, se o calor for adicionado ao metal de base por soldagem de entrada de calor alta, a difusão de elemento no aço avança ainda mais e a fase o precipita com mais facilidade. Enquanto isso, o metal de solda funde e solidifica uma vez durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico. Uma influência do tratamento de calor precedente sobre o metal de solda é eliminada pela fusão. Por conseguinte, a suscetibilidade de precipitação de fase o do metal de solda é menor do que aquela do metal de base. A partir de cima, se o metal de solda satisfizer a seguinte Expressão (3) em vez da Expressão (2), a ocorrência da fase o durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico pode ser suprimida. Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 100 (3) em que o teor (porcentagem em massa) de cada elemento no aço é substituído pelo símbolo de cada elemento na Expressão (3).

[0041] (i) No caso em que o metal de solda é formado com o uso de um metal de composição semelhante ao metal de base da presente invenção, o teor de Cu é excessivamente alto e, por conseguinte, a fragilização por temperatura alta ocorre com mais facilidade. Consequentemente, o teor de Cu do metal de solda da presente invenção é definido para ser menor do que aquele do metal de base.

[0042] (j) No caso em que o metal de solda é formado com o uso de um metal de composição semelhante ao metal de base da presente invenção, é difícil ajustar a razão de fase de ferrita e austenita (doravante, simplesmente denominado "razão de fase") no metal de solda. Devido ao fato de que o metal de solda tem uma estrutura fundida e solidificada, tratamento de calor tal como tratamento de solução não pode ser realizado sobre mesmo. Por conseguinte, o ajuste de razão de fase do metal de solda é mais difícil do que do metal de base. Consequentemente, o teor de Ni cuja razão de fase pode ser controlada de forma apropriada é definido para ser maior no metal de solda do que no metal de base.

[0043] Com base nas conclusões acima, a junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção é completada. Doravante, a junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção é descrita.

[0044] A junta soldada de aço inoxidável dúplex inclui um metal de base e um metal de solda. A junta soldada de aço inoxidável dúplex é formada por soldagem, por exemplo, uma extremidade de um tubo de aço (ou uma placa de aço) a uma extremidade de outro tubo de aço (ou outra placa de aço). Os tubos de aço podem ser tubos de aço sem emenda e podem ser tubos de aço soldados. Doravante, o metal de base e o metal de solda são descritos em detalhes.

Metal de base

[0045] O metal de base da junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção tem a seguinte composição química.

C: 0,030% ou menos

[0046] O Carbono (C) estabiliza a austenita. Enquanto isso, se C estiver contido em excesso, carbonetos precipitam com mais facilidade e a resistência à corrosão diminui. Consequentemente, o teor de C é igual ou menor do que 0,030%. O limite superior do teor de C é, de preferência, 0,025% e com mais preferência 0,020%.

Si: 0,20 a 1,00%

[0047] O silício (Si) suprime a diminuição na fluidez de metal fundido no momento de soldagem e suprime a ocorrência de um defeito de solda. Enquanto isso, se Si estiver contido em excesso, um composto intermetálico tipificado pela fase o é produzido com mais facilidade. Consequentemente, o teor de Si é de 0,20 a 1,00%. O limite superior do teor de Si é, de preferência, 0,80% e com mais preferência 0,60%. O limite inferior do teor de Si é, de preferência, 0,25% e com mais preferência 0,30%.

Mn: 8,00% ou menos

[0048] O manganês (Mn) é um elemento essencial. O Mn dessulfuriza e desoxida o aço e aumenta a trabalhabilidade a quente do aço. Ademais, o Mn aumenta a solubilidade de nitrogênio (N). Enquanto isso, se Mn estiver contido em excesso, a resistência à corrosão diminui. Consequentemente, o teor de Mn é igual ou menor do que 8,00%. O limite superior do teor de Mn é, de preferência, 7,50% e com mais preferência 5,00%. O limite inferior do teor de Mn é, de preferência, 0,03% e com mais preferência 0,05%.

P: 0,040% ou menos

[0049] O fósforo (P) é uma impureza. O P diminui a resistência à corrosão e tenacidade do aço. Consequentemente, é preferível que o teor de P seja baixo. O teor de P é igual ou menor do que 0,040%. O teor de P é, de preferência, igual ou menor do que 0,030% e com mais preferência igual ou menor do que 0,025%.

S: 0,0100% ou menos

[0050] O enxofre (S) é uma impureza. O S diminui a trabalhabilidade a quente do aço. Ademais, o S forma sulfetos. Os sulfetos se tornam origens de ocorrência de microfissuração e, portanto diminui a resistência à microfissuração do aço. Consequentemente, é preferível que o teor de S seja baixo. O teor de S é igual ou menor do que 0,0100%. O teor de S é, de preferência, igual ou menor do que 0,0050% e com mais preferência igual ou menor do que 0,0020%.

Cu: mais que 2,00% e igual ou menor do que 4,00%

[0051] O cobre (Cu) fortalece um filme passivo e aumenta a resistência à corrosão que inclui a resistência a SCC sob ambientes de cloreto de temperatura alta. Ademais, o Cu precipita de forma extremamente fina no metal de base durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico e suprime a precipitação da fase o no limiar de fase de ferrita/austenita. Enquanto isso, se Cu estiver contido em excesso, a trabalhabilidade a quente do aço diminui. Consequentemente, o teor de Cu é maior do que 2,00% e igual ou menor do que 4,00%.

Ni: 4,00 a 8,00%

[0052] O Níquel (Ni) estabiliza a austenita. Ademais, o Ni aumenta a tenacidade do aço e aumenta a resistência à corrosão que inclui a resistência a SCC do aço. Enquanto isso, se Ni estiver contido em excesso, um composto intermetálico tipificado pela fase o é produzido com mais facilidade. Consequentemente, o teor de Ni é de 4,00 a 8,00%. O limite inferior do teor de Ni é, de preferência, 4,50% e com mais preferência 5,00%.

Cr: 20,0 a 30,0%

[0053] O cromo (Cr) aumenta a resistência à corrosão do aço e aumenta particularmente a resistência a SCC do aço sob ambientes de cloreto de temperatura alta. Enquanto isso, se Cr estiver contido em excesso, um composto intermetálico tipificado pela fase o é produzido. Por conseguinte, a soldabilidade do aço diminui e a trabalhabilidade a quente do mesmo diminui. Consequentemente, o teor de Cr é de 20,0 a 30,0%. O limite inferior do teor de Cr é, de preferência, 21,0% e com mais preferência 22,0%. O limite superior do teor de Cr é, de preferência, 29,0% e com mais preferência 28,0%.

Mo: 0,50 a 2,00%

[0054] O Molibdênio (Mo) aumenta a resistência a SCC do aço. Enquanto isso, se Mo estiver contido em excesso, um composto intermetálico tipificado pela fase o é produzido. Por conseguinte, a soldabilidade do aço diminui e a trabalhabilidade a quente do mesmo diminui. Consequentemente, o teor de Mo é de 0,50 a 2,00%. O limite inferior do teor de Mo é, de preferência, 0,60%.

N: 0,100 a 0,350%

[0055] O nitrogênio (N) é um elemento formador de austenita forte e aumenta a estabilidade térmica e a resistência à corrosão do aço. O metal de base da junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção contém Cr e Mo, os quais são elementos formadores de ferrita. Se o saldo da quantidade de ferrita e da quantidade de austenita no metal de base for levada em consideração, o teor de N será igual ou maior do que 0,100%. Enquanto isso, se N estiver contido em excesso, as bolhas de gás que são defeitos de solda ocorrem. Se N estiver contido em excesso, ademais, os nitretos são produzidos com mais facilidade no momento de soldagem e a tenacidade e a resistência à corrosão do aço diminuem. Consequentemente, o teor de N é de 0,100 a 0,350%. O limite inferior do teor de N é, de preferência, 0,130% e com mais preferência 0,160%.

Sol. Al: 0,040% ou menos

[0056] O alumínio (Al) é um elemento essencial. O Al desoxida o aço. Enquanto isso, se Al estiver contido em excesso, nitreto de alumínio (AlN) é formado e a tenacidade e a resistência à corrosão do aço diminuem. Consequentemente, o teor de Al é igual ou menor do que 0,040%. O teor de Al no presente documento significa o teor de Al solúvel em ácido (sol. Al).

[0057] O limite superior do teor de Al é, de preferência, 0,035% e com mais preferência 0,030%. O limite inferior do teor de Al é, de preferência, 0,003% e com mais preferência 0,005%.

[0058] O saldo do metal de base consiste em Fe e impurezas. As impurezas neste contexto significam elementos misturados por minérios e restos usados como matérias-primas para o aço ou vários fatores em um processo de produção. Observe que tungstênio (W) é uma impureza no metal de base de acordo com a presente invenção. O W promove a produção da fase o. Ademais, o W produz carbonetos. A fase o e os carbonetos de W diminuem a tenacidade do aço. Por conseguinte, W é uma impureza no metal de base de acordo com a presente invenção. Especificamente, o teor de W é igual ou menor do que 0,1%.

Em relação à Expressão (1) e à Expressão (2)

[0059] Ademais, o metal de base satisfaz a Expressão (1) e a Expressão (2): 2,2Cr + 7Mo + 3Cu > 66 (1) Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 0 (2) em que o teor (porcentagem em massa) de cada elemento no aço é substituído pelo símbolo de cada elemento na Expressão (1) e na Expressão (2).

Em relação à Expressão (1)

[0060] No metal de base, o teor de Cr e o teor de Mo são restritos a fim de suprimir a precipitação da fase o. Consequentemente, é preferível que uma quantidade adequada de Cu esteja contida, a fim de fortalecer um filme empera.

[0061] É definido que F1 = 2,2Cr + 7Mo + 3Cu. No caso em que F1 é igual ou menor do que 66, a resistência a SCC é baixa sob ambientes de cloreto de emperature alta. Se F1 for maior do que 66, uma resistência a SCC suficientemente excelente pode ser obtida mesmo sob ambientes de cloreto de emperature alta.

Em relação à Expressão (2)

[0062] Conforme descrito acima, "Cr + 11Mo + 10Ni" na Expressão (2) representa a magnitude da força de acionamento de precipitação da fase o. "12(Cu + 30N)" na mesma representa a magnitude da força de inibição de precipitação da fase o.

[0063] É definido que F2 = Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N). No caso em que F2 é menor do que 0, isto é, no caso em que a Expressão (2) é satisfeita, a força de inibição de precipitação da fase o é maior do que a força de acionamento de precipitação da fase o. Por conseguinte, é possível suprimir suficientemente a fase o de precipitar no limiar de fase de ferrita/austenita durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico.

[0064] O metal de base pode conter, em vez de Fe, um ou mais tipos de elementos selecionados a partir de pelo menos um grupo do seguinte primeiro grupo ao terceiro grupo. Isto é, os elementos no primeiro grupo ao terceiro grupo são elementos seletivos que podem estar contidos conforme necessário. Primeiro grupo: V: 1,50% ou menos Segundo grupo: Ca: 0,0200% ou menos, Mg: 0,0200% ou menos, e B: 0,0200% ou menos Terceiro grupo: metal de terras-raras (MTR): 0,2000% ou menos Doravante, esses elementos seletivos são descritos em detalhes. [Primeiro grupo] V: 1,50% ou menos

[0065] O vanádio (V) é um elemento seletivo. O V aumenta a resistência à corrosão do aço e aumenta particularmente a resistência à corrosão sob ambientes ácidos. Mais especificamente, se V estiver contido junto com Mo e Cu, a resistência à corrosão galvânica do aço aumenta. Enquanto isso, se V estiver contido em excesso, a quantidade de ferrita no aço aumenta excessivamente e a resistência à corrosão do aço diminui. Consequentemente, o teor de V é igual ou menor do que 1,50% e o limite superior do teor de V é, de preferência, 1,30%. Se o teor de V for igual ou maior do que 0,05%, o efeito mencionado acima pode ser obtido de forma notável. Entretanto, mesmo se o teor de V for menor do que 0,05%, o efeito mencionado acima pode ser obtido até certo ponto. [Segundo grupo] Ca: 0,0200% ou menos Mg: 0,0200% ou menos B: 0,0200% ou menos

[0066] Cálcio (Ca), magnésio (Mg) e boro (B) são elementos seletivos. Ca, Mg e B imobilizam S e O (oxigênio) no aço e aumentam a trabalhabilidade a quente do aço. O teor de S do metal de base é baixo. Consequentemente, mesmo se Ca, Mg e B não estiverem contidos, a trabalhabilidade a quente do aço é alta. Entretanto, por exemplo, no caso em que um tubo de aço sem emenda é produzido de acordo com um método de rolos oblíquos, uma trabalhabilidade a quente superior pode ser requerida. Se um ou mais tipos selecionados a partir do grupo que consiste em Ca, Mg e B estiverem contidos, uma trabalhabilidade a quente superior pode ser obtida.

[0067] Enquanto isso, se um ou mais tipos de Ca, Mg e V estiverem contidos excessivamente, as inclusões não metálicas (tal como óxidos e sulfetos de Ca, Mg e B) aumentam. As inclusões não metálicas se tornam origens de microfissuração e, portanto, diminuem a resistência à corrosão do aço. Consequentemente, o teor de Ca é igual ou menor do que 0,0200%, o teor de Mg é igual ou menor do que 0,0200% e o teor de B é igual ou menor do que 0,0200%.

[0068] A fim de obter de forma notável o efeito mencionado acima, é preferível que o teor de pelo menos um tipo dentre Ca, Mg e B ou o teor total de dois ou mais tipos dos mesmos seja igual ou maior do que S (porcentagem em massa) + 1 / 2 x O (porcentagem em massa). Entretanto, se um ou mais tipos dentre Ca, Mg e B estiverem contidos mesmo que pouco, o efeito mencionado acima pode ser obtido até certo ponto.

[0069] No caso em que dois tipos de Ca, Mg e B estão contidos, o teor total desses elementos é igual ou menor do que 0,04%. No caso em que todos dentre Ca, Mg e B estão contidos, o teor total desses elementos é igual ou menor do que 0,06%. Terceiro grupo Metal de terras-raras (MTR): 0,2000% ou menos

[0070] O metal de terras-raras (MTR) é um elemento seletivo. De forma semelhante a Ca, Mg e B, o MTR imobiliza S e O (oxigênio) no aço e aumenta a trabalhabilidade a quente do aço. Enquanto isso, se MTR estiver contido em excesso, as inclusões não metálicas (tal como óxidos e sulfetos de metal de terras-raras) aumentam e a resistência à corrosão do aço diminui. Consequentemente, o teor de MTR é igual ou menor do que 0,2000%. A fim de obter de forma notável o efeito mencionado acima, é preferível que o teor de MTR seja igual ou maior do que S (porcentagem em massa) + 1 / 2 x O (porcentagem em massa). Entretanto, se MTR estiver contido mesmo que um pouco, o efeito mencionado acima pode ser obtido até certo ponto.

[0071] MTR é um termo coletivo que inclui 15 elementos dentre lantanídeo, Y e Sc. Um ou mais tipos desses elementos estão contidos. O teor de MTR significa o teor total de um ou mais tipos desses elementos.

Metal de solda

[0072] O metal de solda da junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção tem a seguinte composição química.

C: 0,030% ou menos

[0073] O carbono (C) estabiliza a austenita no metal de solda. Enquanto isso, se C estiver contido em excesso, os carbonetos precipitam com mais facilidade e a resistência à corrosão diminui. Consequentemente, o teor de C é igual ou menor do que 0,030%. O limite superior do teor de C é, de preferência, 0,025% e com mais preferência 0,020%.

Si: 0,20 a 1,00%

[0074] O silício (Si) desoxida o metal fundido no momento de soldagem. Ademais, o Si aumenta a força do metal de solda. Enquanto isso, se Si estiver contido em excesso, a tenacidade do metal de solda diminui. Consequentemente, o teor de Si é de 0,20 a 1,00%. O limite superior do teor de Si é, de preferência, 0,80% e com mais preferência 0,60%. O limite inferior do teor de Si é, de preferência, 0,25% e com mais preferência 0,30%.

Mn: 8,00% ou menos

[0075] O manganês (Mn) é um elemento essencial. O Mn desoxida o metal fundido no momento de soldagem. Ademais, o Mn aumenta a força do metal de solda. Enquanto isso, se Mn estiver contido em excesso, a resistência à corrosão do metal de solda diminui. Consequentemente, o teor de Mn é igual ou menor do que 8,00%. O limite superior do teor de Mn é, de preferência, 7,00% e com mais preferência 6,00%. O limite inferior do teor de Mn é, de preferência, 0,25% e com mais preferência 0,50%.

P: 0,040% ou menos

[0076] O fósforo (P) é uma impureza. O P diminui a tenacidade do metal de solda e aumenta a suscetibilidade de fragilização por temperatura alta do metal de solda. Consequentemente, é preferível que o teor de P seja baixo. O teor de P é igual ou menor do que 0,040%. O teor de P é, de preferência, igual ou menor do que 0,030% e com mais preferência igual ou menor do que 0,020%.

S: 0,010% ou menos

[0077] O enxofre (S) é uma impureza. O S diminui a ductilidade e resistência à corrosão do metal de solda e aumenta a suscetibilidade de fragilização por temperatura alta do metal de solda. Consequentemente, é preferível que o teor de S seja baixo. O teor de S é igual ou menor do que 0,010%. O teor de S é, de preferência, igual ou menor do que 0,005% e com mais preferência igual ou menor do que 0,002%.

Cu: 2,00% ou menos

[0078] O cobre (Cu) é um elemento essencial. Cu fortalece um filme passivo e aumenta a resistência à corrosão que inclui a resistência a SCC, sob ambientes de cloreto de temperatura alta. Enquanto isso, se Cu estiver contido em excesso, a suscetibilidade de fragilização por temperatura alta do metal de solda aumenta. Consequentemente, o teor de Cu é igual ou menor do que 2,00%. O teor de Cu é, de preferência, menor do que 2,00%. O limite superior do teor de Cu é, de preferência, 1,00% e com mais preferência 0,80%. O limite inferior do teor de Cu é, de preferência, 0,10% e com mais preferência 0,15%.

Ni: 7,00 a 12,00%

[0079] O níquel (Ni) estabiliza a austenita no metal de solda e aumenta a tenacidade do metal de solda. Enquanto isso, se Ni estiver contido em excesso, a quantidade de ferrita no metal de solda diminui excessivamente e as propriedades mecânicas básicas do aço inoxidável dúplex se tornam mais difícil de obter. Se Ni estiver contido em excesso, ademais, a fase o precipita com mais facilidade. Consequentemente, o teor de Ni é de 7,00 a 12,00%. O limite superior do teor de Ni é, de preferência, 11,00% e com mais preferência 10,00%. O limite inferior do teor de Ni é, de preferência, 8,00% e com mais preferência maior do que 8,00%.

Cr: 20,0 a 30,0%

[0080] O cromo (Cr) aumenta a resistência à corrosão do metal de solda, e aumenta particularmente a resistência a SCC do metal de solda sob ambientes de cloreto de temperatura alta. Enquanto isso, se Cr estiver contido em excesso, a fase o precipita com mais facilidade. Consequentemente, o teor de Cr é de 20,0 a 30,0%. O limite superior do teor de Cr é, de preferência, 29,0% e com mais preferência 28,0%. O limite inferior do teor de Cr é, de preferência, 21,0%.

Mo: 1,00 a 4,00%

[0081] O molibdênio (Mo) aumenta a resistência a SCC do metal de solda sob ambientes de cloreto de temperatura alta. Enquanto isso, se Mo estiver contido em excesso, a fase o precipita com mais facilidade no metal de solda. Consequentemente, o teor de Mo é de 1,00 a 4,00%. O limite superior do teor de Mo é, de preferência, 3,50% e com mais preferência 3,00%. O limite inferior do teor de Mo é, de preferência, 1,50% e com mais preferência 2,00%.

N: 0,100 a 0,350%

[0082] O nitrogênio (N) é um elemento formador de austenita forte e aumenta a resistência à corrosão do metal de solda. Enquanto isso, se N estiver contido em excesso, as bolhas de gás que são defeitos de solda ocorrem. Consequentemente, o teor de N é de 0,100 a 0,350%. O limite superior do teor de N é, de preferência, 0,300% e com mais preferência 0,250%.

Sol. Al: 0,040% ou menos

[0083] O alumínio (Al) é um elemento essencial. O Al desoxida o metal fundido no momento de soldagem. Enquanto isso, se Al estiver contido em excesso, o Al forma inclusões de óxido grosseiras e diminui a tenacidade do metal de solda. Consequentemente, o teor de Al é igual ou menor do que 0,040%. O teor de Al no presente documento significa o teor de Al solúvel em ácido (sol. Al).

[0084] O limite superior do teor de Al é, de preferência, 0,035% e com mais preferência 0,030%. O limite inferior do teor de Al é, de preferência, 0,003%.O (oxigênio): 0,035% ou menos

[0085] O oxigênio (O) é uma impureza. O forma inclusões de óxido e diminui a tenacidade do metal de solda. Consequentemente, é preferível que o teor de O seja tão baixo quanto possível. O teor de O é igual ou menor do que 0,035%. O limite superior do teor de O é, de preferência, 0,030% e com mais preferência 0,025%.

[0086] O saldo do metal de solda de acordo com a presente invenção consiste em Fe e impurezas. As impurezas neste contexto significam minérios e restos usados como matérias-primas para o aço ou elementos misturados por vários fatores em um processo de produção.

[0087] Ademais, o metal de solda de acordo com a presente invenção satisfaz a Expressão (1) e a Expressão (3): 2,2Cr + 7Mo + 3Cu > 66 (1) Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 100 (3) em que o teor (porcentagem em massa) de cada elemento no aço é substituído pelo símbolo de cada elemento na Expressão (1) e na Expressão (3).

Em relação à Expressão (1)

[0088] Se F1 (= 2,2Cr + 7Mo + 3Cu) for maior do que 66, uma resistência a SCC suficientemente excelente pode ser obtida mesmo sob ambientes de cloreto de temperatura alta, pela mesma razão que aquela do metal de base.

Em relação à Expressão (3)

[0089] Conforme descrito acima, a suscetibilidade de precipitação de fase o do metal de solda é menor do que aquela do metal de base. O tratamento de solução é realizado sobre o metal de base antes da soldagem. Cr, Ni, e Mo no aço são difundidos suficientemente pelo tratamento de solução. Por conseguinte, o metal de base está no estado em que a difusão de elemento para a nucleação da fase o avança. Consequentemente, se o calor for adicionado ao metal de base por soldagem de entrada de calor alta, a difusão de elemento no aço avança ainda mais e a fase o precipita com mais facilidade. Enquanto isso, o metal de solda funde e solidifica uma vez durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico. Uma influência do tratamento de calor precedente sobre o metal de solda é eliminada pela fusão. Por conseguinte, a suscetibilidade de precipitação de fase o do metal de solda é menor do que aquela do metal de base.

[0090] Se F2 (= Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N)) for menor do que 100, a força de inibição de precipitação da fase o no metal fundido será maior do que a força de acionamento de precipitação da fase o no mesmo. Por conseguinte, é possível suprimir suficientemente a fase o de precipitar no metal fundido durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico.

[0091] O metal de solda pode conter adicionalmente W, em vez de Fe. Isto é, W é um elemento seletivo.

W: 4,00% ou menos

[0092] O tungstênio (W) é um elemento seletivo. O W aumenta a resistência à corrosão do metal de solda e aumenta particularmente a resistência à corrosão sob ambientes ácidos. Mais especificamente, o W aumenta a resistência à microfissuração do metal de solda. Enquanto isso, se W estiver contido em excesso, um efeito de aprimoramento da resistência à corrosão é saturado. Se W estiver contido em excesso, ademais, o ajuste da força do metal de solda se torna difícil. Consequentemente, o teor de W é igual ou menor do que 4,00%. Se o teor de W for igual ou maior do que 1,00%, o efeito mencionado acima pode ser obtido de forma notável. Entretanto, mesmo se o teor de V for menor do que 1,00%, o efeito mencionado acima pode ser obtido até certo ponto. O limite superior do teor de W é, de preferência, 3,00% e com mais preferência 2,00%.

Método de Produção

[0093] O aço inoxidável dúplex (metal de base) que tem a composição química mencionada acima é fundido. O aço inoxidável dúplex pode ser fundido com o uso de uma fornalha elétrica e pode ser fundida com o uso de uma fornalha de descarburização de insuflação pelo fundo de mistura gasosa de Ar-O2 (fornalha de AOD). Alternativamente, o aço inoxidável dúplex pode ser fundido com o uso de uma fornalha de descarburização a vácuo (fornalha de VOD). O aço inoxidável dúplex fundido pode ser formado em um lingote de acordo com um processo de produção de lingote e pode ser formado em uma peça de molde (uma chapa, um bloco, ou um tarugo redondo) de acordo com um processo de fundição contínua.

[0094] O metal de base é produzido com o uso do lingote produzido ou peça de molde. O exemplos do metal de base incluem uma placa de aço e um tubo de aço sem emenda.

[0095] A placa de aço é produzida de acordo com, por exemplo, o seguinte método. O trabalho a quente é realizado sobre o lingote produzido ou chapa, por meio da qual a placa de aço é produzida. Exemplos do trabalho a quente incluem forjamento a quente e laminação a quente.

[0096] O tubo de aço é produzido de acordo com, por exemplo, o seguinte método. O trabalho a quente é realizado sobre o lingote produzido, chapa ou bloco, por meio da qual um tarugo redondo é produzido. O trabalho a quente é realizado sobre o tarugo redondo produzido, por meio do qual um tubo de aço inoxidável dúplex é produzido. Exemplos do trabalho a quente incluem laminação por perfuração de acordo com um processo de Mannesmann. A extrusão a quente pode ser realizada como o trabalho a quente e forjamento a quente pode ser realizado conforme o mesmo.

[0097] O tratamento de solução é realizado sobre o metal de base produzido. Especificamente, o metal de base é alojado em uma fornalha de tratamento de calor e é embebido em uma temperatura de tratamento de solução bem conhecida (900 a 1.200 °C). Após o embebimento, o metal de base é resfriado rapidamente através de resfriamento por água ou similares.

[0098] O metal de base permanece em um estado de solução (assim chamado material tratado por solução). Isto é, após o tratamento de solução, o metal de base é usado sem realizado sobre o mesmo outro tratamento de calor e outro trabalho a frio (extração a frio e laminação de Pilger) além de endireitamento a frio.

[0099] Um material de solda para o metal de solda é fundido da mesma forma que aquele do metal de base descrito acima. O material de solda fundido é moldado para ser formado em um lingote. O trabalho a quente é realizado sobre o lingote, por meio do qual o material de solda é produzido. O material de solda pode estar no formato de uma haste e pode estar no formato de um bloco pequeno.

[0100] O metal de base é soldado com o uso do material de solda de acordo com um método de soldagem bem conhecido, por meio do qual uma junta soldada de aço inoxidável dúplex é produzida. Os exemplos do método de soldagem incluem soldagem de gás inerte de tungstênio, soldagem de gás inerte de metal, soldagem de gás ativo de metal e soldagem em arco submerso. No momento da soldagem, o material de solda e parte do metal de base fundem e solidificam, por meio do qual o metal de solda é formado.

[0101] No caso em que a junta soldada de aço inoxidável dúplex é um tubo de aço soldado, por exemplo, trabalho de flexão é realizado sobre o metal de base conformado em placa mencionado acima, formado através disso em um tubo aberto. Ambas as faces de extremidade na direção longitudinal do tubo aberto são soldadas de acordo com um método de soldagem bem conhecido, por meio do qual o tubo de aço soldado é produzido.

Exemplo 1

[0102] Os aços inoxidáveis dúplex (correspondentes ao metal de base da presente invenção) que têm várias composições químicas foram fundidos. Uma pluralidade de placas de aço inoxidável dúplex foi produzida com o uso dos aços inoxidáveis dúplex fundidos de acordo com várias condições de produção. As juntas soldadas foram produzidas com o uso das placas de aço e as características (a resistência a SCC e se a fase o precipita ou não durante o processo de soldagem sob elevado aporte térmico) das ZACs dos metais de base foram examinadas.

Método de Exame

[0103] Os aços inoxidáveis dúplex que têm composições químicas com números de metal de base 1 a 27 mostrados na Tabela 1 foram fundidos com o uso de uma fornalha a vácuo que tem uma capacidade de 150 kg. Tabela 1

[0104] Os teores (porcentagem em massas) dos elementos correspondentes no aço com cada número de metal de base são mostrados na seção de composição química na Tabela 1. O saldo (componentes diferentes dos elementos mostrados na Tabela 1) na composição química com cada número de metal de base consiste em Fe e impurezas. "-" na Tabela 1 representa que o teor do elemento correspondente está em um nível de impureza. Os elementos seletivos contidos no aço correspondente são mostrados na seção "Outros" na Tabela 1. Por exemplo, "0,06V-0,0015Ca" na seção “Outros” correspondente ao número de metal de base 5 representa que o teor de V é de 0,06% e que o teor de Ca é de 0,0015%.

[0105] Os aços inoxidáveis dúplex fundidos foram moldados, por meio do qual lingotes foram produzidos. Os lingotes produzidos foram, cada um, aquecidos para 1.250 °C. O forjamento a quente foi realizado sobre os lingotes aquecidos, por meio dos quais materiais de placa, cada um tendo uma espessura de 40 mm, foram produzidos. Os materiais de placa produzidos foram aquecidos novamente para 1.250 °C. A laminação a quente foi realizada sobre os materiais de placa aquecidos, por meio dos quais placas de aço, cada uma tendo uma espessura de 15 mm, foram produzidas. A temperatura de superfície de cada material de aço no momento da laminação era de 1.050 °C. O tratamento de solução foi realizado sobre as placas de aço produzidas. A temperatura de tratamento de solução era de 1.070 °C e o tempo de embebimento foi de 30 minutos. Após o embebimento, as placas de aço foram resfriadas por água para atingir uma temperatura normal (25 °C), por meio da qual placas de aço sob teste com números de metal de base 1 a 27 foram produzidas.

Produção de Espécimes

[0106] Dois materiais de placa (metais de base) 10 ilustrados na Figura 3A e Figura 3B foram produzidos a partir de cada placa de aço sob teste. A Figura 3A é uma vista plana do material de placa 10 e a Figura 3B é uma vista frontal do mesmo. Na Figura 3A e Figura 3B, valores numéricos com "mm" representam dimensões (a unidade é milímetro).

[0107] Conforme ilustrado na Figura 3A e Figura 3B, o material de placa 10 tinha uma espessura de 12 mm, uma largura de 100 mm e um comprimento de 200 mm. Ademais, o material de placa tinha uma superfície de sulco do tipo V 11 no seu lado mais longo e a superfície de sulco do tipo V 11 tinha um ângulo de sulco de 30°. O material de placa 10 foi produzido por processamento mecânico.

[0108] As superfícies de sulco do tipo V 11 dos dois materiais de placa produzidos 10 foram colocadas de modo a serem opostas umas às outras. Os dois materiais de placa 10 foram soldados de acordo com a soldagem de gás inerte de tungstênio, por meio da qual uma junta soldada 20 ilustrada na Figura 4A e Figura 4B foi produzida. A Figura 4A é uma vista plana da junta soldada 20 e a Figura 4B é uma vista frontal da mesma. A junta soldada 20 tinha uma superfície anterior 21 e uma superfície posterior 22 e incluía um metal de solda 30 no seu centro. O metal de solda 30 foi formado a partir do lado de superfície anterior 21 de acordo com soldagem de múltiplas camadas e estendido na direção de lado mais longo dos materiais de placa 10. Todos os metais de solda 30 com seu respectivo números de metal de base foram formados com o uso de um material de solda que tem a mesma composição química que aquele da placa de aço sob teste com o número de metal de base 1 e que tem um diâmetro externo de 2 mm. A entrada de calor na soldagem de gás inerte de tungstênio foi de 30 kJ/cm.

[0109] Um espécime conformado em placa 40 que inclui o metal de solda 30 foi coletado a partir do lado de superfície posterior 22 da junta soldada 20. Uma porção de linha quebrada da junta soldada 20 na Figura 4B mostra uma porção a partir da qual o espécime 40 foi coletado. A Figura 5 é uma vista em perspectiva do espécime coletado. Na Figura 5, os valores numéricos com "mm" representam dimensões (a unidade é milímetro). Com referência à Figura 5, o espécime 40 tinha um formato similar a placa. Uma superfície superior 41 dos espécimes 40 correspondia à superfície posterior 22 da junta soldada (consulte a Figura 4B). A direção longitudinal dos espécimes 40 era ortogonal à direção longitudinal do metal de solda 30. Conforme ilustrado na Figura 5, uma dentre linhas de limiar 30B entre o metal de solda 30 e os materiais de placa 10 foi colocada no centro dos espécimes 40.

Teste de SCC

[0110] Um teste de flexão de quatro pontos foi realizado com o uso dos espécimes 40 e a resistência a SCC de cada material sob teste foi avaliada. Uma tensão de rendimento real (a tensão de rendimento de cada material sob teste) em conformidade ao ASTM G39 foi aplicada ao espécime 40 com o uso de um gabarito de flexão de quatro pontos. O espécime 40 para o qual a tensão foi aplicada foi imerso em uma solução aquosa de 25% de NaCl (150 °C) no interior da qual CO2 foi injetado em 3 MPa e o espécime imerso 40 foi mantido por 720 horas sem qualquer mudança. Após o decorrer de 720 horas, se a SCC ocorreu ou não sobre uma superfície dos espécimes 40 foi observado visualmente. Ademais, o espécime 40 foi cortado em uma direção perpendicular à superfície superior 41. O corte transversal dos espécimes 40 foi observado com o uso de um microscópio óptico de 500x e se a SCC ocorreu ou não foi determinado.

Teste de Medição de Fração de Área de Fase o

[0111] A junta soldada 20 com cada número de metal de base foi cortada em uma direção perpendicular à linha de solda e à superfície anterior 21 da mesma. Após o corte, o corte transversal da junta soldada 20 foi espelhado e gravado. Após a gravação, uma imagem de uma zona afetada por calor (ZAC) do corte transversal gravado foi analisada com o uso de um microscópio óptico de 500x. A área da ZAC usada para a análise de imagem foi de 40.000 μm2 por campo visual. A análise de imagem foi realizada por quatro campos visuais. A fração de área (%) da fase o na ZAC para cada campo visual foi obtida através da análise de imagem. A média das frações de área da fase o para os quatro campos visuais foi definida como a fração de área (%) da fase o para cada número de metal de base. No caso em que a fração de área da fase o era igual ou maior do que 0,5%, foi determinado que a fase o precipitou. No caso em que a fração de área da fase o era menor do que 0,5%, foi determinado que a fase o não precipitou.

Resultados do teste

[0112] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 2.Tabela 2

[0113] Um valor de F1 (F1 = 2,2Cr + 7Mo + 3Cu) da placa de aço sob teste com cada número de metal de base é inserido na seção “F1” na Tabela 2. "Não encontrado" na seção “SCC” representa que SCC não foi observada no espécime 40 com o número de metal de base correspondente. "Encontrado" no mesmo representa que SCC foi observada no espécime 40 com o número de metal de base correspondente.

[0114] Um valor de F2 (F2 = Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N)) da placa de aço sob teste com cada número de metal de base é inserido na seção “F2”. "Não encontrado" na seção “Fase o” representa que a fração de área da fase o era menor do que 1%. "Encontrado" no mesmo representa que a fração de área da fase o era igual ou maior do que 1%.

Avaliação de Resistência a SCC

[0115] Com referência à Tabela 2, as composições químicas das placas de aço sob teste com os números de metal de base 1 a 13 caíram dentro da faixa da presente invenção. Ademais, as placas de aço sob teste com os números de metal de base 1 a 13 satisfizeram a Expressão (1) e a Expressão (2). Por conseguinte, SCC não foi observada no espécime 40 com os números de metal de base 1 a 13.

[0116] Em comparação, as placas de aço sob teste com os números de metal de base 14 a 19, 21, 23, 24 e 26 não satisfizeram a Expressão (1). Consequentemente, SCC ocorreu no espécime 40 com esses números de metal de base.

[0117] As placas de aço sob teste com os números de metal de base 20 a 22 satisfizeram a Expressão (1). Entretanto, os teores de Cu das placas de aço sob teste com os números de metal de base 20, 22, e 25 foram menores que o limite inferior do teor de Cu de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, SCC ocorreu no espécime 40 com os números de metal de base 20, 22, e 25.

Avaliação de Supressão de Precipitação de Fase o

[0118] Com referência à Tabela 2, as placas de aço sob teste com os números de metal de base 1 a 14, 16 a 20, 23, 24 e 26 satisfizeram a Expressão (2). Por conseguinte, a fase o não precipitou nas ZACs das juntas soldadas 20 com esses números de metal de base. Em comparação, as placas de aço sob teste com os números de metais de base 15, 21, 22, 25 e 27 não satisfizeram a Expressão (2). Por conseguinte, a fase o precipitou nas ZACs das juntas soldadas 20 com esses números de metal de base. Em particular, a composição química da placa de aço sob teste com o número de teste 27 caíram dentro da faixa da presente invenção e satisfizeram a Expressão (1). Entretanto, porque a placa de aço sob teste com o número de teste 27 não satisfez a Expressão (2), a fase o precipitou.

Exemplo 2

[0119] As características (a resistência a SCC, a supressão de precipitação de fase o e a tenacidade) do metal de solda da junta soldada de aço inoxidável dúplex foram examinadas de acordo com o seguinte método.

Método de Exame Produção de Espécimes

[0120] Dois materiais de placa 50 ilustrados na Figura 6A e Figura 6B foram produzidos por processamento mecânico a partir de cada uma das placas de aço sob teste com os números de metal de base 1 e 8 na Tabela 1. A Figura 6A é uma vista plana do material de placa 50 e a Figura 6B é uma vista frontal do mesmo. Na Figura 6A e Figura 6B, valores números com "mm" representam dimensões (a unidade é milímetro).

[0121] O material de placa 50 tinha uma espessura de 12 mm, uma largura de 50 mm e um comprimento de 100 mm. Ademais, o material de placa tinha uma superfície de sulco do tipo V 51 no seu lado mais longo e a superfície de sulco do tipo V 51 tinha um ângulo de sulco de 30° e uma espessura de raiz de 1 mm.

[0122] Conforme ilustrado nas Figuras 7A e 7B, uma placa de limitação 70 foi preparada. A placa de limitação 70 tinha uma espessura de 25 mm, uma largura de 200 mm e um comprimento de 200 mm e tinha uma composição química correspondente a SM400C especificada em JIS G 3106(2004).

[0123] Os dois materiais de placa 50 foram colocados sobre a placa de limitação 70. Nesse momento, as superfícies de sulco 51 dos dois materiais de placa 50 estavam uma oposta à outra. Após os dois materiais de placa 50 terem sido colocados, as periferias dos materiais de placa 50 foram soldadas por restrição com o uso de um eletrodo coberto. O eletrodo coberto tinha uma composição química correspondente a "DNiCrFe-3" especificada em JIS Z3224(1999).

[0124] A seguir, uma soldagem em arco de múltiplas camadas foi realizada sobre os sulcos dos dois materiais de placa 50, por meio dos quais as juntas soldadas 60 com números de junta 1-1 a 1-16 e 8-1 a 8-6 mostrados na Tabela 3 foram produzidas. Tabela 3

[0125] Em referência à Figura 7A e Figura 7B, a junta soldada 60 incluía os materiais de placa 50 e o metal de solda 80. A Tabela 3 mostra a composição química do metal de solda 80 com cada número de junta.

[0126] A soldagem de gás inerte de tungstênio foi realizada para os números de junta 1-1 a 1-16 e os números de junta 8-1 a 8-4. A soldagem de gás ativo de metal foi realizada para os números de junta 8-5 e 8-6. A entrada de calo em cada soldagem era de 30 kJ/cm. No momento da soldagem de gás inerte de tungstênio, gás de 100% de Ar foi usado para o gás de proteção. No momento da soldagem de gás ativo de metal para o número de junta 8-5, uma mistura gasosa de 80% de gás Ar e 20% de gás CO2 foi usada para o gás de proteção. No momento da soldagem de gás ativo de metal para o número de junta 8-6, uma mistura gasosa de 60% de gás Ar e 40% de gás CO2 foi usada para o gás de proteção. A Tabela 3 mostra o método de soldagem e o gás de proteção para cada número de junta.

[0127] O mesmo material de solda foi usado para os números de junta 1-1 e 8-1. De forma semelhante, o mesmo material de solda foi usado para os números de junta 1-2, 8-2, 8-5 e 8-6. O mesmo material de solda foi usado para os números de junta 1-3 e 8-3. O mesmo material de solda foi usado para os números de junta 1-4 e 8-4. Cada material de solda foi produzido de acordo com o seguinte método. O material de solda foi fundido com o uso de uma fornalha a vácuo que tem uma capacidade de 30 kg. O material de solda fundido foi moldado, por meio do qual um lingote foi produzido. O lingote produzido foi aquecido para 1.250 °C. O forjamento a quente foi realizado sobre o lingote aquecido, por meio do qual um material de placa que tem uma espessura de 40 mm, foi produzido. O material de placa foi aquecido novamente para 1.250 °C. A laminação a quente foi realizada sobre o material de placa aquecido, por meio do qual um material de placa que tem uma espessura de 4 mm foi produzido. A temperatura do material de placa no momento da laminação era igual ou maior do que 1.050 °C. O processamento mecânico foi realizado sobre o material de placa produzido, por meio do qual um material de solda que tem um formato quadrado cujo comprimento de cada lado era de 2 mm foi feito. A soldagem de acordo com o método de soldagem mencionado acima foi realizada com o uso do material de solda produzido, por meio do qual a junta soldada 60 com cada número de junta foi obtida.

Teste de Fragilização por Temperatura Alta

[0128] Um espécime para observação de microestrutura tomada em um corte transversal ortogonal à linha de solda foi coletado a partir da junta soldada 60 com cada número de junta mostrado na Tabela 3. Uma superfície do espécime coletado foi espelhada e gravada. A superfície do espécime gravado foi observada com o uso de um microscópio óptico de 500x. Então, se a fragilização por temperatura alta ocorreu ou não no metal de solda 80 foi determinado visualmente.

Teste de SCC

[0129] De forma semelhante ao espécime 40 usado para o teste de SCC no Exemplo 1, um espécime 90 foi coletado a partir do lado de superfície interior da junta soldada 60 ilustrada na Figura 6B. O espécime 90 tinha as mesmas dimensões e formato que aqueles dos espécimes 40 ilustrados na Figura 5. Isto é, o espécime 90 tinha uma espessura de 2 mm, uma largura de 10 mm e um comprimento de 75 mm.

[0130] Um teste de SCC foi realizado com o uso do espécime 90 sob as mesmas condições que aqueles no Exemplo 1 e se a SCC ocorreu ou não no espécime 90 foi determinado de forma semelhante ao teste de SCC no Exemplo 1.

Teste de Medição de Fração de Área de Fase o

[0131] De forma semelhante ao Exemplo 1, a junta soldada 60 com cada número de junta foi cortada em uma direção perpendicular à linha de solda e à superfície anterior da mesma. Após o corte, o corte transversal da junta soldada 60 foi espelhado e gravado. Após a gravação, uma imagem do metal de solda 80 no corte transversal gravado foi analisada com o uso de um microscópio óptico de 500x. A fração de área (%) da fase o no metal de solda 80 foi obtida através da análise de imagem. O método de medição da fração de área da fase o foi o mesmo que aquele no Exemplo 1. No caso em que a fração de área da fase o era igual ou maior do que 1% foi determinado 5 que a fase o precipitou. No caso em que a fração de área da fase o era menor do que 1% foi determinado que a fase o não precipitou.

Teste de Tenacidade

[0132] Um espécime de entalhe em V foi coletado a partir da junta soldada 60 com cada número de junta. A posição de entalhe do 10 espécime de entalhe em V correspondeu a uma porção central do metal de solda 80. O espécime de entalhe em V tinha uma largura de 10 mm, uma espessura de 10 mm, um comprimento de 55 mm e uma profundidade de 2 mm. Um teste de impacto de Charpy foi realizado sobre o espécime de entalhe em V a -30 °C com base no JIS Z2242, por meio do qual energia 15 absorvida foi obtida.

Resultados do teste

[0133] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 4. Tabela 4

[0134] Em referência à Tabela 4, o número de metal de base do material de placa usado 50 é inserido na seção "Número de Metal de base". "Não encontrado" na seção "Fragilização por Temperatura Alta" representa que a fragilização por temperatura alta não foi observada e "Encontrado" na mesma representa que a fragilização por temperatura alta foi observada. A energia absorvida (J) a -30 °C obtida no teste de impacto de Charpy mencionado acima é inserido em "vE - 30 °C (J)". A seção “F1”, a seção “SCC”, a seção “F2” e a seção "fase o" são as mesmas que aquelas na Tabela 2.

[0135] Em referência à Tabela 4, as composições químicas dos metais de solda 80 com os números de junta 1-1 a 1-4 e 8-1 a 8-5 caíram dentro da faixa da presente invenção e satisfizeram a Expressão (1) e a Expressão (3). Por conseguinte, para esses números de junta, a fragilização por temperatura alta e SCC não ocorreram e a fase o não foi observada. Ademais, a energia absorvida para esses números de junta foi tão alta quanto 100 J ou mais.

[0136] Em comparação, os teores de Cu dos metais de solda 80 com os números de junta 1-5, 1-6 e 1-16 foram maiores do que o limite superior do teor de Cu do metal de solda de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, para esses números de junta, a fragilização por temperatura alta ocorreu.

[0137] Os teores de Ni dos metais de solda 80 com os números de junta 1-5, a 1-9 foram menores que o limite inferior do teor de Ni do metal de solda de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, para esses números de junta, a energia absorvida foi menor do que 100 J e a tenacidade foi baixa.

[0138] O teor de Ni do metal de solda 80 com o número de junta 1-10 foi maior do que o limite superior do teor de Ni de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, a fase o ocorreu para o número de junta 1-10. O teor de Mo do metal de solda 80 com o número de junta 1-11 foi menor do que o limite inferior do teor de Mo de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, a SCC ocorreu para o número de junta 1-11. O teor de Mo do metal de solda 80 com o número de junta 1-12 foi maior do que o limite superior do teor de Mo de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, a fase o ocorreu para o número de junta 1-12. O teor de Cr do metal de solda 80 com o número de junta 1-13 foi maior do que o limite superior do teor de Cr de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, a fase o ocorreu para o número de junta 1-13.

[0139] A composição química do metal de solda 80 com o número de junta 1-14 caíram dentro da faixa da composição química de acordo com a presente invenção e o valor de F2 do mesmo satisfez a Expressão (3). Entretanto, o valor de F1 do metal de solda 80 com o número de junta 1-14 não satisfez a Expressão (1). Por conseguinte, a SCC ocorreu para o número de junta 1-14.

[0140] A composição química do metal de solda 80 com o número de junta 1-15 caíram dentro da faixa da composição química de acordo com a presente invenção e o valor de F1 do mesmo satisfez a Expressão (1). Entretanto, o valor de F2 do metal de solda 80 com o número de junta 1-15 não satisfez a Expressão (3). Por conseguinte, a fase o ocorreu para o número de junta 1-15.

[0141] O teor de O do metal de solda 80 com o número de junta 8-6 foi maior do que o limite superior do teor de O de acordo com a presente invenção. Por conseguinte, para o número de junta 8-6, a tenacidade foi baixa e a energia absorvida foi menor do que 100 J.

[0142] Acima no presente documento, a modalidade da presente invenção foi descrita, e a modalidade mencionada acima é dada como um mero exemplo para executar a presente invenção. Consequentemente, a presente invenção não é limitada à modalidade mencionada acima e pode ser executada modificando-se de forma apropriada a modalidade mencionada acima dentro de uma faixa que não sai da essência da mesma.

Aplicabilidade Industrial

[0143] Uma junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção pode ser aplicada amplamente a ambientes que se exige que tenham uma resistência a SCC. Em particular, uma junta soldada de aço inoxidável dúplex de acordo com a presente invenção pode ser aplicada a um tubo de duto fornecido sob ambientes de cloreto.

Claims

1. Junta soldada de aço inoxidável dúplex CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um metal de base; e um metal de solda, em que o metal de base contém, em porcentagem em massa, C: no máximo 0,025%, Si: 0,20 a 1,00%, Mn: 0,03 a 8,00%, P: no máximo 0,040%, S: no máximo 0,0100%, Cu: mais que 2,00% e no máximo 4,00%, Ni: 4,00 a 8,00%, Cr: 20,0 a 30,0%, Mo: 0,50 a 2,00%, N: 0,100 a 0,350%, e sol. Al: 0,003 a 0,040%, sendo que o saldo é de Fe e impurezas, o metal de base satisfaz a Expressão (1) e a Expressão (2), o metal de solda contém, em porcentagem em massa, C: no máximo 0,030%, Si: 0,20 a 1,00%, Mn: 0,25 a 8,00%, P: no máximo 0,040%, S: no máximo 0,010%, Cu: no máximo 2,00%, Ni: 7,00 a 12,00%, Cr: 20,0 a 30,0%, Mo: 1,00 a 3,50%, N: 0,100 a 0,350%, sol. Al: 0,003 a 0,040% e O: no máximo 0,035%, sendo que o saldo é de Fe e impurezas, e o metal de solda satisfaz a Expressão (1) e a Expressão (3), 2,2Cr + 7Mo + 3Cu > 66 (1) Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 0 (2) Cr + 11Mo + 10Ni - 12(Cu + 30N) < 100 (3) em que um teor (porcentagem em massa) de cada elemento em um dentre o metal de base e o metal de solda é substituído por um símbolo de cada elemento na Expressão (1) à Expressão (3), onde a junta soldada tem uma fração de área de uma fase sigma, que é menor que 1%, e o metal de base é aço trabalhado a quente.

2. Junta soldada de aço inoxidável dúplex, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que: o metal de solda contém adicionalmente W: no máximo 3,00%, em vez de parte do Fe.

3. Junta soldada de aço inoxidável dúplex, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que: o metal de base contém adicionalmente V: no máximo 1,50%, em vez de parte do Fe.

4. Junta soldada de aço inoxidável dúplex, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que: o metal de base contém adicionalmente pelo menos um tipo selecionado a partir do grupo que consiste em Ca: no máximo 0,0200%, Mg: no máximo 0,0200% e B: no máximo 0,0200%, em vez de parte do Fe.

5. Junta soldada de aço inoxidável dúplex, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que: o metal de base contém adicionalmente metal de terras-raras: no máximo 0,2000%, em vez de parte do Fe.