BR112014019065B1

BR112014019065B1 - Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto

Info

Publication number: BR112014019065B1
Application number: BR112014019065-8A
Authority: BR
Inventors: Keiichi Kondo; Yuji Arai
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2019-03-26
Also published as: ES2755750T3; JPWO2013133076A1; UA112792C2; JP5387799B1; AR090243A1; SA113340364B1; EP2824198A4; AU2013228617A1; US20150041030A1; BR112014019065A2; EP2824198B8; EP2824198B1; EA201491650A1; WO2013133076A1; CN104039989A; MX2014009157A; MX371103B; BR112014019065A8; IN2014DN03395A; CA2849287A1

Abstract

resumo patente de invenção: "método para produção de material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por estresse de sulfeto". um aço que tem uma composição química consistindo em, em porcento em massa, c: 0,15 a 0,65%, si: 0,05 a 0,5%, mn: 0,1 a 1,5%, cr: 0,2 a 1,5%, mo: 0,1 a 2,5%, ti: 0,005 a 0,50%, al: 0,001 a 0,50%, e opcionalmente pelo menos um elemento selecionado de nb: =0,4%, v: =0,5%, e b: =0,01%, ca: =0,005%, mg: =0,005%, e rem: =0,005%, e o saldo sendo fe e impurezas, em que ni, p, s, n e o entre as impurezas são ni: = 0,1%, p: = 0,04%, s: = 0,01%, n: = 0,01%, e o: = 0,01%, e que tenha sido trabalhado a quente em uma forma desejada é sequencialmente submetido a uma etapa de aquecer o aço até uma temperatura excedendo o ponto de transformação ac1 e menor que o ponto de transformação ac3 e resfriar o aço, a etapa de reaquecer o aço até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação ac3 e resfriar o aço por resfriamento rápido, e uma etapa de temperar o aço a uma temperatura não superior ao ponto de transformação ac1.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método para a produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um método para produzir um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto, cujo material de aço é especialmente adequado para um tubo de poço de petróleo e similares tais como uma carcaça e uma tubulação para poço de petróleo e poço de gás. Ainda mais particularmente, a presente invenção se refere a um método de baixo custo para produzir um material de aço de alta resistência e baixa liga, que seja excelente em resistência e em resistência à fratura por tensão de sulfeto, e do qual pode ser esperada uma melhoria na tenacidade devido ao refino dos grãos da austenita anterior.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] Como poços de petróleo e poços de gás (doravante, como termo geral de poços de petróleo e poços de gás, referidos simplesmente como poços de petróleo) se tornaram mais profundos, os tubos de aço de poços de petróleo (doravante referidos como tubos de poços de petróleo) precisam ter maior resistência.

[003] Para alcançar essa exigência, convencionalmente, tubos de poços de petróleo da classe de 80 ksi, isto é, tendo um limite de elasticidade (doravante abreviado como YS) de 551 a 655 MPa (80 a 95 ksi) ou tubos de poços de petróleo da classe de 95 ksi, isto é, tendo um YS de 655 a 758 MPa (95 a 110 ksi) foram amplamente usados. Além disso, recentemente, tubos de poços de petróleo da classe de 110 ksi, isto é, tendo um YS de 758 a 862 MPa (110 a 125 ksi), e tam

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2/39 bém tubos de poços de petróleo da classe de 125 ksi, isto é, tendo um YS de 862 a 965 MPa (125 a 140 ksi) começaram a ser usados.

[004] Além disso, o petróleo e o gás na maioria dos poços profundos que têm sido desenvolvidos recentemente, contêm sulfeto de hidrogênio corrosivo. Em tal ambiente, ocorre a fragilização pelo hidrogênio chamada de fratura por tensão de sulfeto (doravante referida também como SSC), e como resultado o tubo de poço de petróleo é algumas vezes quebrado. É amplamente sabido que com o aumento na resistência do aço, a susceptibilidade à SSC aumenta.

[005] Portanto, ao desenvolverem-se tubos de poços de petróleo de alta resistência, não apenas o design do material de aço de alta resistência precisa ser feito, mas também o aço precisa ter resistência à SSC. Especialmente ao desenvolverem-se tubos de poços de petróleo de alta resistência, a prevenção da SSC é o grande problema. A fratura por tensão de sulfeto é algumas vezes também referida como fratura por corrosão por tensão de sulfeto (SSCC).

[006] Como método para evitar a SSC dos tubos de poços de petróleo de baixa liga, foram conhecidos os métodos de (1) alta purificação do aço, (2) modo de controle dos carbonetos, e (3) refino dos grãos de cristal.

[007] Em relação à alta purificação do aço, por exemplo, os Documentos de Patente 1 e 2 propõem métodos para melhorar a resistência à SSC por meio de restrição dos tamanhos das inclusões nãometálicas para alguns tamanhos específicos.

[008] Em relação ao modo de controle dos carbonetos, por exemplo, o Documento de Patente 3 descreve uma técnica na qual a razão de carbonetos do tipo MC dos carbonetos totais é 8 a 40% em massa em adição à restrição da quantidade total de carbonetos para 2 a 5% em massa para melhorar tremendamente a resistência à SSC.

[009] Em relação ao refino dos grãos de cristal, por exemplo, o

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Documento de Patente 4 descreve uma técnica uma técnica na qual os grãos de cristal são tornados finos pela execução do tratamento de resfriamento rápido duas vezes ou mais em um aço de baixa liga para melhorar a resistência à SSCC. O Documento de Patente 5 também descreve uma técnica na qual os grãos de cristal são tornados finos pelo mesmo tratamento que no Documento de Patente 4 para melhorar a tenacidade.

[0010] Convencionalmente, ao produzir materiais de aço de baixa liga no capo de tubos de aço sem costura pra poços de petróleo e tubos similares, para alcançar propriedades de resistência e/ou de tenacidade, um tratamento térmico de resfriamento rápido e têmpera foi frequentemente executado após o término da laminação a quente tal como produção de tubos a quente. Como método para tratamento térmico de resfriamento rápido e têmpera do tubo de aço sem costura para poço de petróleo, convencionalmente, um assim chamado processo de reaquecimento e resfriamento rápido tem sido geralmente executado, em cujo processo um tubo de aço tendo sido laminado a quente, é reaquecido em um forno de tratamento térmico fora da linha até uma temperatura de não menos que o ponto de transformação AC3 e é resfriado rapidamente, e então é temperado a uma temperatura não maior que o ponto de transformação Aci.

[0011] Entretanto, nos últimos anos, dos pontos de vista de economia o processo e economia de energia, tem sido também executado um processo no qual um tubo de aço tendo sido laminado é resfriado rapidamente diretamente desde uma temperatura não menor que o ponto de transformação Ar3 e posteriormente é temperado (um assim chamado processo de resfriamento rápido direto) o também um processo no qual um tubo de aço tendo sido laminado a quente é enxaguado sequencialmente (doravante referido especialmente como aquecido suplementarmente) a uma temperatura não menor que o

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4/39 ponto de transformação Ar3 e posteriormente é temperada (um assim chamado processo de tratamento térmico na linha ou processo de enxágue na linha).

[0012] Como descrito nos Documentos de patente 4 e 5, foi amplamente conhecido que existe uma relação próxima entre os grãos da austenita anterior do aço de baixa liga e a resistência à SSC e a tenacidade, e a resistência à SSC e a tenacidade são diminuídas notavelmente pelo embrutecimento dos grãos.

[0013] No caso em que o processo de resfriamento rápido direto e reaquecimento é adotado com o propósito de economia do processo e economia de energia, os grãos de austenita anterior embrutecem, de modo que algumas vezes torna-se difícil produzir um tubo de aço sem costura excelente em tenacidade e resistência à SSC. O processo de tratamento térmico na linha descrito acima algumas vezes resolve esse problema, mas não é necessariamente comparável ao processo de resfriamento rápido e reaquecimento.

[0014] Imagina-se que a razão para isso é que no processo de resfriamento rápido direto e no processo de tratamento térmico na linha, no caso em que apenas a têmpera é executada como tratamento térmico do pós-processamento, não existe um processo de transformação inversa de ferrita de estrutura cúbica de corpo centrado para austenita de estrutura cúbica de face centrada.

[0015] Para resolver o problema descrito acima de embrutecimento dos grãos de cristal, os Documentos de Patente 6 e 7 propõem métodos nos quais um tubo de aço tendo sido resfriados rapidamente diretamente por um tratamento térmico na linha, respectivamente, são reaquecidos e resfriados rapidamente desde uma temperatura não menor que o ponto de transformação Ar3 antes do tratamento de têmpera final.

[0016] Nos Documentos de Patente 4 e 5 a têmpera é executada a

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5/39 uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci entre o tratamento de resfriamento rápido e reaquecimento diversas vezes, e nos Documentos de Patente 6 e 7, a têmpera é executada a uma temperatura não superior ponto de transformação Aci entre o tratamento de resfriamento rápido e reaquecimento executado no tratamento na linha, e o tratamento de resfriamento rápido e reaquecimento.

LISTA DE DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR

DOCUMENTO DE PATENTE [0017] Documento de Patente 1: JP2001-172739A [0018] Documento de Patente 2: JP2001-131698A [0019] Documento de Patente 3: JP2000-178682A [0020] Documento de Patente 4: JP59-232220A [0021] Documento de Patente 5: JP60-009824A [0022] Documento de Patente 6: JP6-220536A Documento de Patente 7: WO96/36742 DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO [0023] Pelas técnicas para restringir os tamanhos das inclusões não metálicas para aqueles específicos que são propostos nos Documentos de Patente 1 e 2, uma excelente resistência à SSC pode ser alcançada. Entretanto, uma vez que o aço deve ser purificado, o custo de produção algumas vezes aumenta.

[0024] Além disso, pela técnica para controlar os modos de carbonetos que é proposta no Documento de Patente 3, uma excelente resistência à SSC pode ser obtida. Entretanto, os teores de Cr e Mo são restritos à formação de carbonetos do tipo M23C6. Portanto, a capacidade de endurecimento é restrita, de modo que para um material de parede grossa, há a possibilidade de capacidade de endurecimento insuficiente.

[0025] Um processo compreendendo o processo de resfriamento

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6/39 direto ou o processo de tratamento térmico na linha, e então o reaquecimento e o resfriamento rápido desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3 antes da têmpera final torna os grãos da austenita anterior mais refinados, melhorando assim a resistência do aço à SSC, comparado com o caso em que a têmpera fina é executada após o resfriamento rápido direto ou o tratamento na linha, ou o caso em que o tubo de aço é resfriado a ar uma vez próximo à temperatura ambiente, e posteriormente o tubo de aço é submetido a um tratamento de reaquecimento e resfriamento rápido e a um tratamento de têmpera.

[0026] Mesmo no caso em que após ser submetido ao tratamento de resfriamento rápido direto ou ao tratamento térmico na linha, o tubo de aço é reaquecido e resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3 antes do tratamento de têmpera final conforme descrito acima, o refino dos grãos de austenita anterior é ainda insuficiente se comparado com o caso em que o tratamento de reaquecimento e resfriamento rápido é executado das vezes como proposto nos Documentos de Patente 4 e 5.

[0027] Portanto, pela técnica na qual o tubo de aço tendo sido resfriado rapidamente diretamente é reaquecido e resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3 antes do tratamento de têmpera final, que é descrito tecnicamente no Documento de Patente 6, uma resistência à SSC suficiente não pode ser necessariamente alcançada.

[0028] Similarmente, mesmo se o tubo de aço tendo sido resfriado pelo tratamento térmico na linha for reaquecido e resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Arç antes do tratamento de têmpera final como proposto no Documento de Patente 7, uma resistência à SSC suficiente não pode algumas vezes ser obtida.

[0029] Portanto, quando é feita uma tentativa para realizar o refino

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7/39 dos grãos de cristal que seja suficiente como tubo de aço para poço de petróleo de alta resistência, o tratamento de reaquecimento e resfriamento rápido executado duas vezes ou ais como descrito nos Documentos de patente 4 e 5 é significativo. Entretanto, o tratamento de reaquecimento executado duas vezes ou mais leva ao aumento no custo de produção.

[0030] Os Documentos de Patente 4 e 7 propõem técnicas nas quais os grãos de cristal são tornados ultrafinos pelo aumento da taxa de aumento da temperatura no momento do reaquecimento e resfriamento rápido. Nas técnicas, no entanto, o aparelho deve ser modificado em grande escala, porque os meios de aquecimento vêm a consistir de aquecimento por indução ou similares.

[0031] A presente invenção foi feita em vista da situação acima, e consequentemente um objetivo da mesma é fornecer um método de baixo custo para a produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência SSC. Particularmente, o objetivo da presente invenção é fornecer um método para a produção de um material de aço de alta resistência no qual o refino dos grãos da austenita anterior é realizado por um meio economicamente eficiente, com o que uma excelente resistência à SSC e uma melhoria na tenacidade podem ser esperadas. O termo alta resistência na presente invenção significa que o YS é 655 MPa (95 ksi) ou maior, preferivelmente 758 MPa (110 ksi) ou maior, e mais preferivelmente 862 MPa (125 ksi) ou maior.

MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS [0032] Conforme descrito acima, após ser submetido ao tratamento de resfriamento rápido direto ou ao tratamento de resfriamento rápido do tratamento térmico na linha, o aço é também reaquecido até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação AC3 e é resfriado rapidamente, com o que os grãos da austenita anterior podem ser tornados finos. No caso em que o aço tendo sido resfriado rapida

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8/39 mente é também repetidamente resfriado rapidamente, após o tratamento de resfriamento rápido precedente, uma têmpera intermediária é frequentemente executada a uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci. Esse tratamento de têmpera intermediária tem o efeito de evitar fratura retardada tal como a assim chamada fratura sazonal que ocorre no aço resfriado rapidamente.

[0033] No entanto, a têmpera intermediária deve ser executada sob condições adequadas. No caso em que a temperatura da têmpera intermediária é muito baixa ou o tempo de aquecimento é muito curto, um efeito suficiente de conter a fratura sazonal não pode ser alcançada em alguns casos. Inversamente, mesmo se a temperatura não for maior que o ponto de transformação Aci, no caso em que a temperatura da têmpera intermediária é muito alta ou o tempo de aquecimento é muito longo, o efeito de tornar finos os grãos de cristal é perdido mesmo se o aquecimento e resfriamento rápido for executado após o tratamento de têmpera intermediária, e algumas vezes o efeito vantajoso de melhorar a resistência à SSC desaparece.

[0034] Consequentemente, os presentes inventores executaram vários estudos em um método de baixo custo para produzir um material de aço de alta resistência por cujo método o material de aço tem um efeito suficiente de conter a fratura sazonal e simultaneamente tem uma excelente resistência à SSC devido à realização do refino dos grãos da austenita anterior.

[0035] Como resultado, os presentes inventores obtiveram descobertas que se o tratamento de têmpera intermediária, que foi suposto ter de ser executado a uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci para melhorar as propriedades do material de aço resfriado rapidamente, é executado a uma temperatura na região de duas fases de ferrita e austenita excedendo o ponto de transformação Aci, os grãos da austenita anterior são tornados notavelmente finos

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9/39 quando o tratamento de aquecimento e resfriamento rápido é executado.

[0036] Além disso, os presentes inventores obtiveram descobertas completamente novas de que se o tratamento térmico for executado a uma temperatura na região de duas fases de ferrita e austenita descrita acima, mesmo para um aço que não tenha sido resfriado rapidamente, por exemplo, um aço que tenha sido resfriado a uma taxa de resfriamento do resfriamento a ar ou similar aos ser trabalhado a quente em uma forma desejada, se o aço for a seguir aquecido até uma temperatura em uma zona de austenita adequada e for resfriado rapidamente, os grãos de austenita anterior são tornados notavelmente finos.

[0037] A presente invenção foi completada com base nas descobertas descritas acima, e envolve os métodos para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura pelo tensão de sulfeto descrito abaixo. Doravante, em alguns casos, os métodos são referidos simplesmente como a presente invenção (1) até a presente invenção (7). Também, em alguns casos, as presentes invenções (1) a (7) são geralmente denominadas a presente invenção.

[0038] Método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura pelo tensão de sulfeto, onde um aço que tem uma composição química consistindo, em porcento em massa, de C: 0,15 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 0,1 a 1,5%, Cr: 0,2 a 1,5%, Mo: 0,1 a 2,5%, Ti: 0,005 a 0,50%, Al: 0,001 a 0,50%, e o saldo sendo Fe e impurezas, onde Ni, P, S, N e O entre as impurezas são Ni: 0,1% ou menor, P: 0,04% ou menor, S: 0,01% ou menor, N: 0,01% ou menor, e O: 0,01% ou menor, e que foi trabalhado a quente em uma forma desejada é sequencialmente submetido às etapas dos itens [1] a [3] a seguir:

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10/39 [0039] [1] uma etapa de aquecer o aço até uma temperatura acima do ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação Ac3 e resfriar o aço;

[0040] [2] uma etapa de reaquecer o aço até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ac₃ e resfriar o aço temperando-o; e [0041] [3] uma etapa de revenir o aço a uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci.

[0042] Um método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura pelo tensão de sulfeto, onde o aço que tem uma composição química consistindo, em porcento em massa, de C: 0,15 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 0,1 a 1,5%, Cr: 0,2 a 1,5%, Mo: 0,1 a 2,5%, Ti: 0,005 a 0,50%, Al: 0,001 a 0,50%, pelo menos um elemento selecionado entre os elementos mostrados em (a) e (b), e o saldo sendo Fe e impurezas,onde Ni, P, S, N e O entre as impurezas são Ni: 0,1% ou menor, P: 0,04% ou menor, S: 0,01% ou menor, N: 0,01% ou menor, e O: 0,01% ou menor, e que tenha sido trabalhado a quente em uma forma desejada é sequencialmente submetido às etapas dos itens [1] a [3] a seguir:

[0043] [1] uma etapa de aquecer o aço até uma temperatura maior que o ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação Ac3 e resfriar o aço;

[0044] [2] uma etapa de reaquecer o aço até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ac₃ e resfriar o aço temperando-o; e [0045] [3] uma etapa de revenir o aço a uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci.

[0046] Nb: 0,4% ou menor, V: 0,5% ou menor, e B: 0,01% ou menor;

[0047] Ca: 0,005% ou menor, Mg: 0,005% ou menor, e REM:

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0,005% ou menor.

[0048] O método para produzir um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto de acordo com os itens (1) ou (2), onde o aço tendo a composição química conforme os itens (1) ou (2) é acabada a quente em um tubo de aço sem costura e é resfriado a ar, e posteriormente é sequencialmente submetido às etapas [1] a [3].

[0049] O método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto conforme o itens (1) e (2), aqui após o aço tendo a composição química conforme o item (1) ou (2) ter sido acabado a quente em um tubo de aço sem costura, o aço é suplementarmente aquecida a uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3 não superior a 1050Ό na linha, e após ser resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, o aço é sequencialmente submetido às etapas [1] a [3].

[0050] O método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto conforme o item (1) ou (2), onde após o aço tendo a composição química conforme o item (1) ou (2) foi acabado a quente em um tubo de aço sem costura, o aço é diretamente resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, e posteriormente é sequencialmente submetido às etapas [1] a [3].

[0051] O método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto conforme o item (4), onde o aquecimento na etapa [1] é executado por um aparelho de aquecimento conectado a um aparelho para resfriamento rápido do tratamento térmico na linha.

[0052] (7) O método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto

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12/39 conforme o item (5), onde o aquecimento na etapa [1] é executado por um aparelho de aquecimento conectado a um aparelho para resfriamento rápido que executa resfriamento rápido direto.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0053] De acordo com a presente invenção, uma vez que o refino dos grãos da austenita anterior pode ser realizado por um meio economicamente eficiente, um material de aço de alta resistência excelente em resistência à SSC pode ser obtido a baixo custo. Além disso, pela presente invenção, um tubo sem costura para poço de petróleo de baixa liga e alta resistência excelente em resistência SSC pode ser produzido a um custo relativamente baixo. Além disso, de acordo com a presente invenção, pode ser esperada a melhoria na tenacidade, devido ao refino dos grãos da austenita anterior.

MODO PARA EXECUÇÃO DA INVENÇÃO [0054] Daqui em diante são explicadas em detalhes as exigências da presente invenção.

[0055] Composição química [0056] Inicialmente, no item (A), é dada a explicação da composição química de um aço usado no método de produção da presente invenção e as razões porque a faixa da composição é restrita. Na explicação abaixo, o símbolo % em relação ao teor de cada elemento significa percentual em massa.

[0057] C: 0,15 a 0,65% [0058] C (Carbono) é um elemento necessário para aumentar a capacidade de endurecimento e melhorar a resistência. Entretanto, se o teor de C for menor que 0,15%, o efeito de aumentar a capacidade de endurecimento é pobre, e uma resistência suficiente não pode ser alcançada. Por outro lado, se o teor de C exceder 0,65%, a tendência para fratura no momento do resfriamento rápido é notável. Portanto, o teor de C é 0,15% a 0,65%. O limite inferior do teor de C é preferivel

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13/39 mente 0,20%, mais preferivelmente 0,23%. Além disso, o limite superior do teor de C é preferivelmente 0,45%, mais preferivelmente 0,30%. [0059] Si: 0,05 a 0,5% [0060] Si (Silício) é necessário para desoxidar o aço, e também tem uma ação de aumentar a resistência ao amolecimento da têmpera e melhorar a resistência à SSC. Com o propósito de desoxidação e melhoria da resistência à SSC, 0,05% ou mais de Si devem estar contidos. Entretanto, se Si estiver excessivamente contido, o aço é fragilizado, e adicionalmente a resistência à SSC é também diminuída. Em particular, se o teor de Si exceder 0,5%, a tenacidade e a resistência à SSC são significativamente diminuídas. Portanto, o teor de Si é 0,05 a 0,5%. O limite inferior e o limite superior do teor de Si são preferivelmente 0,15% e 0,35%, respectivamente.

[0061] Mn: 0,1 a 1,5% [0062] Mn (Manganês) está contido para desoxidar e dessulfurar o aço. Entretanto, se o teor de Mn for menor que 0,1%, os efeitos descritos acima são pobres. Por outro lado, se o teor de Mn exceder 1,5%, a tenacidade e a resistência à SSC são diminuídas. Portanto, o teor de Mn é 0,1 a 1,5%. O limite inferior do teor de Mn é preferivelmente 0,15%, mais preferivelmente 0,20%. Além disso, o limite superior do teor de Mn é preferivelmente 0,85%, mais preferivelmente 0,55%. [0063] Cr: 0,2 a 1,5% [0064] Cr (Cromo) é um elemento para garantir a capacidade de endurecimento e para melhorar a resistência e a resistência à SSC. No entanto, se o teor de Cr for menor que 0,2%, efeitos suficientes não podem ser alcançados. Por outro lado, se o teor de Cr exceder 1,5%, a resistência à SSC é também diminuída, e também uma diminuição na tenacidade é apresentada. Portanto, o teor de Cr é 0,2 a 1,5%. O limite inferior do teor de Cr é preferivelmente 0,35%, e mais preferivelmente 0,45%. O limite superior do teor de Cr preferivelmente 1,28%, mais

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14/39 preferivelmente 1,2%.

[0065] Mo: 0,1 a 2,5% [0066] Mo (Molibdênio) aumenta a capacidade de endurecimento e garante a resistência, e também melhora a resistência ao amolecimento da têmpera. Portanto, devido ao teor de Mo, a têmpera a altas temperaturas pode ser executada, e como resultado, a forma dos carbonetos se torna esférica, e a resistência à SSC é melhorada. Entretanto, se o teor de Mo for menor que 0,1%, esses efeitos são pobres. Por outro lado, se o teor de Mo exceder 2,5%, apesar do fato de que o custo da material prima aumenta, os efeitos descritos acima algumas vezes saturam. Portanto, o teor de Mo é 0,1 a 2,5%. O limite inferior do teor de Mo é preferivelmente 0,3%, mais preferivelmente 0,4%. Além disso, o limite superior do teor de Mo é preferivelmente 1,5%, mais preferivelmente 1,0%.

[0067] Ti: 0,005 a 0,50% [0068] Ti (Titânio) tem uma ação para melhorar a capacidade de endurecimento pela imobilização do N, que é uma impureza no aço, e por fazer o B existir em um estado dissolvido no aço no momento do resfriamento rápido. Além disso, o Ti tem o efeito de evitar o embrutecimento dos grãos de cristal e o crescimento anormal do grão no momento resfriamento rápido e do reaquecimento pela precipitação como carbonitretos finos no processo de aumento da temperatura para o reaquecimento para o resfriamento rápido. Entretanto, se o teor de Ti for menor que 0,005%, esses efeitos são pequenos. Por outro lado, se o teor de Ti exceder 0,50%, uma diminuição na tenacidade é apresentada. Portanto, o teor de Ti é 0,005 a 0,50%. O limite inferior do teor de Ti é preferivelmente 0,010%, mais preferivelmente 0,012%. Além disso, o limite superior do teor de Ti é preferivelmente 0,10%, mais preferivelmente 0,030%.

[0069] Al: 0,001 a 0,50%

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15/39 [0070] Al (Alumínio) é um elemento eficaz para desoxidar o aço. Entretanto, se o teor de Al for menor que 0,001%, o efeito desejado não pode ser alcançado, e se o teor de Al exceder 0,50%, a quantidade de inclusões aumenta e a tenacidade diminui, e também a resistência à SSC é diminuída pelo embrutecimento das inclusões. Portanto, o teor de Al é 0,001 a 0,50%. Os limites superior e inferior do teor de Al são preferivelmente 0,005% e 0,05%, respectivamente. O teor de Al descrito acima significa a quantidade de Al sol. (Al solúvel em ácido).

[0071] A composição química do aço usado ao método de produção da presente invenção (especificamente, a composição química do aço conforme a presente invenção (1)) consiste dos elementos descritos acima e o saldo sendo Fe e as impurezas, onde Ni, P, S, N e O entre as impurezas são Ni: 0,1% ou menos, P: 0,04% ou menos, S: 0,01% ou menos, N: 0,01% ou menos, e O: 0,01% ou menos.

[0072] As impurezas descritas aqui significam elementos que entram misturadamente por conta de vários fatores no processo de produção incluindo matérias primas tais como minério ou sucata quando o aço é produzido em escala industrial, e são deixadas estar contidas dentro da faixa de modo que os elementos não exerçam uma influência adversa na presente invenção [0073] Adiante é dada a explicação sobre Ni, P, S, N e O (oxigênio) nas impurezas.

[0074] Ni: 0,1% ou menos [0075] Ni (Níquel) diminui a resistência à SSC. Em particular, se o teor de Ni exceder 0,1%, a diminuição na resistência à SSC é notável. Portanto, o teor de Ni nas impurezas é 0,1% ou menos. O teor de NI é preferivelmente 0,05% ou menos, e mais preferivelmente 0,03% ou menos.

[0076] P: 0,04% ou menos [0077] P (Fósforo) segrega na borda do grão, e diminui a tenaci

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16/39 dade e a resistência a SSC. Em particular, se o teor de P exceder 0,04%, a diminuição na tenacidade e a resistência à SSC é notável. Portanto, o teor de P nas impurezas é 0,04% ou menos. O limite superior do teor de P nas impurezas é preferivelmente 0,025%, mais preferivelmente 0,015%.

[0078] S: 0,01% ou menos [0079] S (Enxofre) produz inclusões brutas, e diminui a tenacidade e a resistência à SCC. Em particular, se o teor de S exceder 0,01%, a diminuição na tenacidade e na resistência à SSC é notável. Portanto, o teor de S nas impurezas é 0,01% ou menos. O limite superior do teor de S nas impurezas é preferivelmente 0,005%, mais preferivelmente 0,002%.

[0080] N: 0,01% ou menos [0081] N (Nitrogênio) combina com B, e evita o efeito vantajoso de melhorar a capacidade de endurecimento do B. Além disso, se N estiver contido excessivamente, o N produz inclusões brutas juntamente com Al, Ti, Nb etc., e tem a tendência de diminuir a tenacidade e a resistência à SSC. Em particular, se o teor de N exceder 0,01%, a diminuição na tenacidade e na resistência à SSC é notável. Portanto, o teor de N nas impurezas é 0,01% ou menos. O limite superior do teor de N nas impurezas é preferivelmente 0,005%.

[0082] O: 0,01% ou menos [0083] O (Oxigênio) produz inclusões juntamente com Al, Si etc.. Pelo embrutecimento das inclusões, a tenacidade e a resistência à SSC são diminuídas. Em particular, se o teor de O exceder 0,01%, a diminuição na tenacidade e na resistência à SSC é notável. Portanto, o teor de O nas impurezas é 0,01% ou menos. O limite máximo do teor de O nas impurezas é preferencialmente 0,005%.

[0084] Uma outra composição química do aço usada no método de produção da presente invenção (especificamente a composição

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17/39 química do aço conforme a presente invenção (2)) também compreende pelo menos um elemento entre Nb, V, B, Ca, Mg e REM (metal terra rara).

[0085] A REM descrita aqui é um termo geral de um total de 17 elementos de Sc, Y e os lantanóides, e o teor de REM significa o teor total de um ou mais elementos REM.

[0086] Adiante, é dada a explicação das vantagens operacionais de Nb, V, B, Ca, Mg e REM e as razões porque a faixa de composição é restrita.

[0087] Nb: 0,4% ou menor, V: 0,5% ou menor, e B: 0,01% ou menor [0088] Todos os elementos entre Nb, V e B têm uma ação para melhorar a resistência à SSC. Portanto, no caso em que é desejado alcançar uma maior resistência à SSC, esses elementos podem estar contidos. Adiante Nb, V e B são explicados.

[0089] Nb: 0,4% ou menos [0090] Nb (Nióbio) é um elemento que precipita como carbonitretos finos, e tem o efeito de tornar finos os grãos da austenita anterior e assim melhorar a resistência à SSC. Portanto, o Nb pode estar contido conforme necessário. Entretanto, se o teor de Nb exceder 0,4%, a tenacidade deteriora. Portanto, o teor de Nb, se contido, é 0,4% ou menor. O teor de Nb, se contido, é preferivelmente 0,1% ou menor.

[0091] Por outro lado, para alcançar estavelmente o efeito do Nb descrito acima, o teor de Nb, se contido, é preferivelmente 0,005% ou maior, e ainda mais preferivelmente 0,01% ou maior.

[0092] V: 0,5% ou menor [0093] V (Vanádio) precipita como carboneto (VC) quando a têmpera é executada, e aumenta a resistência ao amolecimento da têmpera, de modo que ο V permite que a têmpera seja executada a altas temperaturas. Como resultado, V tem o efeito de melhorar a resistên

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18/39 cia à SSC. Além disso, V tem o efeito de restringir a produção de M02C em forma de agulha, que se torna o ponto de partida da ocorrência da SSC quando o teor de Mo é alto. Além disso, por conter V em complexo com o Nb, uma maior resistência à SSC pode ser atingida. Portanto, V pode estar contido se necessário. Entretanto, se o teor de V exceder 0,5%, a tenacidade diminui. Portanto, o teor de V, se contido, é 0,5% ou menos. O teor de V, se contido, é preferivelmente 0,2% ou menor.

[0094] Por outro lado, para alcançar estavelmente o efeito de V descrito acima, o teor de V, se contido, é preferivelmente 0,02% ou maior. Em particular, no caso em que o aço contém 0,68% ou mais de Mo, para restringir a produção de M02C em forma de agulha, a quantidade de V descrita acima é preferivelmente contida complexamente. [0095] B: 0,01% ou menos [0096] B (Boro) é um elemento que tem efeitos de aumentar a capacidade de endurecimento e melhorar a resistência à SSC. Portanto, B pode estar contido se necessário. Entretanto, se o teor de B exceder 0,01%, a resistência à SSC também diminui e, além disso, a tenacidade também diminui. Portanto, o teor de B, se contido, é 0,01% ou menor. O teor de B, se contido, é preferivelmente 0,005% ou menor, e mais preferivelmente 0,0025% ou menor.

[0097] Por outro lado, para alcançar estavelmente os efeitos de B descritos acima, o teor de B, se contido, é preferivelmente 0,0001% ou maior, e ainda mais preferivelmente 0,0005% ou maior.

[0098] Entretanto, os efeitos de B descritos acima aparecem no caso em que B existe e está dissolvido no aço. Portanto, no caso em que B está contido, a composição química é preferivelmente regulada de modo que, por exemplo, uma quantidade de Ti capaz de imobilizar o N que tem uma alta afinidade com o B como nitretos esteja contida. [0099] (b) Ca: 0,005% ou menor, Mg: 0,005% ou menor, e REM:

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0,005% ou menor [00100] Todos entre Ca, Mg e REM reagem com o S que existe como impureza no aço para formar sulfetos, e tem uma ação para melhorar as formas de inclusões e assim aumentar a resistência à SSC. Portanto, esses elementos podem estar contidos, se necessário. Entretanto, se um desses elementos estiver contido em mais de 0,005%, a resistência à SSC especificamente diminui, também uma diminuição na tenacidade é apresentada, e também defeitos são passíveis de ocorrerem frequentemente na superfície do aço. Portanto, o teor de qualquer elemento entre Ca, Mg e REM, se contidos, é 0,005% ou menor. O teor de qualquer um desses elementos, se contido, é preferivelmente 0,003% ou menor.

[00101] Por outro lado, para alcançar estavelmente o efeito do Ca, Mg e REM descrito acima, o teor de qualquer um desses elementos, se contido, é preferivelmente 0,001% ou maior.

[00102] Como já descrito, REM é um termo geral de 17 elementos entre Sc, Y e lantanóides, e o teor de REM significa o teor total de um ou mais elementos de REM.

[00103] O REM está geralmente contido na forma de um metal misch. Portanto, REM pode ser adicionado, por exemplo, na forma de um metal misch, e pode estar contido de modo que a quantidade de REM esteja na faixa descrita acima.

[00104] Apenas um elemento entre qualquer um entre Ca, Mg e REM pode ser contido, ou dois ou mais elementos podem estar contidos complexamente. O teor total desses elementos é preferivelmente 0,006% ou menor, e ais preferivelmente 0,004% ou menor.

[00105] (B) Método de produção [00106] A seguir, no item (B), é dada uma explicação detalhada do método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto da presente invenPetição 870180152726, de 19/11/2018, pág. 23/50

20/39 ção.

[00107] No método para produção de um material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto de acordo com a presente invenção, o aço que tem a composição química descrita no item (A) e que tenha sido trabalhado a quente em uma forma desejada é submetido sequencialmente às etapas a seguir: [00108] [1] Uma etapa de aquecer o aço até uma temperatura acima do ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação AC3 e resfriar o aço;

[00109] [2] Uma etapa de reaquecer o aço até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação AC3 e resfriar rapidamente o aço pelo resfriamento rápido; e [00110] [3] Uma etapa de revenir o aço a uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci.

[00111] Executando-se as etapas dos itens [1] a [3] sequencialmente, o refino dos grãos de austenita anterior pode ser realizado, o material de aço de alta resistência excelente em resistência à SSC pode ser obtido a baixo custo, e também a melhoria da tenacidade devido ao refino dos grãos de austenita anterior pode ser esperada.

[00112] Se o aço tem a composição química descrita no item (A) e foi trabalhado a quente em uma forma desejada, a história da produção antes do desempenho da etapa [1] não é submetida a qualquer restrição específica. Por exemplo, se o aço for produzido pelo processo comum no qual um lingote ou uma peça fundida é formado após a fusão, e o aço trabalhado a quente em uma forma desejada por qualquer método tal como laminação a quente ou forjamento a quente, após o trabalho a quente para conformar uma forma desejada, o aço pode ser resfriado a uma baixa taxa de resfriamento como no resfriamento a ar, ou pode ser resfriado a uma taxa de resfriamento alta como no resfriamento a água.

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21/39 [00113] A razão para isso é conforme descrito abaixo. Mesmo se qualquer tratamento for executado após o trabalho a quente para conformar uma forma desejada, executando-se sequencialmente as etapas [1] a [3] posteriormente, uma microestrutura consistindo principalmente de martensita temperada fina é formada após o tratamento de têmpera a uma temperatura inferior ao ponto de transformação Aci na etapa [3] ter sido terminado.

[00114] A etapa de aquecimento (1) deve ser formada a uma temperatura excedendo o ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação Ac3. No caso em que a temperatura de aquecimento se desvia da faixa de temperaturas descrita acima, mesmo se o aquecimento do resfriamento rápido for executado na etapa [2] a seguir, um refino suficiente dos grãos da austenita anterior não pode ser realizado em alguns casos.

[00115] A etapa [1] não precisa necessariamente ser restrita especificamente exceto que o aquecimento seja executado a uma temperatura excedendo o ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação AC3, isto é, a uma temperatura na região de duas fases de ferrita e austenita.

[00116] Mesmo se o tratamento de aquecimento for executado sob a condição de que o valor de PL expresso por

PL = (T + 273) x (20 + logwt) [00117] onde T é a temperatura de aquecimento (Ό) e t é o tempo de aquecimento (h), excede 23.500, o refino dos grãos da austenita resfriada na etapa seguinte [2] tende a saturar, e o custo simplesmente aumenta. Portanto, o tratamento de aquecimento é preferivelmente executado sob a condição de que o valor de PL é 23.500 ou menor. Em relação ao tempo de aquecimento, dependendo do tipo de forno usado para o aquecimento, elo menos 10s é desejável. Além disso, o resfriamento após o tratamento de aquecimento é preferivelmente resPetição 870180152726, de 19/11/2018, pág. 25/50

22/39 friamento a ar.

[00118] Após a etapa [1], o aço é submetido a uma etapa de ser reaquecido até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ac3 na etapa [2], isto é, até uma temperatura na faixa de temperatura da austenita e sendo resfriada por esfriamento rápido, o que o refino dos grãos de austenita é alcançado.

[00119] Se a temperatura de reaquecimento na etapa [2] exceder (ponto de transformação Ac3 + 100°C), os grãos da austenita anterior são algumas vezes embrutecidos. Portanto, a temperatura de reaquecimento na etapa [2] é preferivelmente (ponto de transformação Ac3 + 100°C) ou menor.

[00120] O método de resfriamento rápido não precisa necessariamente ser submetido a qualquer restrição específica. Um método de resfriamento rápido a água é geralmente usado, entretanto, à medida que a transformação martensítica ocorre no tratamento de resfriamento rápido, o aço pode ser resfriado rapidamente por um método adequado tal como um método de resfriamento por névoa.

[00121] Após a etapa [2], o aço é submetido a uma etapa de ser temperado a uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Aci na etapa [3], isto é, a uma temperatura na faixa de temperaturas na qual a transformação inversa em austenita não ocorre, com o que o material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto pode ser obtido. O limite inferior de temperatura de têmpera pode ser determinado apropriadamente pela composição química do aço e a resistência requerida para o material de aço. Por exemplo, a têmpera pode ser executada a uma temperatura mais alta pra diminuir a resistência e, por outro lado, a uma temperatura menor para aumentar a resistência. Como método de resfriamento após a têmpera, o resfriamento a ar é desejável.

[00122] A seguir é explicado em maiores de talhes o método para

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23/39 produzir um material de aço de acordo com a presente invenção tomando-se o caso em que um tubo de aço sem costura é produzido como exemplo.

[00123] No caso em que o material de aço de alta resistência excelente em resistência à fratura por tensão de sulfeto é um tubo de aço sem costura, é preparada uma barra tendo a composição química descrita no item (A).

[00124] A barra pode ser desbastada a partir de um bloco de aço tal como um bloco ou uma placa, ou pode ser lingotada por CC redonda. É desnecessário dizer que a barra pode também ser formada por um lingote.

[00125] A partir da barra, um tubo é laminado a quente. Em particular, inicialmente, a barra é aquecida até uma temperatura na faixa de temperaturas na qual a perfuração pode ser executada, e é submetida a um processo de perfuração a quente. A temperatura de aquecimento da barra antes da perfuração está geralmente na faixa de 1100 a 1300Ό.

[00126] Os meios para perfuração a quente não são necessariamente restritos. Por exemplo, uma concha oca pode ser obtida pelo processo de perfuração Mannesmann ou similar.

[00127] A concha oca obtida é submetida ao trabalho de alongamento e ao trabalho de acabamento.

[00128] O trabalho de alongamento é uma etapa para produção de um tubo de aço sem costura tendo forma e tamanho desejados pelo alongamento da concha oca que foi perfurada por uma máquina de perfuração e regulando-se o tamanho. Essa etapa pode ser executada usando-se, por exemplo, um laminador sobre mandril ou um laminador com mandril. Além disso, o trabalho de acabamento pode ser executado usando-se um medidor calibrador ou similar.

[00129] A razão do trabalho de alongamento e do trabalho de aca

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24/39 bamento não é necessariamente restrita. A temperatura de acabamento é preferivelmente 1100X3 ou menos. Entretanto, se a temperatura de acabamento exceder 1050Ό, uma tendência de embr utecimento dos grãos de cristal é algumas vezes desenvolvida. Portanto, a temperatura de acabamento no trabalho de acabamento é mais preferivelmente 1050Ό ou menor. A uma temperatura inferior a 900Ό, o trabalho é difícil de fazer devido ao aumento na resistência à deformação, de modo que a produção do tubo é preferivelmente executada a uma temperatura excedendo 900°C.

[00130] Como mostrado no item (3) da presente invenção, o tubo de aço sem costura tendo sido submetido ao trabalho de acabamento a quente pode ser resfriado a ar no estado. O resfriamento a ar descrito aqui inclui o assim chamado resfriamento natural ou ser deixado resfriar.

[00131] Adicionalmente, como mostrado no item (4) da presente invenção, o tubo de aço sem costura tendo sido submetido ao trabalho de acabamento a quente pode ser suplementarmente aquecido a uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3 e não superior a 1050Ό na linha, e resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Arç, isto é, a uma temperatura na faixa da temperatura da austenita. Nesse caso, uma vez que dois tratamentos de resfriamento incluindo o tratamento de reaquecimento e resfriamento rápido é executado na etapa [2] subsequente, o refino dos grãos de cristal pode ser realizado.

[00132] Se o tubo de aço sem costura for suplementarmente aquecido a uma temperatura excedendo 1050Ό, o embrutec imento dos grãos de austenita se torna notável, e mesmo se o tratamento de aquecimento e resfriamento rápido for executado na etapa [2] subsequente, o refino dos grãos de austenita anterior se torna difícil de fazer em alguns casos. O limite superior da temperatura de aquecimento

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25/39 suplementar é preferivelmente ΊΟΟΟΌ. Como método para resfriamento rápido desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, um método comum de resfriamento a água é econômico, entretanto qualquer método de resfriamento rápido no qual ocorra a transformação martensítica pode ser usado e, por exemplo, um método de resfriamento rápido por névoa pode ser usado.

[00133] Além disso, como mostrado no item (5) da presente invenção, o tubo de aço sem costura tendo sido submetido ao trabalho de acabamento a quente pode ser resfriado rapidamente diretamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, isto é, desde uma temperatura na faixa de temperaturas da austenita. Nesse caso, uma vez que dois tratamentos de resfriamento rápido incluindo o reaquecimento do resfriamento rápido são executados na etapa [2] subsequente, o refino dos grãos de cristal pode ser realizado. Como método para resfriamento desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, um método comum de resfriamento a água é econômico, entretanto qualquer método de resfriamento no qual ocorra a transformação martensítica pode ser usado e, por exemplo, um método de resfriamento por névoa pode ser usado.

[00134] Nos métodos descritos acima, o tubo de aço sem costura tendo sido trabalhado a quente e subsequentemente resfriado e submetido à etapa de aquecer o aço até uma temperatura excedendo o ponto de transformação Aci e inferior ao ponto de transformação AC3 e resfriar o aço na etapa [1], que é uma etapa característica da presente invenção.

[00135] Na explicação abaixo, o aquecimento executado antes da etapa [2], isto é, o aquecimento na etapa [1] é algumas vezes referido como tratamento térmico intermediário.

[00136] O tratamento térmico intermediário é preferivelmente executado por um aparelho de aquecimento conectado a um aparelho pa

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26/39 ra resfriamento rápido do tratamento térmico na linha quando o tubo de aço sem costura tendo sido submetido ao trabalho de acabamento a quente é suplementarmente aquecido a uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3 e não superior a 1050Ό na linha, resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, e subsequentemente submetido ao tratamento térmico intermediário, como mostrado no item (6) da presente invenção. Além disso, o tratamento térmico intermediário é preferivelmente executado por um aparelho de aquecimento conectado a um aparelho de resfriamento rápido que executa o resfriamento rápido direto quando o tubo de aço sem costura tendo sido submetido ao trabalho de acabamento a quente é diretamente resfriado rapidamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Arç, e subsequentemente submetido ao tratamento térmico intermediário, como mostrado no item (7) da presente invenção. Usando-se os aparelhos de aquecimento, um efeito suficiente de restringir a fratura sazonal é alcançado.

[00137] Como já descrito, as condições de aquecimento na etapa [1] não precisa necessariamente ser especificamente restrito exceto que o aquecimento é executado a uma temperatura excedendo o ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação Ac3, isto é, a uma temperatura na região de duas fases de ferrita e austenita.

[00138] O tubo de aço sem costura tendo sido submetido à etapa [1] é reaquecido e resfriado rapidamente na etapa [2], e também é temperado na etapa [3].

[00139] Pelos métodos descritos acima, pode ser obtido um tubo de aço sem costura de alta resistência que seja excelente em resistência à SSC, e pelo qual a melhoria na tenacidade pode também ser esperada.

[00140] Abaixo a presente invenção é explicada mais especifica

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27/39 mente em referência aos exemplos. A presente invenção não é limitada aos exemplos.

EXEMPLOS (Exemplo 1) [00141] Os componentes de cada um dos aços A a L tendo as composições químicas dadas na Tabela 1 foram reguladas em um conversor, e cada um dos aços A a L foi submetido ao lingotamento continuo, com o que foi preparada uma barra tendo um diâmetro de 310 mm. A Tabela 1 dá adicionalmente o ponto de transformação Aci e ao ponto de transformação Ac₃ que foram calculados pelo uso das formulas de Andrews [1] e [2] (K. W. Andrews: JISI, 203 (1965), pg. 721 - 727) descritas baixo. Para cada aço, Cu, W e As não foram detectados e uma concentração de tal grau de modo a exercer uma influência no valor calculado.

[00142] Ponto Aci (°C) = 723 + 29,1 x Si - 10,7 x Mn - 16,9 x Ni + 16,9 x Cr + 6,38 x W + 290 x As ...[1] [00143] Ponto Ac₃ (°C) = 910 - 203 x C⁰·⁵ + 44,7 x Si - 15,2 x Ni + 31,5 x Mo + 104 χ V +13,1 x W - (30 x Mn + 11 x Cr + 20 x Cu - 700 x P-400xAI -120 x As-400 x Ti) ...[2] [00144] onde cada um entre C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Ti, Al, W, As e P nas formulas significam o teor em porcento em massa daquele elemento.

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—

“3

—1

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29/39 [00145] A barra foi aquecida até 1250Ό, e posterio rmente foi trabalhada a quente e acabada em um tubo de aço sem costura tendo uma forma desejada. Em particular, a barra tendo sido aquecida até 1250Ό foi inicialmente perfurada usando-se um aparelho de perfuração Mannesmann para obter uma concha oca. Então a concha oca foi submetida ao trabalho de alongamento pelo uso de um laminador com mandril e um trabalho de acabamento pelo uso de um laminador de redução de estiramento, e foi acabada em um tubo de aço sem costura tendo um diâmetro externo de 244,48 mm, uma espessura de parede de 13,84 mm, e um comprimento de 12 m. A temperatura de acabamento no trabalho de redução de diâmetro usando o laminador de redução de diâmetro foi de cerca de 950Ό em todos os casos.

[00146] O tubo de aço sem costura tendo sido acabado de modo a ter as dimensões descritas acima foi resfriado sob as condições dadas na Tabela 2.

[00147] O ILQ na Tabela 2 indica que o tubo de aço sem costura acabado foi suplementarmente aquecido sob as condições de 950Ό x 10 min na linha, e foi resfriado rapidamente por resfriamento a água. DQ indica que o tubo de aço sem costura foi resfriado a água desde a uma temperatura não inferior a 900Ό, que é a tem peratura não inferior ao ponto de transformação Ar3, sem ser suplementarmente aquecida, e foi diretamente resfriada rapidamente. AR indica que o tubo de aço sem costura foi resfriado a ar até a temperatura ambiente.

[00148] O tubo de aço sem costura assim obtido foi cortado em pedaços, e foi submetido ao tratamento térmico intermediário experimentalmente sob as condições dadas na Tabela 2. O resfriamento após o tratamento térmico intermediário foi resfriado a ar. O símbolo no tratamento térmico intermediário da tabela 2 indica que o tratamento térmico intermediário não foi executado.

[00149] Do tubo de aço tendo sido resfriado a ar após o tratamento

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30/39 térmico intermediário, foi cortado um espécime para medir a dureza, e a dureza Rockwell C (doravante abreviada como HRC) foi medida. A medição de HRC foi feita a partir do ponto de vista de avaliação da resistência à fratura sazonal. Se a HRC for 41 ou menor, especialmente 40 ou menor, pode ser julgado que a ocorrência de fratura sazonal pode ser suprimida. Para o tubo de aço sem costura de AR, isto é, o tubo de aço que foi resfriado a ar até a temperatura ambiente após ser acabada, a fratura sazonal não ocorrerá porque o tubo de aço não foi resfriado rapidamente. Portanto, também para o tubo de aço submetido ao tratamento térmico intermediário a medição de HRC foi omitida.

[00150] A seguir, o tubo de aço tendo sido resfriado a ar após o tratamento térmico foi submetido ao aquecimento e resfriamento rápido experimentalmente na etapa [2], na qual o tubo de aço foi aquecido a 920Ό por 20 minutos e foi resfriado rapidamente. Em relação ao aquecimento e resfriamento rápido, para os tubos de aço usando os aços A a F e L, o tubo de aço foi resfriado rapidamente por ser mergulhado em um tanque ou foi resfriado rapidamente usando-se jato de água, e para os tubos de aço usando os aços G a K, o tubo de aço foi resfriado por pulverização de névoa de água.

[00151] Após o reaquecimento e resfriamento rápido, foi examinado o tamanho do grão da austenita anterior. Isto é, um corpo de prova foi cortado do tubo de aço reaquecido e resfriado rapidamente de modo que a sua seção transversal perpendicular à direção do comprimento do tubo (direção de produção do tubo) seja a superfície a ser examinada, e foi encaixada em uma resina. Portanto, a borda do grão de austenita anterior foi revelada pelo método Bechet-Beaujard, no qual o espécime de teste foi corroído por solução aquosa saturada de ácido pícrico, e o tamanho de grão da austenita anterior foi examinado em conformidade com a norma ASTM E112-10.

[00152] A Tabela 2 dá adicionalmente a HRC no caso em que o tu

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31/39 bo de aço foi resfriado a ar após o tratamento térmico intermediário e o resultado da medição do tamanho de grão da austenita anterior após o reaquecimento e resfriamento rápido. Na Tabela 2, para facilidade de descrição, a HRC descrita acima foi descrita como HRC após o tratamento térmico intermediário.

Tabela 2

Teste n⁵	Aço	Condição de resfriamento	Tratamento térmico intermediário	HRC após o tratamento térmico Intermediário	Tamanho de grão da austenita anterior após o reaquecimento e resfriamento rápido
Temperatura de aquecimento (°C)	Tempo de aquecimento (min)	Valor PL
1	A	ILQ	760	60	20660	20,3	10,0	Exemplo da Invenção
2	A	ILQ	780	60	21060	24,4	10,6
3	A	ILQ	800	30	21137	24,7	10,1
4	A	ILQ	720 *	30	19561	30,0	8,4	Exemplo comparatlvo
5	A	ILQ	740 *	30	19955	26,1	8,5
6	A	AR	- *	-	-	-	8,4
7	B	ILQ	780	30	20743	24,5	10,3	Exemplo da Invenção
8	B	DQ	780	30	20743	25,2	10,4
9	B	AR	780	60	20660	-	10,4
10	B	IL	550 *	30	16212	40,8	8,8	Exemplo comparatlvo
11	B	DQ	550 *	30	16212	40,7	9,1
12	B	AR	- *	-	-	-	8,3
13	C	ILQ	760	180	21153	20,0	10,4	Exemplo da Invenção
14	C	ILQ	780	30	20743	24,6	10,3
15	C	ILQ	780	180	21562	23,8	10,4
16	C	ILQ	800	180	21972	23,4	10,3
17	C	ILQ	830	120	22392	28,5	10,0
18	C	ILQ	740 *	30	19955	22,4	8,4	Ex. comp.
19	D	ILQ	760	30	20349	18,3	10,0	Exemplo da Invenção
20	D	ILQ	760	180	21153	17,2	10,2
21	D	ILQ	780	30	20743	22,4	10,5
22	D	ILQ	780	180	21562	24,1	10,3

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32/39

23	D	ILQ	830	90	22254	30,3	10,0
24	D	DQ	780	30	20743	22,2	10,4
25	D	ILQ	650 *	30	18182	39,1	8,8	Ex. comp.
26	E	ILQ	760	30	20349	16,6	10,0
27	E	ILQ	760	60	20660	16,3	10,1	Exemplo da invenção
28	E	ILQ	760	180	21153	15,3	10,5
29	E	ILQ	780	180	21562	19,5	10,5
30	E	DQ	780	30	20743	17,1	10,3
31	E	DQ	710 *	180	20129	21,8	8,3	Exemplo com-
32	E	ILQ	710 *	300	20347	20,1	8,3	parativo
33	F	ILQ	770	50	20777	17,0	9,7	Exemplo da
34	F	AR	770	50	20777	17,2	9,6	invenção
35	F	ILQ	600	30	17197	30,4	8,3	Ex. comp.
36	G	ILQ	760	60	20660	20,0	10,1
37	G	ILQ	760	180	21153	20,5	10,5
38	G	ILQ	780	180	21562	21,1	10,5
39	G	DQ	800	30	21137	24,3	10,3
40	H	AR	760	60	20660	19,5	10,2
41	H	AR	760	180	21153	19,2	10,5	Exemplo da
42	H	AR	780	30	20743	20,4	10,5	invenção
43	I	AR	760	60	20660	22,5	10,8
44	I	AR	780	30	20743	23,8	10,8
45	J	AR	780	30	20743	25,5	11,1
46	K	AR	780	30	20743	26,5	11,2
47	L	AR	810	60	21660	24,0	9,5
PL =	[T + 273)x(20 +	ogiot)
[onde T é a temperatura de aquecimento (°C) e t é o tempo de aque-
cimento (h)]
na coluna do tratamento térmico intermediário indica que o tratamento térmico intermediário não foi realiza-
do
na coluna de HRC após o tratamento térmico intermediário indica que a medição de HRC não foi executa-
da.
* indica que as condições não satisfazem aquelas definidas pela presente invenção.

[00153] A Tabela 2 mostra claramente que, independentemente das condições de resfriamento do tubo de aço sem costura, nos testes de modalidades de exemplos da presente invenção nos quais o tubo de

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33/39 aço foi resfriado após ter sido aquecido até uma temperatura acima do ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação Ac3 como definido na presente invenção, isto é, a uma temperatura na região de duas fases de ferrita e austenita, o tamanho de grão da austenita anterior após o reaquecimento e resfriamento rápido foi 9,5 no teste n° 47 mesmo no caso dos grãos mais brutos, e, na maioria dos casos, foi 10 ou mais, indicando grãos finos.

[00154] Enquanto o tamanho de grão da austenita anterior nos testes números 9, 34, e 40 a 47 das modalidades de exemplo da presente invenção tenham sido 9,5 a 11,2 , o tamanho de grão da austenita anterior nos testes n⁰⁵ 6 e 12 de exemplos comparativos foram 8,4 e 8,3 respectivamente. É aparente que mesmo no caso em que o tubo de aço sem costura é resfriado a ar e não é resfriado rapidamente após o trabalho de acabamento, se o tubo de aço for produzido pelo método de acordo coma presente invenção, um excelente refino pode ser alcançado.

[00155] Além disso, nas modalidades dos exemplos da presente invenção, a HRC no caso em que o tubo de aço foi resfriado a ar após o tratamento térmico intermediário foi 30,3 ou menos, de modo que a fratura sazonal não ocorrerá.

[00156] Em contraste, nos testes dos exemplos comparativos nos quais o tubo de aço foi resfriado após ser aquecido a uma temperatura não maior que o ponto de transformação Aci desviando da condição definida na presente invenção, o tamanho de grão da austenita anterior após o reaquecimento e resfriamento rápido foram no máximo 9,1 (teste número 11), e os grãos foram brutos se comparado com as modalidades de exemplos da presente invenção..

[00157] Conforme descrito acima, é aparente que submetendo-se o aço, que tenha a composição química definida na presente invenção e tenha sido trabalhado a quente em uma forma desejada, às etapas [1]

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34/39 e [2] definidas na presente invenção sequencialmente, isto é, resfriando-se o aço que foi aquecido até uma temperatura excedendo o ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação AC3 e então reaquecendo-se o aço até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação AC3 e resfriando-se rapidamente o mesmo, os grãos da austenita anterior podem ser tornados finos. Pelo refino dos grãos da austenita anterior, a melhoria da resistência à SSC e tenacidade pode ser melhorada.

Exemplo 2 [00158] Para confirmar a melhoria na resistência à SSC devido ao refino dos grãos da austenita anterior, cuja melhoria foi alcançada pelo método da presente invenção, alguns dos tubos de aço submetidos ao reaquecimento e resfriamento rápido descrito acima (exemplo 1) foram submetidos à têmpera na etapa [3]. A têmpera foi executada aquecendo-se o tubo de aço a uma temperatura de 650 a 710°C por 30 a 60 minutos de modo que o YS é ajustado para cerca de 655 a 862 MPa (95 a 125 ksi), e o resfriamento após a têmpera foi resfriamento a ar.

[00159] A Tabela 3 dá as condições específicas de têmpera juntamente com as condições de resfriamento após o trabalho de acabamento do tubo de aço sem costura e o tamanho de grão da austenita anterior após o reaquecimento e resfriamento rápido. Os números de testes na Tabela 3 correspondem aos números de testes na Tabela 2 descritos acima (exemplo 1). Além disso, as letras a a d anexadas aos testes número 7 e 8 são marcas significando que as condições de têmpera foram mudadas.

[00160] De cada um dos tubos de aço temperados, um corpo de prova para medir a dureza foi cortado para medir a HRC.

[00161] Além disso, do tubo de aço, um corpo de prova de barra redonda especificado n Método A da NACE TM0177, cujo corpo de prova tem uma parte paralela tendo um diâmetro externo de 6,35 mm

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35/39 e um comprimento de 25,4 mm, foi cortado de modo que a sua direção longitudinal seja a direção do comprimento do tubo de aço (direção de produção do tubo), e foram examinadas as propriedades de tração à temperatura ambiente. Com base nos resultados desse exame, o teste de carga constante especificado no Método A da NACE TM0177 foi conduzido para examinar a resistência à SSC.

[00162] Como solução de teste para exame da resistência à SSC, foi usada uma solução aquosa de 0,5% de ácido acético + 5% de cloreto de sódio. Enquanto o gás sulfeto de hidrogênio de 0,1 MPa foi alimentado nessa solução, um tensão de 90% da YS realmente medida (doravante referida como 90%AYS) ou um tensão de 85% do valor limite nominal YS (doravante referido como 85%SMYS) foi imposto, com o que foi conduzido o teste de carga constante.

[00163] Especificamente, nos testes n^os 1 a 5, 14, 21, 23, 26, 38, 42, e 44 a 47 dados na Tabela 3. o teste de carga constante foi conduzido pela imposição do 90%AYS. Além disso, nos testes n^os 7a a 12 e 33 a 35, o teste de carga constante foi conduzido pela imposição de 645 MPa como 85%SMYS considerando-se o nível de resistência como da classe de 110 ksi na qual YS é 758 a 862 Mpa (110 a 125 ksi) a partir do resultado do exame das propriedades de tração. Em cada um dos testes, a resistência à SSC foi avaliada pelo tempo mais curto de ruptura fazendo-se o número de testes 2 ou 3. Quando a ruptura não ocorreu no teste de 720 horas, o teste de carga constante foi descontinuado naquele momento.

[00164] A Tabela 3 dá os resultados dos exames de HRC, a propriedades de tração, e a resistência à SSC. O tempo mais curto de ruptura >720 na coluna de resistência à SSC da Tabela 3 indica que todos os corpos de prova não foram rompidos no teste de 720 horas. No caso descrito acima, na Tabela 3, a marca O foi descrita na coluna de julgamento considerando-se uma resistência à SSC como sendo exce

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36/39 lente. Por outro lado, no caso em que o tempo de ruptura não é mais longo que 720 horas, a marca x foi descrito na coluna de julgamento considerando a resistência à SSC como sendo pobre.

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37/39 co ro φ .ω co

Exemplo da invenção

Exemplo comparativo

Exemplo da invenção

Exemplo comparativo

Resistência à SSC

julgamento

O

X

O

o

O

o

X

Tempo mais curto de ruptura (h)___________

>720

286,3

330

>720

231

368

479,6

Tensão de carga

90%AYS

85%SMYS

Propriedades de tração

YR (%)

90,5

91,2

88,5

89,2

91,4

90,9

91,8

92,3

91,8

91,4

91,7

90,6

90,0

90,1

89,1

TS (MPa)

Moo oo

879

904

878

873

867

921

916

934

853

887

55

885

893

904

895

YS (MPa)

o o oo

CM O OO

M- CM OO

LU

779

792

OO CO oo

841

863

783

oõ

835

801

804

814

798

HRC

r< CM

28,4

27,2

26,9

27,4

27,3

28,7

29,3

27,6

hr< CM

29,7

27,6

28,3

29,9

26,8

Têmpera

Tempo de aquecimento (min)

LO

LO Μ^-

O CO

LO Μ^-

O CO

O co

o CO

LO Μ^-

O CO

Temperatura de aqueci- mento rç)_______

705

710

ooz

OOZ

ooz

705

ooz

705

710

705

710

Tamanho de grão da austenita anterior após o reaquecimento e resfriamento rápido

O o

10,6

O

Moo

8,5

10,3

10,4

OO oo

σΓ

8,3

Condição de resfriamento

ILQ

DQ

AR

DQ

AR

O o <

<

CQ

Teste No.

CM

CO

LO

CÜ h-

_Q h-

O h-

Ό h-

CÜ oo

_Q OO

O oo

O

CM

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Exemplo da invenção		Ex. comp.	Exemplo da invenção	>720 na coluna resistência à SSC indica que nenhum dos corpos de prova foi rompido no teste de 720 horas. o foi descrito na coluna de julgamento considerando-se a resistência à SSC como sendo excelente. Por outro lado, no caso em que o tempo de ruptura é de não mais que 720 horas, a marca x foi descrita na coluna de julgamento considerando-se a resistência à SSC como sendo pobre. * indica que as condições não satisfazem aquelas definidas pela presente invenção.
O	o	O	O	O	o	X	O	o	o	O	O	o
>720	>720	>720	>720	>720	>720	205	>720	>720	>720	>720	>720	>720
90%AYS	SAV%06	SAV%06	SAV%06	85%SMYS	85%SMYS	85%SMYS	SAV%06	SAV%06	SAV%06	SAV%06	SAV%06	SAV%06
90,8	87,2	89,0	87,6	92,0	91,2	OO oo oo	55	90,0	96,1	92,0	94,1	89,0
861	829	oo CM OO	832	862	865	912	907	932	933	939	943	790
782	723	737	729	793	789	810	826	839	897	863	887	703
27,0	23,5	24,1	25,0	26,3	25,8	27,0	28,5	29,1	29,9	29,7	30,5	23,0
O CO	O CO	O CO	O CO	O CO	LO	O CO	O CO	O CO	O CO	O CO	O CO	O CO
705	705	705	695	680	685	650	700	705	690	710	705	700
10,3	10,5	O o	O o	9,7	9,6	8,3	10,5	10,5	OO o		CM~	9,5
ILQ	ILQ	ILQ	ILQ	ILQ	AR	ILQ	ILQ	AR	AR	AR	AR	AR
ω	α	α	LLI	LL	LL	LL	ω	X				_1
	CM	CO CM	CO CM	CO CO	ít CO	LO CO	OO CO		44	LO	CO	47

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39/39 [00165] A Tabela 3 mostra evidentemente que submetendo o aço, no qual o refino dos grãos de austenita anterior é alcançado pelo desempenho sequencial das etapas [1] e [2] definidas na presente invenção, ao tratamento de têmpera na etapa [3], ma excelente resistência à SSC pode ser alcançada.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL [00166] De acordo com a presente invenção, uma vez que o refino dos grãos da austenita anterior pode ser realizado por um meio economicamente eficiente, um material de aço de alta resistência excelente em resistência à SSC pode ser obtido a um baixo custo. Além disso, pela presente invenção, um tubo sem costura para poço de petróleo de alço de baixa liga e alta resistência excelente em resistência à SSC pode ser produzido a um custo relativamente baixo. Além disso, de acordo com a presente invenção, a melhoria na tenacidade decido ao refino dos grãos de austenita anterior pode ser esperada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

[1] uma etapa de aquecer o aço até uma temperatura que exceda o ponto de transformação Aci e menor que o ponto de transformação Ac3 e resfriar o aço;

1. Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto, caracterizado pelo fato de que o aço tem uma composição química consistindo em, em porcentual em massa, C: 0,15 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 0,1 a 1,5%, Cr: 0,2 a 1,5%, Mo: 0,1 a 2,5%, Ti: 0,005 a 0,50%, Al: 0,001 a 0,50%, e o saldo de Fe e as impurezas, em que Ni, P, S, N e O entre as impurezas são Ni: 0,1% ou menos, P: 0,04% ou menos, S: 0,01% ou menos, N: 0,005% ou menos, e O: 0,01% ou menos, e que tenha sido trabalhado a quente em uma forma desejada é sequencialmente submetido às etapas [1] a [3] a seguir:
[2] uma etapa de reaquecer o aço até uma temperatura não inferior que o ponto de transformação AC3 e resfriar rapidamente o aço temperando-o; e [3] uma etapa de revenir o aço a uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci;

(a) Nb: 0,4% ou menos, V: 0,5% ou menos, e B: 0,01% ou menos;

(b) Ca: 0,005% ou menos, Mg: 0,005% ou menos, e REM: 0,005% ou menos.

2/3 [1] uma etapa de aquecer o aço até uma temperatura excedendo o ponto de transformação Aci e menor que o ponto AC3 e resfriar o aço;

2. Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto, caracterizado pelo fato de que o aço que tem uma composição química consistindo em, em percentual em massa, C: 0,15 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 0,1 a 1,5%, Cr: 0,2 a 1,5%, Mo: 0,1 a 2,5%, Ti: 0,005 a 0,50%, Al: 0,001 a 0,50%, pelo menos um elemento selecionado entre os elementos mostrados em (a) e (b), e o saldo sendo Fe e impurezas, em que Ni, P, S, N e O entre as impurezas são Ni: 0,1% ou menos, P: 0,04% ou menos, S: 0,01% ou menos, N: 0,005% ou menos, e O: 0,01% ou menos, e que tenha sido trabalhado a quente em uma forma desejada é sequencialmente submetido às etapas [1] a [3] a seguir:

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[2] uma etapa de reaquecer o aço até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação AC3 e resfriar rapidamente o aço temperando-o; e [3] uma etapa de revenir o aço a uma temperatura não superior ao ponto de transformação Aci.
3/3 composição química, como definida na reivindicação 1 ou 2, ter sido acabado a quente em um tubo de aço sem costura, o aço é resfriado rapidamente diretamente desde uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, e posteriormente é sequencialmente submetido às etapas de [1] a [3].

3. Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o aço tendo a composição química, como definida na reivindicação 1 ou 2, é acabado a quente em um tubo de aço sem costura e é resfriado a ar, e posteriormente é sequencialmente submetido às etapas de [1] a [3].
4. Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que após o aço tendo a composição química, como definida na reivindicação 1 ou 2, ter sido acabado a quente em um tubo de aço sem costura, o aço é suplementarmente aquecido a uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3 e não superior a 1050Ό na linha, e após ser resfriado rapidamente até uma temperatura não inferior ao ponto de transformação Ar3, o aço é sequencialmente submetido às etapas de [1] a [3].
5. Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que após o aço tendo a

Petição 870180152726, de 19/11/2018, pág. 45/50
6. Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o aquecimento na etapa [1] é executado por um aparelho de aquecimento conectado a um aparelho para resfriamento rápido do tratamento térmico na linha.
7. Método para produção de um material de aço resistente com resistência à fratura por tensão de sulfeto, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o aquecimento na etapa [1] é executado por um aparelho de aquecimento conectado a um aparelho de resfriamento rápido que executa resfriamento rápido direto.