BR112015006482B1 - material para plug usado no processo de “piercer plug mill” para fabricação de tubo de aço sem costura e método de fabricação do mesmo - Google Patents

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Nakanishi Tetsuya
Hidaka Yasuyoshi
Yokomizo Yuta
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Abstract

resumo patente de invenção: "material para mandril peregrino para fabricação de tubo de aço sem costura e método de fabricação do mesmo". a presente invenção refere-se a um mandril peregrino que é usado quando se usa o processo mannesmann para fabricar tubo de aço sem costura, mais particularmente, se refere a um material para mandril peregrino para fabricação de tubo de aço sem costura que é excelente na resistência à fratura sazonal e usinabilidade e um método de fabricação do mesmo. o material para mandril peregrino compreende como componentes, em % em massa, c: 0,08 a 0,3%, si: 0,1 a 1,0%, mn: 0,2 a 1,5%, ni: 0,2 a 2,0%, e, além disso, um ou ambos dentre w e mo em um total de 1,5% a 8%, um saldo de fe e impurezas, em que a quantidade de hidrogênio difusível que está contida como uma impureza está em 2 ppm ou menos. o material para mandril peregrino tem uma dureza entre hrc 6 e 10.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MATERIAL PARA PLUG USADO NO PROCESSO DE “PIERCER PLUG MILL” PARA FABRICAÇÃO DE TUBO DE AÇO SEM COSTURA E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO.
CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se a um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é usado quando se usa o processo Mannesmann para fabricar tubo de aço sem costura (algumas vezes chamado simplesmente de mandril), mais particularmente, se refere a um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura que é excelente na resistência à fratura sazonal e usinabilidade e um método de fabricação do mesmo.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] Nos últimos anos, o ambiente para exploração de óleo se tornou mais severo. Juntamente com isso, buscou-se tubo de aço inoxidável, tubo de aço de alta liga ou outro tubo de aço sem costura de grau elevado como OCTG (Produtos Tubulares para a Indústria Petrolífera). No entanto, ao usar aço inoxidável ou outro material de resistência à deformação alta para fabricar tubo de aço sem costura, uma alta pressão de contato é aplicada à ponta do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é usado para perfurar, a ponta é derretida e a substituição em um curto tempo é forçada.
[003] Por essa razão, conforme descrito na PLT 1, os mandris peregrinos convencionais para fabricação do tubo de aço sem costura de grau elevado têm W e Mo adicionados para elevar a resistência à deformação de alta temperatura. Além disso, para obter lubricidade da superfície de plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, a superfície foi tratada para formar
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2/36 uma camada de carepa de baixo ponto de fusão de difícil remoção. O método de fabricação de um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é descrito na PLT 1, conforme mostrado na Figura 3, é caracterizado pelo tratamento térmico por meio da oxidação de alta temperatura de um material de base que é composto de aço de alta resistência que contém W e Mo e que tem um formato predeterminado de modo a cobrir a superfície de um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura com tal camada de carepa predeterminada.
[004] Por outro lado, devido à diversificação dos tamanhos e formatos do tubo de aço sem costura de grau elevado, os mandris peregrinos também se diversificam para corresponder aos mesmos. Diversos tipos estão sendo mantidos como estoque e usados de acordo com os planos de produção.
[005] Para lidar com a diversificação dos formatos do tubo de aço sem costura, tornou-se desejável que os mandris peregrinos tenham capacidade de ser facilmente cortados em várias dimensões.
[006] Além disso, as usinas para fabricação de tubo de aço sem costura são progressivamente afastadas e construídas em localizações distantes. Os tempos de transporte estão aumentando, etc., então, do ponto de vista da obtenção de estoque, os mandris peregrinos são frequentemente armazenados por um tempo maior.
[007] A partir da situação acima, é desejável que os mandris peregrinos ou materiais para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura sejam excelentes na usinabilidade e possam ser adicionalmente armazenados por um longo período de tempo. No entanto, se não ocorrer o ajuste de modo adequado da dureza do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, durante o armazenamento, a superfície de plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para
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3/36 fabricação de tubos sem costura sofre de fraturas denominadas fraturas sazonais. Em particular, observa-se que a fratura sazonal ocorre facilmente no inverno. Os mandris peregrinos que sofrem de fraturas sazonais não podem ser usados para fabricação de tubo de aço sem costura.
LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTE [008] PTL 1: Patente Japonesa n° 2683861 [009] PTL 2: Patente Japonesa n° 2952382 [0010] PTL 3: Publicação de Patente Japonesa n° 2003-129184A [0011] PTL 4: Pedido Internacional PCT no WO2008-096708A [0012] PTL 5: Publicação de Patente Japonesa n° 63-69948A [0013] PTL 6: Patente Japonesa n° 4279350
SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA [0014] A PLT 1 descreve um plug usado no processo de “Piercer
Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é composto de componentes predeterminados para elevar a resistência à deformação de alta temperatura mais uma grande quantidade de pelo menos um dentre Mo e W adicionado para suprimir a descarburação de superfície e formar uma camada de carepa do tipo óxido interno na superfície.
[0015] A PLT 2 descreve um método de fabricação de um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é composto de um aço 3Ni-1Cr ou outro membro à base de aço na superfície cuja carepa é formada, em que o membro à base de aço é fabricado por meio da fundição com o uso da fundição de molde de areia convencional. Além disso, o método de fabricação do mesmo é descrito à medida que aprimora a resistência do membro à base de aço e tem o efeito de aprimorar a carepa.
[0016] A PLT 3, similar à PLT 2, descreve um membro de base de
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4/36 um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura cuja carepa é formada na superfície do mesmo e a resistência do membro de base é aprimorada e há um efeito de aprimorar a carepa.
[0017] A PLT 4, similar à PLT 2, descreve um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é composto de um material de base na superfície da qual uma carepa é formada em que uma camada de carepa semelhante à rede, que é entrelaçada com o material de base, é formada como a camada que forma a camada de carepa. A PLT 4 descreve que, pela configuração acima da camada de carepa, o descascamento ou o desgaste da camada de carepa é suprimido e o plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura pode ter vida útil estendida.
[0018] A PLT 5 descreve que usando-se uma técnica similar à PLT de modo a formar uma camada de carepa como uma camada de carepa do tipo de oxidação intergranular, a adesão com o material de base torna-se boa, o descascamento ou o desgaste da camada de carepa é suprimido, e o plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura pode ter vida útil estendida.
[0019] Recentemente, conforme descrito na PLT 6, uma técnica de formação de revestimento que utiliza pulverização térmica é usada para formar um revestimento protetor na superfície do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura para promover, desse modo, uma vida útil mais longa do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
[0020] No entanto, na referência da técnica anterior, não foi feita nenhuma proposta que abordasse a fratura sazonal ou a usinabilidade de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
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5/36 [0021] Portanto, um objetivo da presente invenção consiste em resolver o problema incapaz de ser resolvido pela técnica anterior de fornecimento de um material para um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é usado ao fabricar o tubo de aço sem costura pelo processo Mannesmann em que a ocorrência da fratura sazonal por meio do longo tempo de armazenamento é suprimida, sendo que a usinabilidade também é excelente, e, além disso, o plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura tem a dureza desejada por meio do qual o corpo de mandril pode ter vida útil mais longa.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA [0022] Os inventores se envolveram na pesquisa intensiva e desenvolvimento para resolver o problema acima e como um resultado obtiveram as descobertas a seguir.
[0023] (a) Para estender a vida útil do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, um certo grau de dureza para obtenção da tenacidade embora o fortalecimento contra choque térmico seja necessário. Por essa razão, constatou-se que se a estrutura for produzida compreendida principalmente de martensita e/ou bainita submetida à têmpera e a dureza do material de mandril for uma carepa C de dureza Rockwell (a seguir, denominado como HRC) de 6 ou mais (preferencialmente 20 ou mais), um mandril que tem uma tenacidade adequada e a resistência é obtido.
[0024] (b) Descobriu-se que a fratura sazonal é gerada por meio da fragilização de hidrogênio do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura. No tempo da fratura sazonal, constatou-se que o material do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura contém hidrogênio difusível em cerca de 7 ppm ou mais e a dureza do material é um HRC de mais de 40.
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6/36 [0025] (c) Além disso, descobriu-se que para suprimir a fratura sazonal do material, a concentração do hidrogênio difusível teria 2 ppm ou inferior a isso e a dureza do material teria um HRC de 40 ou menos. Além disso, foi confirmado que a dureza também diminuiu, desse modo, a usinabilidade foi aprimorada. Além disso, foi confirmado que se há um HRC de 40 ou menos, existe tenacidade suficiente como um material de mandril.
[0026] (d) Os inventores se envolveram em estudos intensivos nas condições de tratamento térmico que satisfazem as condições da concentração acima do hidrogênio difusível e da dureza HRC. Como um resultado, os mesmos constataram que o tratamento térmico seria realizado por meio da retenção do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura a 550 a 900 °C após a fundição, mais preferencialmente 700 a 900 °C na faixa de temperatura por 0,5 hora a não mais que 10 horas no tempo, preferencialmente por 0,5 hora não mais que 4 horas no tempo, então, o resfriamento por uma taxa de resfriamento de 5 °C/min ou menos. Além disso, os inventores investigaram a relação entre as condições de tratamento térmico (em particular a temperatura de tratamento térmico e o tempo de retenção) e a dureza e constataram que é possível usar a relação do parâmetro de tratamento térmico (Ph) e o equivalente de carbono (equivalente C) para ajustar a dureza do material de mandril (HRC dureza).
[0027] (e) Os inventores confirmaram que através do estabelecimento das condições adequadas para o tratamento térmico acima, é possível ajustar a dureza do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura e é possível remover o hidrogênio difusível no material.
[0028] (f) No passado, o tratamento térmico de oxidação era realizado após a formação do mandril, desse modo, o material de
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7/36 mandril, antes de conformar, também era rígido e a usinabilidade era precária. No entanto, o material de mandril, de acordo com a presente invenção, pode obter dureza adequada realizando-se o tratamento térmico sob condições predeterminadas antes de conformar e pode ser aprimorado de modo notável na usinabilidade.
[0029] Ao fundir o material para plug usado no processo de “Piercer
Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, desse modo, adequadamente o tratamento térmico do material, é possível ajustar o material de mandril para uma dureza HRC de 6 a 40 e é possível reduzir o hidrogênio difusível, que é a causa da fratura sazonal, para um valor estabelecido ou menos.
[0030] A presente invenção foi realizada com base nessas descobertas e tem como sua ideia principal o seguinte:
(1) Um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com um aspecto da presente invenção, é um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, que compreende como componentes, em % em massa:
C: 0,08 a 0,3%,
Si: 0,1 a 1,0%,
Mn: 0,2 a 1,5%,
Ni: 0,2 a 2,0%, [0031] além disso, um ou ambos dentre W e Mo em um total de
1,5% a 8%, [0032] um saldo de Fe e impurezas, e, [0033] o hidrogênio difusível que está contido como uma impureza em 2 ppm ou menos, e, [0034] que tem um HRC6 a dureza 40.
(2) O material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com o citado
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8/36 acima (1), que compreende adicionalmente, em % em massa, um ou mais de:
Cu: 0,5% ou menos,
Cr: 1,0% ou menos,
Nb: 1,0% ou menos,
V: 1,0% ou menos,
Ti: 1,0% ou menos, e B: 0,1% ou menos.
(3) O material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com o citado acima (1) ou (2), pode compreender adicionalmente, em % em massa, um ou mais de:
Ca 0,5% ou menos,
Mg: 0,5% ou menos, e
REM: 0,5% ou menos [0035] em um total de 0,5% ou menos.
(4) O material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer um dos citados acima (1) a (3), em que a dureza pode ser HRC 20 a 40.
(5) O material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer um dos citados acima (1) a (4), pode se um material de aço fundido.
(6) Um método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com um aspecto da presente invenção, compreende [0036] fundir um material para plug usado no processo de “Piercer
Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que contém como componentes, em % em massa:
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C: 0,08 a 0,3%,
Si: 0,1 a 1,0%,
Mn: 0,2 a 1,5%,
Ni: 0,2 a 2,0%, e, [0037] além disso, um ou ambos dentre W e Mo em um total de
1,5% a 8% e [0038] tem um saldo de Fe e impurezas, [0039] realizar o tratamento térmico no material fundido para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura sob condições em que um parâmetro de tratamento térmico PH definido pela fórmula 1 a seguir satisfaz a fórmula 2 e a fórmula 3, e [0040] conformar o material termotratado para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura;
[0041] em que
PH=Tx(22+logwHr) ··· fórmula 1
PH<7.500xCeq+20.900 e PH<27.500-fórmula 2 PH>5.000xCeq+14.500-fórmula 3, e [0042] em que [0043] T indica a temperatura de tratamento térmico nas unidades de °K, e [0044] Hr indica o tempo de retenção na temperatura de tratamento térmico nas unidades de horas, e [0045] Ceq indica o equivalente de carbono definido pela fórmula 4 a seguir;
[0046] em que
Ceq=C+Si/4+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5+Mo/5 ··· fórmula 4, [0047] e em que as notações dos elementos expressam os terores dos elementos, em % em massa.
(7) O método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem
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10/36 costura, de acordo com (6), em que o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura pode conter adicionalmente, em % em massa, um ou mais de:
Cu: 0,5% ou menos,
Cr: 1,0% ou menos,
Nb: 1,0% ou menos,
V: 1,0% ou menos,
Ti: 1,0% ou menos, e
B: 0,1% ou menos.
(8) O método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com (6) ou (7), em que o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura pode conter adicionalmente, em % em massa, um ou mais dentre:
Ca 0,5% ou menos,
Mg: 0,5% ou menos, e
REM: 0,5% ou menos [0048] em um total de 0,5% ou menos.
(9) O método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer um dentre (6) a (8), em que o parâmetro de tratamento térmico PH pode satisfazer a fórmula 5 a seguir:
[0049] PH<5.000xCeq+17.500 e Ph<25.000 ··· fórmula 5 (10) O método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer um dentre (6) a (9), em que a temperatura de tratamento térmico pode ser 550 °C a 900 °C e o tempo de retenção na temperatura de tratamento térmico pode ser 0,5 hora a 10 horas.
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11/36 (11) O método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com (10), em que a temperatura de tratamento térmico pode ser 700 °C a 900 °C e o tempo de retenção pode ser 0,5 hora a 4 horas.
(12) O método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com (11), pode compreender adicionalmente o resfriamento do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura por uma taxa de resfriamento de 5 °C/min ou menos até 480 °C ou temperatura mais baixa após o tratamento térmico.
(13) O método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer um dentre (6) a (12), em que o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura é aço fundido.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0050] De acordo com a presente invenção, é possível fornecer um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura que é usado no tempo de fabricação de tubo de aço sem costura pelo processo Mannesmann e que, em particular, é excelente na resistência à fratura sazonal e usinabilidade.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0051] A Figura 1 é um fluxograma de um método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura da presente invenção.
[0052] A Figura 2 é um gráfico que mostra as faixas do parâmetro de tratamento térmico Ph e o equivalente de carbono Ceq para
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12/36 fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura da presente invenção. [0053] A Figura 3 é um fluxograma de um método de fabricação de um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é descrito na PLT 1.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES [0054] Abaixo, a presente invenção será explicada em detalhes.
Nota-se que, as modalidades da presente invenção não são limitadas às modalidades que são mostradas abaixo:
COMPONENTES [0055] Os valores dos componentes (%) são indicados em % em massa, a menos que por outro modo indicado.
[0056] C: 0,08 a 0,3% [0057] C é um componente eficaz para aprimorar a resistência à alta temperatura, mas não tem efeito se o teor for menor que 0,08%. Além disso, se mais de 0,3%, a dureza torna-se muito alta e a fratura sazonal ocorre mais facilmente. Além disso, o controle do estado de precipitação de carbonetos também se torna difícil. Portanto, C é feito de 0,08 a 0,3%. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite inferior é preferencialmente 0,10%, mais preferencialmente 0,12%. Além disso, de modo similar, o limite superior é preferencialmente 0,25%, mais preferencialmente 0,20%.
[0058] Si: 0,1 a 1,0% [0059] Si é um componente eficaz para desoxidação, mas o efeito é pequeno se menor do que 0,1%. Se mais de 1,0%, o material de base começa a se deteriorar na tenacidade. Portanto, Si é feito de 0,1 a 1,0%. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite inferior é preferencialmente 0,20%, mais preferencialmente 0,30%. Além disso, de modo similar, o limite superior é preferencialmente 0,90%, mais preferencialmente 0,80%.
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13/36 [0060] Mn: 0,2 a 1,5% [0061] Mn estabiliza a austenita a uma alta temperatura. Isto é, o mesmo suprime a formação de δ-ferrita para suprimir a queda na tenacidade. Aquele efeito é obtido a 0,2% ou mais. No entanto, se adicionar mais do que 1,5%, a dureza torna-se muito alta e a fratura sazonal ocorre facilmente após a perfuração. Portanto, Mn é feito de 0,2 a 1,5%. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite inferior é preferencialmente 0,30%, mais preferencialmente 0,40%. Além disso, de modo similar, o limite superior é preferencialmente 1,30%, mais preferencialmente 1,00%.
[0062] Ni: 0,2 a 2,0% [0063] Ni tem a ação de aprimorar a tenacidade da fase arrefecida bruscamente que é formada na parte de superfície do mandril. Para obter esse efeito, é necessário 0,2% ou mais, mas o efeito se torna substancialmente saturado a 2,0%. A adição acima se torna um fator que aumenta o custo. Portanto, Ni é feito de 0,2 a 2,0%. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite inferior é preferencialmente 0,30%, mais preferencialmente 0,40%. Além disso, de modo similar, o limite superior é preferencialmente 1,90%, mais preferencialmente 1,80%.
[0064] Um ou ambos dentre Mo e W: 1,5 a 8,0% [0065] Mo e W são ambos eficazes para aprimorar a resistência à alta temperatura e têm o efeito de elevar o ponto Ac1 para reduzir a parte arrefecida bruscamente na superfície após a perfuração. Esses efeitos são equivalentes a Mo e W. O efeito torna-se pequeno se um ou o total de ambos de Mo e W for menos que 1,5%, então, esses são adicionados para se tornarem maior do que isso. Além disso, se um ou o total de ambos de Mo e W exceder 8,0%, a ferrita permanece até mesmo a uma alta temperatura, a resistência começa a diminuir, fazendo, também com que diminua a tenacidade. Consequentemente,
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14/36 o total de Mo+W é feito de 1,5 a 8,0%. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite inferior é preferencialmente 1,7%, mais preferencialmente 2,0%. Além disso, de modo similar, o limite superior é preferencialmente 7,5%, mais preferencialmente 7,0%.
[0066] Hidrogênio difusível: 2 ppm ou menos [0067] O H (hidrogênio) que está contido como hidrogênio difusível no material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura é um elemento que agrava a fratura sazonal do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, então, o teor tem um significado importante na presente invenção. O hidrogênio difusível é o hidrogênio que se difunde no material. O hidrogênio que é preso aos espaços vazios no material etc. não está incluído. Além disso, o método de medição do hidrogênio difusível será explicado nos exemplos explicados posteriormente. O teor de hidrogênio difusível seria tão pequeno quanto possível. Os inventores constataram que se o hidrogênio difusível for 2 ppm ou menos, a fratura sazonal não ocorre (consultar Tabela 5). Por essa razão, o teor do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, de acordo com presente invenção, é determinado como o limite superior de 2 ppm. Para obter de forma confiável o efeito de supressão da fratura sazonal, o limite superior é preferencialmente 1,5 ppm, mais preferencialmente 1,0 ppm ou menos. Normalmente, o material de aço obtido por meio da fundição contém 7 ppm ou mais de hidrogênio difusível. O hidrogênio difusível no material pode ser reduzido no tempo de tratamento térmico que mantém o material a 700 a 900 °C de uma faixa de temperatura por 0,5 hora a 4 horas. Os detalhes da desidrogenação serão explicados no método de fabricação do mesmo explicado posteriormente.
[0068] Um ou mais dentre Nb, V, Cr e Ti: cada 1,0% ou menos
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15/36 [0069] Nb, V e Ti têm o efeito de refinar os grãos de cristal. No entanto, se adicionado mais de 1,0%, as fases frágeis precipitam e a deterioração da tenacidade é solicitada. Portanto, um ou mais de Nb, V e Ti podem ser adicionados em respectivamente 1,0% ou menos. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite superior é preferencialmente 0,5%, mais preferencialmente 0,1%. Cr tem a ação de aprimorar a tenacidade do material de aço e a resistência à deformação a uma alta temperatura. No entanto, do ponto de vista econômico, o limite superior do teor é feito de 1,0%.
[0070] Cu: 0,5% ou menos [0071] Cu é um elemento que estabiliza a austenita e tem a ação de aprimorar a tenacidade de parte da superfície do mandril que se torna austenita quando mantido a uma alta temperatura no tempo de perfuração. Para obter aquele efeito, é necessário 0,01% ou mais, mas o efeito se torna substancialmente saturado a 0,5%. Portanto, Cu é feito de 0,5% ou menos. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite inferior é preferencialmente 0,01%, mais preferencialmente 0,1%. Além disso, de modo similar, o limite superior é preferencialmente 0,5%, mais preferencialmente 0,3%.
[0072] B: 0,1% ou menos [0073] B tem a ação de fortalecer as fronteiras de grão da camada de superfície de um material de aço mantido a uma alta temperatura no tempo de perfuração e se torna austenita e aprimora a resistência à deformação de alta temperatura e capacidade de deformação, mas se incluído em mais do que 0,1%, a tenacidade diminui devido a precipitação de fases frágeis etc. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite superior é preferencialmente 0,05%, mais preferencialmente 0,01%.
[0074] Ca, Mg e REM: total 0,5% ou menos [0075] Todos dentre Ca, Mg e REM podem ser adicionados para a
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16/36 finalidade de dessulfuração etc. Em particular, isso é eficaz para refinamento de grão e aprimora a tenacidade do material de aço. No entanto, se os teores no total excedem 0,5%, as fases frágeis precipitam e levam a uma queda na tenacidade. Portanto, os teores desses componentes foram feitos de um total de 0,5% ou menos. Se considerar a variação para obter esse efeito, o limite superior é preferencialmente 0,2%, mais preferencialmente 0,1%.
DUREZA [0076] Dureza: HRC6 a 40 [0077] A dureza do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura da presente invenção é preferencialmente HRC6 a 40. Caso se torne uma dureza superelevada HRC40, o resultado é que ocorrerá, facilmente, uma fratura sazonal. Por outro lado, diminuindo sob HRC6, a vida útil de perfuração do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura diminui. Isto é, devido à resistência insuficiente, é provável que o plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura deforme no momento de laminação por perfuração. O limite inferior mais preferencial é HRC20. ESTRUTURA [0078] A estrutura do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura é preferencialmente martensita e/ou bainita submetida à têmpera. No entanto, se apenas deixar o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura no estado como fundido, a estrutura se tornará principalmente martensita submetida à têmpera. Por meio do tratamento térmico após a fundição, a estrutura se torna principalmente martensita e/ou bainita submetida à têmpera e a tenacidade pode ser obtida.
MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO
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17/36 [0079] A seguir, o método de fabricação do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, de acordo com presente invenção, será explicado. O material do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, de acordo com presente invenção, tem uma dureza de HRC6 a 40 e é caracterizado por ter um teor de hidrogênio difusível limitado a 2 ppm ou menos e por ter uma estrutura que compreende principalmente martensita e/ou bainita submetida à têmpera. Essas características são construídas pelas condições de tratamento térmico após a fundição dos materiais de componente que formam o plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura. O método de fabricação do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, de acordo com presente invenção, conforme mostrado na Figura 1, primeiro refina o aço que tem a composição predeterminada acima, então, funde o aço em uma etapa de fundição S1 para obter material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura. Após isso, na etapa de tratamento térmico S2, o mesmo realiza tratamento térmico para ajustar a dureza e desidrogenação do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura. TRATAMENTO TÉRMICO [0080] A etapa de tratamento térmico S2 compreende aquecer o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura a ser termoaquecido até uma temperatura de tratamento térmico predeterminada, manter o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura à temperatura de tratamento térmico por um tempo predeterminado e resfriar o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura após o decorrer do tempo predeterminado. As condições de tratamento térmico serão
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18/36 explicadas do ponto de vista da dureza do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura e do ponto de vista da concentração de hidrogênio difusível. Nota-se que, na presente invenção, a temperatura de tratamento térmico indica a temperatura de superfície do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
[0081] Os aços n— 1 a 18 das composições que são descritas na
Tabela 1 foram submetidos ao alto derretimento de frequência e fundidos em moldes para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura (tamanho: 160 φ x 400 l). Os aços fundidos foram aquecidos sob Condições de Tratamento Térmico 1-1 a 8-3, que são descritas na Tabela 2, para obter as Peças de Teste n— 1 a 37 que são mostradas na Tabela 3. Os resultados da medição da dureza de superfície (HRC) e dos equivalentes de carbono e parâmetros de tratamento térmico da peça de teste são mostrados na Tabela 3. Além disso, as composições das peças de teste correspondem aos números de composição da Tabela 1. Os inventores traçaram a relação entre os equivalentes de carbono e parâmetros de tratamento térmico descritos na Tabela 3 conforme mostrado na Figura 2 e estudaram a relação entre dureza (HRC) e o equivalente de carbono (equivalente C). TABELA 1 (% EM MASSA)
Composição N° C Si Mn Cu Ni Cr Mo W Ce La Nb Equiva lente C
1 0,15 0,50 0,50 - 1,00 - 1,40 2,95 - - 0,71
2 0,15 0,50 0,50 - 1,00 0,50 1,40 2,95 - 0,03 0,81
3 0,15 0,50 0,50 0,02 1,00 0,50 1,40 3,00 - - 0,81
4 0,08 0,45 0,21 0,02 0,64 0,53 1,01 2,95 - - 0,58
5 0,25 0,50 1,48 0,02 0,57 0,52 2,34 3,00 - - 1,23
6 0,17 0,70 0,60 0,02 1,10 0,00 1,41 2,90 - - 0,80
7 0,14 0,50 0,50 0,02 0,90 0,52 1,42 3,00 0,05 - 0,80
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Composição N° C Si Mn Cu Ni Cr Mo W Ce La Nb Equiva lente C
8 0,15 0,50 0,52 - 1,00 0,50 1,40 3,20 - - 0,81
9 0,15 0,50 0,49 - 1,00 0,47 1,40 3,00 0,05 - 0,80
10 0,10 0,50 0,22 - 0,50 0,50 2,05 3,00 - - 0,81
11 0,10 0,45 0,21 0,02 0,48 0,47 1,05 3,10 - - 0,58
12 0,25 0,60 1,45 0,02 0,50 0,52 2,05 3,10 - - 1,19
13 0,29 0,50 0,90 0,02 1,00 0,97 1,80 3,50 - - 1,19
14 0,29 0,60 0,40 - 2,00 0,95 1,70 3,40 - - 1,17
15 0,28 0,70 1,32 - 1,50 0,99 2,00 3,90 - - 1,37
16 0,15 0,45 0,30 - 1,00 0,49 0,51 4,00 - - 0,58
17 0,29 0,80 1,49 - 1,50 0,99 3,50 4,10 - - 1,74
18 0,16 0,55 0,70 - 1,20 0,55 2,95 4,00 - - 1,19
TABELA 2
Condição de Tratamento Térmico Temperatura de Retenção (°C) Tempo de retenção (Hr) Condição de resfriamento
Condição 1-2 950 10 2
Condição 2-1 900 10 1
Condição 3-1 870 4 1
Condição 3-2 870 4 2
Condição 4-2 800 2 2
Condição 5-2 730 3 2
Condição 6-1 650 4 1
Condição 6-3 650 4 3
Condição 7-2 600 1 2
Condição 8-3 550 1 3
[0082] Condição de resfriamento 1: Reter o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura no forno à temperatura de retenção (°C) para o tempo de
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20/36 retenção (Hr), então, o forno resfria pela taxa média de resfriamento de 2 °C/min até a temperatura ambiente (25 °C).
[0083] Condição de resfriamento 2: Reter o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura no forno à temperatura de retenção (°C) para o tempo de retenção (Hr), então, o forno resfria pela taxa média de resfriamento de 2 °C/min até 480 °C, então, tira o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura do forno e permite que o material resfrie naturalmente no ar.
[0084] Condição de resfriamento 3: Reter material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura no forno à temperatura de retenção (°C) para o tempo de retenção (Hr), então, tira o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura do forno e permite que o material resfrie naturalmente no ar.
TABELA 3
Peça de Teste N° Composição (Composição No daTabela 1) Equivalente de carbono (equivalente C) Condição de Tratamento Térmico (consultar Tabela 2) Parâmetro de Tratamento térmico (Ph) Dureza de superfície (HRC)
1 4 0,58 4-2 23929 8,0
2 4 0,58 5-2 22545 10,4
3 11 0,58 6-1 20862 14,9
4 11 0,58 7-2 19206 20,9
5 16 0,58 8-3 18106 26,9
6 1 0,71 3-1 25834 8,0
7 1 0,71 3-2 25834 8,0
8 1 0,71 6-3 20861 25,1
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Peça de Teste N° Composição (Composição No daTabela 1) Equivalente de carbono (equivalente C) Condição de Tratamento Térmico (consultar Tabela 2) Parâmetro de Tratamento térmico (Ph) Dureza de superfície (HRC)
9 2 0,81 3-1 25834 8,0
10 2 0,81 3-2 25834 8,0
11 2 0,81 6-3 20861 25,1
12 6 0,80 2-1 26979 5,5
13 7 0,80 3-2 25834 10,0
14 9 0,80 4-2 23929 14,6
15 3 0,81 5-2 22545 18,2
16 8 0,81 6-1 20862 25,1
17 10 0,81 7-2 19206 34,0
18 10 0,81 8-3 18106 41,0
19 14 1,17 1-2 28129 4,0
20 14 1,17 2-1 26979 6,95
21 12 1,19 3-2 25834 10,4
22 13 1,19 4-2 23929 16,4
23 18 1,19 5-2 22545 25,7
24 18 1,19 6-1 20862 35,8
25 5 1,23 7-2 19206 48,9
26 15 1,37 1-2 28129 3,95
27 15 1,37 2-1 26979 5,95
28 15 1,37 3-1 25834 10,2
29 15 1,37 4-2 23929 20,4
30 15 1,37 5-2 22545 33,6
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Peça de Teste N° Composição (Composição No daTabela 1) Equivalente de carbono (equivalente C) Condição de Tratamento Térmico (consultar Tabela 2) Parâmetro de Tratamento térmico (Ph) Dureza de superfície (HRC)
31 15 1,37 6-3 20862 46,8
32 17 1,74 1-2 28129 5,0
33 17 1,74 2-1 26979 8,0
34 17 1,74 3-2 25834 10,95
35 17 1,74 4-2 23929 26,9
36 17 1,74 5-2 22545 43,1
37 17 1,74 6-3 20862 60,1
[0085] No presente documento, o parâmetro de tratamento térmico (Ph) é definido como na fórmula 1 a seguir. Além disso, o equivalente de carbono (equivalente C) tem um grande efeito na dureza da composição de aço, portanto, foi usado como um indicador. O equivalente de carbono é definido pela fórmula 4 a seguir.
[0086] A Figura 2 mostra a relação entre o equivalente de carbono (equivalente C) e o parâmetro de tratamento térmico Ph. Os valores numéricos que estão fixados próximos aos círculos brancos na Figura 2 mostram os valores HRC das peças de teste. A partir da Figura 2, os inventores constataram que para ajustar a dureza do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura a uma faixa adequada de HRC6 a 40 na faixa, as condições de tratamento térmico deveriam ser configuradas de modo que o parâmetro de tratamento térmico Ph satisfaça a fórmula 2 e a fórmula 3 a seguir.
PH=Tx(22+logwHr) ··· fórmula 1
PH<7500xCeq+20900 e PH<27500-fórmula 2 PH>5.000xCeq+14.500-fórmula 3
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23/36 [0087] em que [0088] T indica a temperatura de tratamento térmico nas unidades de °K. Nota-se que, a temperatura de tratamento térmico T é a temperatura de superfície do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
[0089] Hr indica o tempo de retenção, ou seja, o tempo para reter o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura à temperatura de tratamento térmico T nas unidades de horas.
[0090] Ceq indica o equivalente de carbono do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura e é definido pela fórmula 4 a seguir.
Ceq=C+Si/4+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5+Mo/5 -fórmula 4 [0091] Nota-se que, na fórmula 4, C, Si, P, Al e Mn são os teores dos elementos (% em massa).
[0092] Conforme mostrado na Figura 2, constatou-se que as peças de teste que têm equivalentes C de 0,5 a 1,8 são determinadas HR6 para durezas 40 por meio das condições de tratamento térmico nas faixas da fórmula 2 que mostram o limite superior do parâmetro de tratamento térmico Ph e fórmula 3 que mostra o limite inferior. Além disso, se comparar uma pluralidade de peças de teste que tem equivalentes C similares, será entendido que o valor HRC se torna mais alto quanto mais baixo for o parâmetro de tratamento térmico Ph.
[0093] Além disso, conforme mostrado na Figura 2, quando as peças de teste que têm equivalente C=0,5 a 1,8 no equivalente de carbono foram termotratadas por meio das condições de tratamento térmico que excedem os limites superiores definidos pela fórmula 2, as durezas das peças de teste após o tratamento térmico permaneceram menos do que HRC6. Além disso, quando as peças de teste de tratamento térmico que têm equivalentes C dentro da faixa acima
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24/36 através das condições de tratamento térmico sob o limite inferior que é definido na fórmula 3, as durezas das peças de teste após o tratamento térmico se tornam superiores a HRC40. Nota-se que, na Figura 2, os pontos pretos mostram a ocorrência da fratura sazonal.
[0094] Além disso, conforme explicado acima, a dureza do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura após o tratamento térmico é preferencialmente HRC20 para 40. Um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que tem tal faixa preferencial da dureza pode ser fabricado por meio do tratamento térmico de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que tem uma composição na faixa do equivalente C acima sob as condições de tratamento térmico que incluem um parâmetro de tratamento térmico Ph que satisfaz a fórmula 5 a seguir:
PH<5.000xCeq+17.500 e Ph<25.000 ^fórmula 5 [0095] A etapa de tratamento térmico é concluída preferencialmente dentro de 24 horas incluindo a elevação de temperatura e o resfriamento do ponto de produtividade. O limite superior do tempo de retenção Hr na etapa de tratamento térmico é preferencialmente 10 horas ou menos, é, mais preferencialmente, 4 horas ou menos no tempo. A partir dos resultados acima das peças de teste, foi confirmado que realizando-se o tratamento térmico a uma temperatura de tratamento térmico de 550 °C a 900 °C por 0,5 hora a 10 horas, mais preferencialmente 0,5 hora a 4 horas no tempo de retenção de modo que o parâmetro de tratamento térmico Ph satisfaça a fórmula 2 e fórmula 3 acima, um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura com um equivalente C=0,5 a 1,8 no equivalente de carbono tem um HRC6 para dureza 40.
[0096] Na faixa de temperatura do tratamento térmico, de acordo
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25/36 com a presente invenção, a espessura da carepa de óxido que foi formada na superfície do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura foi geralmente 100 qm aproximadamente. Foi constatado que nessa extensão de carepa de óxido pode ser removido facilmente por corte, cisalhamento, etc.
[0097] Em seguida, considere isso do ponto de vista da desidrogenação do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
[0098] O tratamento térmico que compreende reter o material a
550 °C a 900 °C na faixa de temperatura por 0,5 hora a 10 horas pode ser usado para reduzir o teor de hidrogênio difusível no material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura. Normalmente, o teor de hidrogênio difusível do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura após a fundição é 7 ppm ou mais, mas foi confirmado que se reter o material nessa faixa de temperatura por pelo menos 0,5 hora, o teor de hidrogênio difusível do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura se torna 2 ppm ou menos. A atmosfera de tratamento térmico pode ser o ar.
[0099] O resfriamento após esse tratamento térmico é a etapa que determina a estrutura do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura. A estrutura do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura é adequadamente martensita e/ou bainita submetida à têmpera. No entanto, se o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura com um equivalente de carbono de 0,5 a 1,8 na faixa for fundido, então, deixado em estado como fundido, conforme explicado acima, a estrutura
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26/36 se torna principalmente martensita submetida à têmpera. Portanto, para obter tenacidade, uma temperatura de tratamento térmico de 550 °C a 900 °C é usada para o tratamento térmico. Além disso, o resfriamento após o tratamento térmico também tem o efeito de fazer com que os carbonetos precipitados cresçam até um certo ponto e se tornem esferoidais. Além disso, o estado de precipitação de Mo e W aparece na dureza. Isto é, por meio da precipitação adequada, a dureza pode ser suprimida. A partir das constatações dos inventores, ao formar adequadamente precipitados de Mo e W, a dureza do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura diminui. Ao realizar o tratamento térmico a uma faixa de 700 °C a 900 °C de temperatura por 0,5 hora ou mais, o Mo e W que formam uma solução sólida no material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura precipitam e a dureza diminui. Nesse caso, para obter a dureza desejada do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura é preferencialmente resfriado por uma taxa de resfriamento de 5 °C/min ou menos até uma temperatura de 480 °C ou menos. A taxa de resfriamento é preferencialmente uma taxa de resfriamento de 1 °C/min ou menos.
[00100] A taxa de resfriamento é lenta e de resfriamento gradual. Quanto maior a temperatura de tratamento térmico e, adicionalmente, mais longo o tempo de retenção, mais a dureza diminui. Dessa maneira, por meio do tratamento térmico do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, é possível controlar o estado de precipitação dos precipitados de Mo e W e, como um resultado, controlar a dureza. No entanto, se mais de 900 °C, a transformação para austenita avança gradualmente, então, mesmo com uma taxa de resfriamento de 5 °C/min ou menos, a dureza aumenta
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27/36 algumas vezes. Por outro lado, o limite inferior da taxa de resfriamento não é particularmente limitado, mas se a taxa de resfriamento for muito lenta, o tempo de exposição à faixa de alta temperatura se torna longo e ocorre uma queda na dureza ou engrossamento dos carbonetos. Além disso, na operação, o tempo operacional no tratamento térmico se torna maior e um problema surge a partir do ponto de vista de economia. Por essa razão, a taxa de resfriamento é preferencialmente 0,1 °C/min ou mais.
[00101] Nota-se que, para realizar essa condição de resfriamento, é adequado resfriar o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura dentro do forno de tratamento térmico. O resfriamento de forno pode ser usado para resfriamento gradual. Por exemplo, é possível resfriar o forno a 480 °C ou menos, então, tirar o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura do forno e permitir que o mesmo resfrie no ar. Alternativamente, é possível resfriar o forno à temperatura ambiente, então, tirar o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura do forno.
[00102] O resfriamento natural da condição de resfriamento 3 da Tabela 2 é realizado desde que o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura passe a ter uma temperatura inferior a 480 °C, de modo a não afetar a estrutura, os precipitados e o teor de hidrogênio do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
[00103] O material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que é ajustado pela etapa de tratamento térmico S2 a um HRC6 para dureza 40 é conformado pela etapa de conformação S3 para um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem
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28/36 costura que tem um formato predeterminado. A etapa de conformação S3 pode ser cortada etc. Além disso, a etapa de conformação S3 pode ser realizada logo após a etapa de tratamento térmico S2 ou pode ser realizada após armazenamento a longo prazo do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura desde que não ocorra fratura sazonal.
[00104] Além disso, o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura da presente invenção pode ser conformado pela etapa de conformação S3 a um formato de ferramenta predeterminado, então, um revestimento protetor pode ser formado na superfície do mesmo por meio de vários métodos em uma etapa de formação de revestimento protetor S4. Como a etapa de formação de revestimento protetor S4, por exemplo, é possível realizar pelo menos um tipo de tratamento térmico que forma uma camada de carepa, o tratamento para revestir uma cerâmica ou outro revestimento protetor por meio de pulverização térmica ou outro tratamento. O método em uma etapa de formação de revestimento protetor S4 não é particularmente limitado.
EXEMPLOS [00105] Em seguida, os exemplos do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, de acordo com presente invenção, serão explicados. Os aços das composições que são descritas na Tabela 1 foram usados e termotratados sob as condições de tratamento térmico predeterminadas para preparar os exemplos da presente invenção. Os exemplos da presente invenção foram medidos para quantidades de hidrogênio, testados para fratura sazonal, testados para usinabilidade, testados para avaliar a tenacidade e testados para deformação de mandril.
MEDIÇÃO DO TEOR DE HIDROGÊNIO DIFUSÍVEL (1) PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS DE MEDIÇÃO
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29/36 [00106] As Peças de Teste no 6 a no 11 que são descritas na Tabela 3 foram preparadas como os Exemplos 1 a 6 da presente invenção que são mostrados na Tabela 4. Além disso, para comparação com a presente invenção, exceto para usar o Aço no 1 e Aço no 2 que foram descritos na Tabela 1 e o tratamento térmico do Aço no 1 e Aço no 2 sob a Condição de Tratamento Térmico A a seguir, as mesmas condições de fabricação, como para os exemplos da Tabela 1, foram usadas para fabricação de materiais para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura dos Exemplos Comparativos 1 e 2.
CONDIÇÃO DE TRATAMENTO TÉRMICO A (EXEMPLO COMPARATIVO): RESFRIAMENTO NATURAL NO ESTADO COMO FUNDIDO DE AR [00107] A partir dos materiais para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura dos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 e 2, as peças de teste de φ20χ10 mm foram cortadas para preparar amostras de análise para medição dos teores de hidrogênio difusível que correspondem aos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 e 2 (doravante, denominado como amostras de análise de H2). As amostras de análise de H2 foram armazenadas imersas no nitrogênio líquido logo após serem cortadas dos materiais para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
(2) CONDIÇÕES DE MEDIÇÃO DE HIDROGÊNIO DIFUSÍVEL [00108] Logo antes da medição do hidrogênio difusível, a amostra de análise de H2 acima foi retirada do nitrogênio líquido e lavada por meio da lavagem ultrassônica. Após isso, a amostra de análise de H2 foi seca pelo ar resfriado, pesada e usada para várias medições. O hidrogênio difusível que está contido na amostra de análise de H2 foi medido inserindo-se a amostra de análise de H2 em um aparelho de
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30/36 espectrometria de massa, exaurindo o ar por 10 minutos, então, aquecendo em um vácuo com uma pressão inicial no início da medição de cerca de 1,4x10-5 Pa por uma taxa constante de 100 °C/hora (1,67 °C/min) de aumento de temperatura da temperatura ambiente a 600 °C e analisando a intensidade espectral de massa do hidrogênio que aumenta ao mesmo tempo do aquecimento. Além disso, a intensidade espectral de massa de hidrogênio foi analisada usando-se um espectrômetro de massa (produzido por Canon-Anelva, espectrômetro de massa de quadripolo M201QA-TDM).
(3) RESULTADOS DE MEDIÇÃO DO TEOR DE HIDROGÊNIO DIFUSÍVEL [00109] Os resultados de medição dos teores de hidrogênio difusível que foram medidos para as amostras de análise de H2 que correspondem aos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 e 2 são mostrados na Tabela 4. Se comparar os Exemplos 1 a 6 e os exemplos comparativos, mostrados na Tabela 4 para o teor de hidrogênio, pode ser confirmado que os aços fundidos no escopo da composição definida pela presente invenção foram desidrogenizados por meio do tratamento térmico definido pela presente invenção.
TABELA 4
Condição de Tratamento Térmico Composição Teor de Hidrogênio (ppm)
Exemplo 1 3-1 Aço n2 1 2
Exemplo 2 3-2 Aço no 1 1
Exemplo 3 6-3 Aço no 1 1
Exemplo 4 3-1 Aço no 2 2
Exemplo 5 3-2 Aço no 2 1
Exemplo 6 6-3 Aço no 2 1
Ex. Comp. 1 A Aço no 1 7
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Condição de Tratamento Térmico Composição Teor de Hidrogênio (ppm)
Ex. Comp. 2 A Aço no 2 7
RESULTADOS DO TESTE DE FRATURA SAZONAL [00110] Vinte amostras do material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura foram preparadas para cada um dentre Aço 1 e Aço 2 sob as mesmas condições de tratamento térmico como as condições de tratamento térmico dos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 e 2. O número de dias exigido até a ocorrência da fratura sazonal quando deixada no ar por 30 dias foi analisado e a frequência da ocorrência foi registrada. A Tabela 5 mostra os resultados.
[00111] Os Exemplos 1 a 6, ou seja, os materiais para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura das Condições de Tratamento Térmico 3-1, 3-2 e 6-3, de acordo com a presente invenção, não sofreram de qualquer fratura sazonal em todos, independentemente das diferenças nas composições do Aço 1 e do Aço 2 mesmo se mantidas por 30 dias no ar. Por outro lado, os Exemplos Comparativos 1 e 2, ou seja, os materiais da Condição de Tratamento Térmico A, sofreram de fratura sazonal por 14 dias. Após o decorrer de 30 dias, 16 amostras (80%) foram confirmadas para sofrer de fratura sazonal. Nenhuma fratura sazonal foi confirmada nos materiais das Condições de Tratamento Térmico 3-1,3-2 e 6-3. A partir do supracitado, foi confirmado que a fratura sazonal foi suprimida pelo efeito de desidrogenação, de acordo com a presente invenção.
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TABELA 5
Condição de Tratamento Térmico Dias de repouso
Dentro de 10 dias 11 a 20 dias 21 a 30 dias
Exemplos 1 e 4 Condição 3-1 0 0 0
Exemplos 2 e 5 Condição 3-2 0 0 0
Exemplos 3 e 6 Condição 6-3 0 0 0
Ex. Comp. 1 e 2; Condição A 0 7 (35%) 16 (80%)
USINABILIDAD
[00112] Cada material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura do Aço 2 termoaquecido sob Condições de Tratamento Térmico 3-1, 3-2, 6-3 e A foi preparado e avaliado para usinabilidade pela presença de qualquer ruptura da ferramenta de corte ao brocar a parte de metal central do plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura. Os resultados são mostrados na Tabela 6. Conforme mostrado na Tabela 6, sob as Condições de Tratamento Térmico 3-1, 3-2 e 6-3, não houve ruptura. No entanto, sob a Condição de Tratamento Térmico A, a ruptura da ponta de broca foi confirmada. O broqueamento atual não foi possível.
TABELA 6
Condição de Tratamento Térmico Usinabilidade Obervações
Exemplo 4 Condição 3-1 Bom Nenhum problema particular
Exemplo 5 Condição 3-2 Bom Nenhum problema particular
Exemplo 6 Condição 6-3 Bom Nenhum problema particular
Ex. Comp. 2 Condição A Insuficiente A usinagem não é possível devido à ruptura da ponta de broca
AVALIAÇÃO DE TENACIDADE [00113] A tenacidade foi avaliada por um teste de impacto Charpy a °C. Cada duas peças foram preparadas ao serem cortadas a partir
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33/36 de materiais para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura dos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 a 4 e foram testadas à temperatura ambiente (20 °C) por meio de um teste de impacto Charpy. Além disso, para o teste para avaliação da tenacidade, a Peça de Teste no 24 de Tabela 3 foi usada como o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura do Exemplo 7. A mesma técnica como para os Exemplos 1 e 6 e Exemplos Comparativos 1 e 2 foi usada para o teste de impacto Charpy do Exemplo 7. Os resultados da avaliação da tenacidade pelo teste de impacto Charpy são mostrados na Tabela 7. Sob as Condições de Tratamento Térmico 3-1, 3-2, 6-1 e 6-3, os resultados foram 17 a 70 J/cm2 no nível. Por outro lado, sob a Condição A, o resultado foi 5 a 7 J/cm2 no nível. Houve uma diferença notável dos resultados das Condições 3-1, 3-2, 6-1 e 6-3 de acordo com os exemplos da presente invenção.
TABELA 7
Condição de Tratamento Térmico Composição Valor de impacto de Charpy (J/cm2)
Exemplo 1 3-1 Aço no 1 50
Exemplo 2 3-2 Aço no 1 58
Exemplo 3 6-3 Aço no 1 70
Exemplo 4 3-1 Aço no 2 58
Exemplo 5 3-2 Aço no 2 70
Exemplo 6 6-3 Aço no 2 70
Exemplo 7 6-1 Aço n2 18 17
Ex. Comp. 1 A Aço no 1 7
Ex. Comp. 2 A Aço no 2 5
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TESTE DE DEFORMAÇÃO DE MANDRIL (1) FORMAÇÃO DE REVESTIMENTO VAPORIZADO TÉRMICO [00114] O aço de cada composição que é descrito na Tabela 8 foi derretido através do aquecimento por indução de alta frequência e foi fundido com o uso de um molde de plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura (tamanho: 160φχ400 l). Cada aço fundido, conforme mostrado na Tabela 8, foi termotratado pela condição de tratamento térmico que é descrita na Tabela 2. Os Exemplos A1 a A4 e os Exemplos Comparativos B1 e B2 foram obtidos. Cada material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura dos Exemplos A1 a A4 e Exemplos Comparativos B1 e B2 foi preparado. A superfície inteira do material de base foi formada com um revestimento protetor por meio da pulverização térmica de um material a base de ferro.
(2) LAMINAÇÃO POR PERFURAÇÃO [00115] Com o uso de um perfurador modelo (perfurador de uso de teste) cada plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura, o tarugo redondo seguinte aquecido para 1.200 °C foi conformado através da perfuração giratória. Cada mandril foi usado para laminar por perfuração cinco vezes, desse modo, o tamanho da deformação da ponta do mandril do formato inicial foi medido como a quantidade de deformação. Os resultados são mostrados na Tabela 8.
[00116] · Dimensões do tarugo: diâmetro externo 75 mm, comprimento 700 mm [00117] · Material de tarugo: SUS304 [00118] · Dimensões de mandril: diâmetro externo 60 mm
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TABELA 8
Condição de Tratamento Térmico (consultar Tabela 2) Composição de Aço (Composição de Tabela 1) HRC Deformação (mm)
Exemplo A1 5-2 n° 15 33,6 0,80
Exemplo A2 6-1 n° 18 35,8 0,80
Exemplo A3 7-2 n° 11 20,9 1,10
Exemplo A4 3-1 no 1 8,0 1,40
Ex. Comp. B1 1-2 n2 14 4,0 2,25
Ex. Comp. B2 1-2 no 15 3,95 2,35
[00119] Os Exemplos A1 a A4 têm durezas na faixa da presente invenção, então, a quantidade de deformação do mandril após cinco operações de laminação por perfuração repetidas é pequena. Em oposição à isso, os Exemplos Comparativos B1 e B2 têm durezas de menos que HRC6, então, a quantidade de deformação do mandril após cinco operações de laminação por perfuração repetidas é grande como cerca de duas vezes. Nota-se que, se a quantidade de deformação for 1,5 mm ou menos, o mandril pode ser reciclado.
[00120] A partir do supracitado, pode-se confirmar que de acordo com o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura de acordo com a presente invenção, a ocorrência da fratura sazonal pode ser suprimida. Além disso, foi confirmado que a usinabilidade também foi boa. Devido a isso, torna-se possível abordar a diversificação do tubo de aço sem costura, armazenar o material no sítio e trabalhar o mesmo em um formato adequado de um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura.
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APLICABILIDADE INDUSTRIAL [00121] A presente invenção pode ser utilizada como um material para um plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura. Além disso, o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura de acordo com a presente invenção pode ser armazenado por um longo período de tempo e é fácil de trabalhar em um formato adequado.

Claims (13)

1. Material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, caracterizado pelo fato de que compreende como componentes, em % em massa:
C: 0,08 a 0,3%,
Si: 0,1 a 1,0%,
Mn: 0,2 a 1,5%,
Ni: 0,2 a 2,0%, e, além disso, um ou ambos dentre W e Mo em um total de
1,5% a 8%, um saldo de Fe e impurezas, e hidrogênio difusível que está contido como uma impureza em 2 ppm ou menos, e, que tem uma dureza HRC de 6 a 40.
2. Material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, em % em massa, um ou mais dentre
Cu: 0,5% ou menos,
Cr: 1,0% ou menos,
Nb: 1,0% ou menos,
V: 1,0% ou menos,
Ti: 1,0% ou menos, e
B: 0,1% ou menos.
3. Material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, em % em massa, um ou mais dentre
Ca 0,5% ou menos,
Mg: 0,5% ou menos, e
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REM: 0,5% ou menos em um total de 0,5% ou menos.
4. Material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a dureza é HRC 20 a 40.
5. Material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o dito material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura é aço fundido.
6. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, caracterizado pelo fato de que compreende fundir um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura que contém como componentes, % em massa:
C: 0,08 a 0,3%,
Si: 0,1 a 1,0%,
Mn: 0,2 a 1,5%,
Ni: 0,2 a 2,0%, e, além disso, um ou ambos dentre W e Mo em um total de
1,5% a 8% e tem um saldo de Fe e impurezas, realizar o tratamento térmico no material fundido para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura sob condições em que um parâmetro de tratamento térmico Ph definido pela fórmula 1 a seguir satisfaz a fórmula 2 e a fórmula 3, e conformar o material termotratado para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura;
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3/5 em que
PH=Tx(22+logioHr) ··· fórmula 1
PH<7.500xCeq+20.900 e PH<27.500-fórmula 2
PH>5.000xCeq+14.500-fórmula 3, e em que
T indica a temperatura de tratamento térmico em unidades de °K, e
Hr indica o tempo de retenção na temperatura de tratamento térmico em unidades de horas, e
Ceq indica o equivalente de carbono definido pela fórmula 4 a seguir;
em que
Ceq=C+Si/4+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5+Mo/5 ··· fórmula 4, e em que as notações dos elementos expressam os teores dos elementos em % em massa.
7. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura contém adicionalmente, em % em massa, um ou mais dentre:
Cu: 0,5% ou menos,
Cr: 1,0% ou menos,
Nb: 1,0% ou menos,
V: 1,0% ou menos,
Ti: 1,0% ou menos, e
B: 0,1% ou menos.
8. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem
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4/5 costura, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura contém adicionalmente, em % em massa, um ou mais dentre:
Ca: 0,5% ou menos,
Mg: 0,5% ou menos, e
REM: 0,5% ou menos em um total de 0,5% ou menos.
9. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de tratamento térmico Ph satisfaz a fórmula 5 a seguir:
PH<5.000xCeq+17.500 e Ph<25.000 ··· fórmula 5
10. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que a temperatura de tratamento térmico é 550 °C a 900 °C e o tempo de retenção na temperatura de tratamento térmico é 0,5 hora a 10 horas.
11. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a temperatura de tratamento térmico é 700 °C a 900 °C e o tempo de retenção é 0,5 hora a 4 horas.
12. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente resfriar o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura
Petição 870190062892, de 05/07/2019, pág. 44/50
5/5 por meio de uma taxa de resfriamento de 5 °C/min ou menos até 480 °C ou temperatura inferior após tratamento térmico.
13. Método de fabricação de um material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação do tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, caracterizado pelo fato de que o material para plug usado no processo de “Piercer Plug Mill” para fabricação de tubos sem costura é aço fundido.
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