BR112016000543B1 - tubo de aço de poço de óleo de baixa liga e método para fabricar o mesmo - Google Patents

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Tomohiko Omura
Yuji Arai
Keiichi Kondo
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Nippon Steel Corporation
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Abstract

TUBO DE AÇO DE POÇO DE ÓLEO DE BAIXA LIGA E MÉTODO PARA FABRICAR O MESMO. Trata-se de um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga que tem um limite de elasticidade de 965 MPa (140 ksi) ou mais e que exibe, de modo estável, excelente resistência a SSC que é fornecido. O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, inclui uma composição química que consiste, em % em massa, em C: 0,40 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,10 a 1,00%, P: 0,020% ou menos, S: 0,0020% ou menos, Cu: 0,15% ou menos, Cr: 0,40 a 1,50%, Mo: 0,50 a 2,50%, V: 0,05 a 0,25%, Ti: 0 a menos que 0,01%, Nb: 0,01 a 0,2%, Al sol.: 0,010 a 0,100%, N: 0,006% ou menos, B: 0 a 0,0015%, e Ca: 0 a 0,003%, sendo que o equilíbrio é de Fe e impurezas; e uma estrutura que consiste em martensita temperada e 0 a menos que 2% na razão de volume de austenita retida, e um número de tamanho de grão de um grão de austenita anterior na estrutura é 9,0 ou mais, e na martensita temperada, um diâmetro circular equivalente de uma subestrutura circundada por um limite que tem uma diferença de orientação de cristal de 15° ou mais dentre um limite de pacote, um limite de bloco (...).

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[0001] A presente invenção refere-se a um tubo de aço de poço de óleo e a um método para fabricar o mesmo e, mais especificamente, refere-se a um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga usado, por exemplo, para um revestimento ou uma tubagem para um poço de óleo ou um poço de gás e a um método para fabricar o mesmo.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA
[0002] Com o aumento em profundidade de poços de óleo e poços de gás (doravante, os poços de óleo e os poços de gás são coletiva e simplesmente referidos como “poços de óleo”), há uma necessidade de aumento na rigidez de tubos de aço de poço de óleo. Convencionalmente, o tubo de aço de poço de óleo de classificação 551 MPa (80 ksi) (limite de escoamento de 551 a 654 MPa (ou seja, 80 a 95 ksi)) e de classificação 654 MPa (95 ksi) (limite de escoamento de 654 a 758 MPa ou seja, 95 a 758 MPa (110 ksi)) tem sido amplamente usado. Entretanto, recentemente, os tubos de aço de poço de óleo de classificação 758 MPa (110 ksi) (limite de escoamento de 758 a 862 MPa, ou seja, 110 a 125 ksi) são colocados em uso.
[0003] Muitos dos poços profundos recentemente desenvolvidos contêm sulfeto de hidrogênio, que é corrosivo. Então, exige-se que os tubos de aço de poço de óleo não tenham apenas alta rigidez, mas também resistência à corrosão sob tensão assistida por sulfeto (doravante referida como resistência a SSC).
[0004] Como uma medida para aprimorar a resistência a SSC de um tubo de aço de poço de óleo de classificação convencional de 654 a 758 MPa (95 a 110 ksi), os métodos conhecidos incluem limpar o aço e tornar a estrutura de aço mais fina. Por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente N° JP 62-253720 propõe o método para aprimorar a resistência a SSC reduzindo-se os elementos de impureza, tais como Mn e P. A Publicação de Pedido de Patente N° JP 59- 232220 propõe o método para aprimorar a resistência a SSC realizando-se têmpera duas vezes por refinamento de grão.
[0005] Em resposta à necessidade de aumento na rigidez dos tubos de aço de poço de óleo, recentemente, os tubos de aço de poço de óleo de classificação 862 MPa (125 ksi) (limite de escoamento de 862 a 965 MPa) são colocados em uso. Além disso, há uma necessidade crescente de tubos de aço de poço de óleo que tenham limite de escoamento de 965 MPa (limite de escoamento de 140 ksi) ou mais.
[0006] A corrosão sob tensão assistida por sulfeto (SSC) é mais propensa a ocorrer à medida que a rigidez é mais alta. Então, os tubos de aço de poço de óleo de 965 MPa (140 ksi) ou mais precisam ter resistência a SSC adicionalmente aprimorada, em comparação aos tubos de aço de poço de óleo convencionais da classe 654 MPa (95 ksi), da classificação 758 MPa (110 ksi) e da classificação 862 MPa (125 ksi).
[0007] As Publicações de Pedido de Patente N°s JP 6-322478, JP 8- 311551, JP 11-335731, JP 2000-178682, JP 2000-256783, JP 2000-297344, JP 2000-119798, JP 2005-350754 e JP 2006-265657 propõem, cada uma, uma medida para aprimorar a resistência a SSC do aço para um tubo de poço de óleo de alta rigidez.
[0008] A Publicação de Pedido de Patente N° JP 6-322478 propõe o método para aprimorar a resistência a SSC de um produto de aço de classificação 862 MPa (125 ksi) fornecendo-se uma estrutura de aço mais fina por tratamento térmico com uso de aquecimento por indução. A Publicação de Pedido de Patente N° JP 8-311551 propõe o método para aprimorara resistência a SSC de um tubo de aço das classificações de 758 a 965 MPa (110 a 140 ksi) intensificando-se a dureza com uso do processo de têmpera direto e aumentando-se a temperatura de revenimento. A Publicação de Pedido de Patente N° JP 11-335731 propõe o método para aprimorar a resistência a SSC de um aço de baixa liga das classificações 758 a 965 MPa (110 a 140 ksi) fazendo-se o ajuste para fornecer a composição química de liga ideal. As Publicações de Pedido de Patente N°s JP 2000-178682, JP 2000-256783 e JP 2000-297344 propõem, cada uma, o método para aprimorar a resistência a SSC de um aço para um tubo de poço de óleo de baixa liga das classificações 758 a 965 MPa (110 a 140 ksi) controlando-se os formatos de carbonetos. A Publicação de Pedido de Patente N° JP 2000-119798 propõe o método para retardar um tempo de ocorrência de SSC em um produto de aço de das classificações de 758 a 862 MPa (110 a 125 ksi) através da precipitação de uma grande quantidade de carbonetos V finos. A Publicação de Pedido de Patente N° JP 2005-350754 propõe o método para aprimorar a resistência a SSC de um tubo de aço de poço de óleo da classificação 862 MPa (125 ksi) ou mais, controlando-se a densidade de deslocamento e o coeficiente de difusão de hidrogênio para valores desejados. A Publicação de Pedido de Patente N° JP 2006-265657 propõe o método para aprimorar a resistência a SSC de um aço para um tubo de poço de óleo da classificação 862 MPa (125 ksi) ou mais através da produção de uma estrutura de bainita de fase única, que é fornecida contendo-se um grande teor de C no aço e, durante o resfriamento de água, interrompendo-se o resfriamento de água a 400 a 600 °C e realizando-se o tratamento térmico de transformação isotérmica (tratamento por austêmpera) a 400 a 600 °C.
DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR DOCUMENTOS DE PATENTE
[0009] Literatura de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° Jp: 62-253720
[0010] Literatura de Patente 2: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° Jp: 59-232220
[0011] Literatura de Patente 3: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp: β-322478
[0012] Literatura de Patente 4: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp: 8-311551
[0013] Literatura de Patente 5: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp. 11_335731
[0014] Literatura de Patente 6: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp. 2000-178682
[0015] Literatura de Patente 7: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp. 2000-256783
[0016] Literatura de Patente 8: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp. 2000-297344
[0017] Literatura de Patente 9: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp: 2000-119798
[0018] Literatura de Patente 10: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° jp: 2005-350754
[0019] Literatura de Patente 11: Publicação de Pedido de Patente Não examinada n° Jp: 2006-265657
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0020] Entretanto, qualquer uma das técnicas reveladas nos documentos de patente pode falhar no fornecimento de um tubo de aço de poço de óleo que tenha um limite de escoamento de 965 MPa (140 ksi) ou mais e que exiba, de modo estável, excelente resistência a SSC.
[0021] É um objetivo da presente invenção fornecer um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga que tenha um limite de escoamento de 965 MPa (140 ksi) ou mais e que exiba, de modo estável, excelente resistência a SSC.
[0022] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, inclui uma composição química que consiste, em % em massa, em C: 0,40 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,10 a 1,00%, P: 0,020% ou menos, S: 0,0020% ou menos, Cu: 0,15% ou menos, Cr: 0,40 a 1,50%, Mo: 0,50 a 2,50%, V: 0,05 a 0,25%, Ti: 0 a menos que 0,01%, Nb: 0,01 a 0,2%, Al sol.: 0,010 a 0,100%, N: 0,006% ou menos, B: 0 a 0,0015%, e Ca: 0 a 0,003%, sendo que o equilíbrio é de Fe e impurezas, e uma estrutura que consiste em martensita revenida e 0 a menos que 2% na fração volumétrica de austenita retida. Um número de tamanho de grão de um grão de austenita anterior na estrutura é 9,0 ou mais, e na martensita revenida, um diâmetro circular equivalente de uma subestrutura circundada por um limite que tem uma diferença de orientação de cristal de 15° ou mais dentre um limite de pacote, um limite de bloco e um limite de ripa é 3 pm ou menos.
[0023] O método para fabricar uma tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, inclui uma etapa de trabalho a quente de realizar um trabalho a quente em um material primário que tem a composição química descrita acima para formar uma lupa, uma etapa de têmpera final de submeter a lupa à têmpera em que uma taxa de resfriamento, quando uma temperatura da lupa está entre 500 °C e 100 °C, é ajustada para 1 °C/s a menos que 15 °C/s e a temperatura da lupa em que o resfriamento é interrompido é ajustada para 100 °C ou menos, e uma etapa de revenir a lupa temperada.
[0024] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, tem o limite de escoamento de 965 MPa (140 ksi) ou mais e exibe, de modo estável, excelente resistência a SSC.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0025] A Figura 1 ilustra um mapa de limite de grão de austenita anterior de uma estrutura cujas subestruturas têm um diâmetro de grão de 2,6 pm.
[0026] A Figura 2 ilustra um mapa de limite de grão de ângulo elevado de uma estrutura cujas subestruturas têm um diâmetro de grão de 2,6 pm.
[0027] A Figura 3 ilustra um mapa de limite de grão de austenita anterior de uma estrutura cujas subestruturas têm um diâmetro de grão de 4,1 pm.
[0028] A Figura 4 é um mapa de limite de grão de ângulo elevado de uma estrutura cujas subestruturas têm um diâmetro de grão de 4,1 pm.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES
[0029] Uma modalidade da presente invenção será descrita em detalhes abaixo. Na presente descrição, “%” significa “% em massa”, a menos que seja, de outro modo, observado.
[0030] Os presentes inventores pesquisaram e estudaram as resistências a SSC de tubos de aço de poço de óleo de baixa liga que têm limite de escoamento de 965 MPa ou mais e obtiveram as verificações a seguir.
[0031] (1) A fim de fornecer um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga de alta rigidez que exiba, de modo estável, excelente resistência a SSC, é eficaz usar um aço que tenha um teor alto de C de 0,40% ou mais. As razões disso são indicadas abaixo.
[0032] De modo geral, um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga é ajustado para ter uma estrutura de metal que inclui principalmente martensita revenida, por têmpera e revenimento após laminação a quente. Convencionalmente, acredita-se que, como os carbonetos são mais esferoidizados no processo de revenimento, a resistência a SSC é mais aprimorada. Os carbonetos precipitantes incluem principalmente cementita, e o restante dos carbonetos incluem carbonetos de liga (carbonetos Mo, carbonetos V e carbonetos Nb, e carbonetos Ti, caso Ti esteja contido). Se os carbonetos se precipitam em um limite de grão, visto que os carbonetos são mais planos, a SSC é mais propensa a ocorrer com esses carbonetos como o ponto de partida. Em outras palavras, visto que os carbonetos são mais próximos a um formato esférico, torna-se menos provável que os carbonetos no limite de grão causem a SSC, e então a resistência a SSC é intensificada. Então, a fim de aprimorar a resistência a SSC, a esferoidização de carbonetos, em particular, cementita, é desejável.
[0033] Sabe-se que os carbonetos podem ser esferoidizados por revenimento a uma temperatura máxima possível. Entretanto, o revenimento em alta temperatura diminui a densidade de deslocamento de dentro do tubo de aço. A diminuição da densidade de deslocamento, por si, é eficaz para a intensificação de resistência a SSC. Entretanto, de modo geral, isso pode causar uma diminuição na rigidez. Um deslocamento serve como um local de aprisionamento para hidrogênio e, então, se a densidade de deslocamento for alta, é difícil fornecer de modo estável excelente resistência a SSC. Conter elementos de liga que intensifiquem a resistência ao amolecimento por revenimento, tal como Mo e V, é efetivamente para supressão da diminuição de rigidez causada pelo revenimento em alta temperatura. Entretanto, tal efeito tem um limite.
[0034] Se 0,40% ou mais de C estiver contido, a esferoidização de carbonetos, em particular, cementita, é acelerada e, além disso, muitos carbonetos se precipitam no aço. Então, o aço pode ser reforçado por resistência à precipitação, independente da densidade de deslocamento. Em outras palavras, temperar um aço de baixa liga que tenha um teor alto de C sob condições de revenimento adequadas permite a expectativa de garantia de rigidez por resistência à precipitação que resulta da precipitação de muitos carbonetos e de garantia de resistência a SSC que resulta da esferoidização dos carbonetos.
[0035] De acordo com o que foi descrito acima, se um teor de C for 0,40% ou mais, uma grande quantidade de carbonetos se precipita e se dispersa e, então, a rigidez do aço pode ser adicionalmente intensificada por resistência à precipitação, independente da densidade de deslocamento. Além disso, se um teor de C for 0,40% ou mais, a concentração dos elementos de liga na cementita diminui e a cementita é esferoidizada. Então, a resistência a SSC é estabilizada, enquanto uma alta rigidez é alcançada. Além disso, se um teor de C for 0,40% ou mais, a fração volumétrica de martensita na estrutura aumenta. Visto que a fração volumétrica de martensita é mais alta, a densidade de deslocamento após o revenimento diminui mais e, então, a resistência a SSC também é estabilizada.
[0036] A fim de alcançar o limite de escoamento de 965 MPa ou mais, é preferencial que a estrutura consista substancialmente na martensita revenida de fase única; e a fração volumétrica de austenita retida para a estrutura inteira (doravante referida como a fração volumétrica de austenita retida) (%) seja tão baixa quanto possível. Se a estrutura contiver qualquer fase diferente da martensita revenida (por exemplo, bainita), a alta rigidez mencionada anteriormente não pode ser alcançada. Além disso, se a fração volumétrica de austenita retida for alta, a rigidez varia. Consequentemente, a estrutura de um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga precisa ser uma estrutura que consista em martensita revenida e 0 a menos que 2% na fração volumétrica de austenita retida.
[0037] (2) A fim de fornecer um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga que tenha uma alta rigidez de 965 MPa ou mais e que exiba, de modo estável, excelente resistência a SSC, a estrutura de martensita revenida se torna mais fina. A martensita revenida contém uma pluralidade de grãos de austenita anteriores, uma pluralidade de pacotes, uma pluralidade de blocos e uma pluralidade de ripas. Mais especificamente, a martensita revenida contém uma pluralidade de grãos de austenita anteriores, e cada grão de austenita anterior inclui uma pluralidade de pacotes. Cada pacote inclui uma pluralidade de blocos semelhantes a placas, e cada bloco inclui uma pluralidade de ripas.
[0038] Dentre as regiões de martensita revenida definidas pelos limites, tais como os limites de pacote, os limites de bloco e os limites de ripa, uma região circundada por um limite de grão de ângulo elevado é definida como “subestrutura.” Além disso, dentre os limites respectivos mencionados anteriormente (os limites de pacote, os limites de bloco e os limites de ripa), os limites que têm uma diferença de orientação de cristal de 15° ou mais são definidos como “limites de grão de ângulo elevado.”
[0039] Visto que os grãos de austenita anteriores e as subestruturas de um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga que tem limite de escoamento de 965 MPa ou mais são mais finas, excelente resistência a SSC pode ser fornecida de modo estável. Mais especificamente, se o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores que se conformam a ASTM E112 for 9,0 ou mais e o diâmetro circular equivalente das subestruturas for 3 pm ou menos, um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga que tenha alta rigidez de 965 MPa ou mais e que exiba, de modo estável, excelente resistência a SSC pode ser fornecido.
[0040] (3) A fim de fazer com que o diâmetro circular equivalente das subestruturas seja 3 pm ou menos, preferencialmente, as condições finais de têmpera durante o processo de fabricação são controladas. Mais especificamente, na têmpera final, a taxa de resfriamento para uma faixa de temperatura de lupa de 500 a 100 °C é ajustada para 1 °C/s ou mais, e a temperatura de lupa em que o resfriamento é interrompido (doravante referida coma temperatura de interrupção de resfriamento) é ajustada para 100 °C ou menos.
[0041] (4) Antes da têmpera final, o tratamento térmico intermediário pode ser realizado. Mais especificamente, a lupa submetida à laminação a quente é embebido em um ponto que é um ponto Ai ou mais (um ponto Ad ou um ponto AM). Nesse caso, visto que a austenita é produzida na estrutura, os grãos de austenita anteriores são adicionalmente refinados, fornecendo excelente resistência a SSC.
[0042] Com base nas verificações acima, os presentes inventores concluíram a invenção a seguir.
[0043] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, inclui uma composição química que consiste, em % em massa, em C: 0,40 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,10 a 1,00%, P: 0,020% ou menos, S: 0,0020% ou menos, Cu: 0,15% ou menos, Cr: 0,40 a 1,50%, Mo: 0,50 a 2,50%, V: 0,05 a 0,25%, Ti: 0 a menos que 0,01%, Nb: 0,01 a 0,2%, Al sol.: 0,010 a 0,100%, N: 0,006% ou menos, B: 0 a 0,0015%, e Ca: 0 a 0,003%, sendo que o equilíbrio é de Fe e impurezas, e uma estrutura que consiste em martensita revenida e 0 a menos que 2% na fração volumétrica de austenita retida, e um número de tamanho de grão de um grão de austenita anterior na estrutura é 9,0 ou mais, e, na martensita revenida, um diâmetro circular equivalente de uma subestrutura circundada por um limite que tem uma diferença de orientação de cristal de 15° ou mais dentre um limite de pacote, um limite de bloco e um limite de ripa, é 3 pm ou menos.
[0044] O método para fabricar o tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, inclui uma etapa de trabalho a quente de realizar um trabalho a quente em um material primário que tem a composição química descrita acima para formar uma lupa, uma etapa de têmpera final de submeter a lupa à têmpera, em que uma taxa de resfriamento para a lupa entre 500 °C e 100 °C é ajustada para 1 °C/s a menos que 15 °C/s e a temperatura da lupa em que o resfriamento é interrompido é ajustada para 100 °C ou menos; e uma etapa de revenir a lupa temperada.
[0045] O método de fabricação acima pode incluir adicionalmente uma etapa de tratamento térmico intermediário de embeber a lupa a uma temperatura de um ponto Ai ou mais, após a etapa de trabalho a quente e antes da etapa de têmpera final.
[0046] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, e o método para fabricar o mesmo serão descritos em detalhes abaixo.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
[0047] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, tem a composição química a seguir.
[0048] C: 0,40 a 0,65%
[0049] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, tem um teor de carbono (C) que é maior do que o dos tubos de aço de poço de óleo de baixa liga convencionais. Como resultado de uma grande quantidade de C ser contida, uma grande quantidade de carbonetos finos se dispersa no aço, e a rigidez do aço é, assim, intensificada. Os exemplos de carbonetos incluem cementita e carbonetos de liga (por exemplo, carbonetos Mo, carbonetos V, carbonetos Nb e carbonetos Ti). Além disso, as subestruturas se tornam mais finas, e a resistência a SSC, assim, aumenta. Se o teor de C for excessivamente baixo, o efeito mencionado anteriormente não pode ser obtido. Por outro lado, se o teor de C for excessivamente alto, a dureza do aço na condição de pós-resfriamento (as-quenched) diminui, resultando em um aumento na suscetibilidade de corrosão à têmpera. Então, o teor de C é 0,40 a 0,65%. O limite inferior do teor de C é, preferencial mente, 0,50%, mais preferencialmente, mais do que 0,50%, ainda mais preferencialmente, 0,55%. O limite superior do teor de C é, preferencialmente, 0,62%, mais preferencialmente, 0,60%.
[0050] Si: 0,05 a 0,50%
[0051] O silicio (Si) desoxida o aço. Se o teor de Si for excessivamente baixo, esse efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, se o teor de Si for excessivamente alto, a resistência a SSC diminui. Então, o teor de Si é 0,05 a 0,50%. O limite inferior do teor de Si é, preferencialmente, 0,10%, mais preferencialmente, 0,20%. O limite superior do teor de Si é, preferencialmente, 0,40%, mais preferencialmente, 0,35%.
[0052] Mn: 0,10 a 1,00%
[0053] O manganês (Mn) desoxida o aço. Se o teor de Mn for excessivamente baixo, esse efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, se o teor de Mn for excessivamente alto, o manganês é segregado nos limites de grão, junto com os elementos de impureza, tais como o fósforo (P) e o enxofre (S). Como resultado, a resistência a SSC do aço diminui. Então, o teor de Mn é 0,10 a 1,00%. O limite inferior do teor de Mn é, preferencialmente, 0,20%, mais preferencialmente, 0,28%. O limite superior do teor de Mn é, preferencialmente, 0,80%, mais preferencialmente, 0,50%.
[0054] P: 0,020% ou menos
[0055] O fósforo (P) é uma impureza. O fósforo é segregado nos limites de grão e, assim, diminui a resistência a SSC do aço. Então, o teor de P é, preferencialmente, tão baixo quanto possível. Então, o teor de P é 0,020% ou menos. O teor de P é, preferencialmente, 0,015% ou menos, mais preferencialmente, 0,012% ou menos.
[0056] S: 0,0020% ou menos
[0057] O enxofre (S) é uma impureza, bem como o fósforo. O enxofre é segregado nos limites de grão e, assim, diminui a resistência a SSC do aço. Então, o teor de S é, preferencialmente, tão baixo quanto possível. Então, o teor de S é 0,0020% ou menos. O teor de S é, preferencialmente, 0,0015% ou menos, mais preferencial mente, 0,0010% ou menos.
[0058] Cu: 0,15% ou menos
[0059] O cobre (Cu) é uma impureza. O cobre fragiliza aço e, assim, diminui a resistência a SSC do aço. Então, o teor de Cu é, preferencialmente, tão baixo quanto possível. Então, o teor de Cu é 0,15% ou menos. O limite superior do teor de Cu é, preferencialmente, menos que 0,03%, mais preferencialmente, 0,02%, ainda mais preferencialmente 0,01%.
[0060] Cr: 0,40 a 1,50%
[0061] O cromo (Cr) intensifica a dureza do aço e a rigidez do aço. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de Cr estiver contida, a dureza do aço diminui e a resistência a SSC do aço diminui. Então, o teor de Cr é 0,40 a 1,50%. O limite inferior do teor de Cr é, preferencialmente, 0,45%. O limite superior do teor de Cré, preferencialmente, 1,30%, mais preferencialmente 1,00%.
[0062] Mo: 0,50 a 2,50%
[0063] O molibdênio (Mo), conforme descrito acima, forma carbonetos e, assim, intensifica a resistência ao amolecimento por revenimento e, consequentemente, contribui para a intensificação da resistência a SSC por revenimento em alta temperatura. Se o teor de Mo for excessivamente baixo, esse efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, se o teor de Mo for excessivamente alto, o efeito acima é saturado. Então, o teor de Mo é 0,50 a 2,50%. O limite inferior do teor de Mo é, preferencialmente, 0,60%, mais preferencialmente, 0,65%. O limite superior do teor de Mo é 2,0%, mais preferencialmente 1,6%.
[0064] V: 0,05 a 0,25%
[0065] O vanádio (V), conforme descrito acima, forma carbonetos e, assim, intensifica a resistência ao amolecimento por revenimento e, consequentemente, contribui para a intensificação da resistência a SSC por revenimento em alta temperatura. Se o teor de V for excessivamente baixo, esse efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, se o teor de V for excessivamente alto, a dureza do aço diminui. Então, o teor de V é 0,05 a 0,25%. O limite inferior do teor de V é, preferencial mente, 0,07%. O limite superior do teor de V é, preferencialmente, 0,15%, mais preferencialmente, 0,12%.
[0066] Nb: 0,01 a 0,2%
[0067] O nióbio (Nb) combina com C e/ou N para formar carbonetos, nitretos ou carbonitretos. Esses precipitados (os carbonetos, os nitretos e os carbonitretos) submetem as subestruturas de um aço ao refinamento de grão pelo efeito de pinagem e, assim, intensificam a resistência a SSC do aço. Se o teor de Nb for excessivamente baixo, esse efeito não pode ser alcançado. Por outro lado, se o teor de Nb for excessivamente alto, os nitretos em excesso são produzidos e, assim, destabilizam a resistência a SSC do aço. Então, o teor de Nb é 0,01 a 0,2%. O limite inferior do teor de Nb é, preferencialmente, 0,012%, mais preferencialmente, 0,015%. O limite superior do teor de Nb é, preferencialmente, 0,10%, mais preferencialmente, 0,05%.
[0068] Al sol.: 0,010 a 0,100%
[0069] O alumínio (Al) desoxida o aço. Se o teor de Al for excessivamente baixo, a desoxidação do aço é insuficiente, resultando em uma diminuição na resistência a SSC do aço. Por outro lado, se o teor de Al for excessivamente alto, as oxidações são produzidas, resultando em uma diminuição na resistência a SSC do aço. Então, o teor de Al é 0,010 a 0,100%. O limite inferior do teor de Al é, preferencialmente, 0,015%, mais preferencialmente, 0,020%. O limite superior do teor de Al é, preferencial mente, 0,080%, mais preferencialmente, 0,050%. Na presente descrição, o teor de “Al” significa o teor de “Al solúvel em ácido,” ou seja, “Al sol.”.
[0070] N: 0,006% ou menos
[0071] O nitrogênio (N) é uma impureza. O nitrogênio forma um nitreto e, assim, desestabiliza a resistência a SSC do aço. Então, o teor de N é, preferencialmente, tão baixo quanto possível. Então, o teor de N é 0,006% ou menos. O teor de N é, preferencialmente, 0,005% ou menos, mais preferencialmente, 0,004% ou menos.
[0072] O equilíbrio da composição química do tubo de aço de poço de óleo de baixa liga é Fe e impurezas. As impurezas referidas no presente documento são elementos que são misturados a partir de minério e sucata usados como matérias-primas de aço ou a partir, por exemplo, do ambiente no processo de fabricação.
EM RELAÇÃO AOS ELEMENTOS OPCIONAIS
[0073] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga pode conter adicionalmente Ti em vez de uma parte de Fe.
[0074] Ti: 0 a menos que 0,01%
[0075] O titânio (Ti) é um elemento opcional. O Ti forma nitretos e, assim, submete o aço ao refinamento de grão. O Ti suprime adicionalmente a corrosão de superfície de uma peça de fundição, que é ocasionalmente gerada durante a fundição contínua. Durante a fundição contínua, o N dissolvido combina com Al em uma peça de fundição, os nitretos de Al se precipitam devido à indução de deformação. Nesse caso, a superfície da peça de fundição se torna propensa a corroer. O Ti, preferencial mente, se combina com N dissolvido para formar nitretos de Ti, e, assim, suprimir a precipitação de nitretos de Al. Então, a corrosão de superfície da peça de fundição, durante a fundição contínua, é suprimida. Mesmo se apenas uma quantidade pequena de Ti estiver contida, esses efeitos podem ser alcançados. Entretanto, se o teor de Ti for excessivamente alto, o TiN se torna grosseiro e, assim, desestabiliza a resistência a SSC do aço. Então, o teor de Ti é 0 a menos que 0,01%. O limite inferior do teor de Ti é, preferencialmente, 0,001%, mais preferencialmente, 0,003%. O limite superior do teor de Ti é, preferencialmente, 0,008%, mais preferencialmente, 0,006%.
[0076] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga pode conter adicionalmente B em vez de uma parte de Fe.
[0077] B: 0 a 0,0015%
[0078] O boro (B) é um elemento opcional. O boro intensifica a dureza e intensifica a rigidez do aço. Mesmo se apenas uma quantidade pequena de B estiver contida, o efeito acima pode ser alcançado. Entretanto, se o teor de B for excessivamente alto, o M23CB6 é formado nos limites de grão, resultando em uma diminuição na resistência a SSC do aço. Então, um teor baixo de B é preferencial, mesmo se B estiver contido. Então, o teor de B é 0 a 0,0015% ou menos. O limite inferior do teor de B é, preferencialmente, 0,0003%, mais preferencialmente, 0,0005%. O limite superior do teor de B é, preferencialmente, 0,0012%, mais preferencialmente, 0,0010%.
[0079] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga pode conter adicionalmente Ca em vez de uma parte de Fe.
[0080] Ca: 0 a 0,003%
[0081] O cálcio (Ca) é um elemento opcional. O cálcio se combina com S em um aço para formar sulfetos e, assim, aprimora os formatos de inclusões e intensifica a dureza do aço. Mesmo se apenas uma quantidade pequena de Ca estiver contida, o efeito acima pode ser alcançado. Por outro lado, se o teor de Ca for excessivamente alto, esse efeito é saturado. Então, o teor de Ca é 0 a 0,003%. O limite inferior do teor de Ca é, preferencialmente, 0,0005%, mais preferencialmente, 0,0010%. O limite superior do teor de Ca é, preferencialmente, 0,0025%, mais preferencialmente, 0,0020%.
ESTRUTURA (MICROESTRUTURA)
[0082] A estrutura do tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, inclui principalmente martensita revenida. Mais especificamente, a matriz na estrutura consiste em martensita revenida e 0 a menos que 2% na fração volumétrica de austenita retida.
[0083] Para o tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, a taxa de resfriamento em têmpera é restrita a partir da perspectiva de prevenção de corrosão por têmpera devido ao teor relativamente alto de C no aço. Então, a austenita retida pode permanecer no tubo de aço após a têmpera. No produto final (estado após o revenimento), a austenita retida causa grande variação de rigidez. Então, a fração volumétrica de austenita retida é, preferencialmente, tão baixa quanto possível. A fração volumétrica de austenita retida é, preferencialmente, menos que 1%. O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, tem mais preferencialmente uma estrutura que consiste em martensita revenida, sendo que a fração volumétrica de austenita retida é de 0%.
[0084] A fração volumétrica de austenita retida é medida conforme a seguir, com uso de difratometria por raio X. Uma amostra que inclui uma parte central na espessura de parede de um tubo de aço de poço de óleo produzido é coletada. A superfície da amostra coletada é polida quimicamente. A superfície quimicamente polida é submetida à difração por raios X com uso de um raio de CoKa como um raio X incidente. A partir das intensidades integradas de superfície da superfície (211), da superfície (200) e da superfície (110) de ferrita, e das intensidades integradas de superfície da superfície (220), da superfície (200) e da superfície (111) de austenita, a fração volumétrica de austenita retida é determinada e obtida.
TAMANHO DE GRÃO DE GRÃOS DE AUSTENITA ANTERIORES
[0085] O número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores na estrutura acima é 9,0 ou mais. O número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores referidos na presente descrição é medido em conformidade com ASTM E112. Se o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores for 9,0 ou mais, o aço exibe excelente resistência a SSC, mesmo se o aço tiver um limite de escoamento de 965 MPa (140 ksi) ou mais. Se o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores for menos que 9,0, o aço tem resistência baixa à SSC, onde o aço tem a rigidez mencionada anteriormente. O número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores é, preferencialmente, mais do que 9,0, mais preferencial mente 10,0 ou mais.
[0086] O número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores pode ser medido com uso de um produto de aço após têmpera e antes do revenimento (que é chamado de produto após resfriamento (as-quenched)) ou também pode ser medido com uso de um produto de aço temperado. O uso alternativamente desses produtos de aço não fornece nenhuma alteração no tamanho dos grãos de austenita anteriores.
TAMANHO DE SUBESTRUTURAS
[0087] Conforme descrito acima, a martensita revenida contém uma pluralidade de grãos de austenita anteriores, uma pluralidade de pacotes, uma pluralidade de blocos e uma pluralidade de ripas. Dentre as regiões de martensita revenida que são definidas pelos limites que são limites de pacote, limites de bloco e limites de ripa, o diâmetro circular equivalente de uma subestrutura circundada por um limite com uma diferença de orientação de cristal de 15° ou mais (limite de grão de ângulo elevado) é 3 pm ou menos.
[0088] A resistência a SSC de um aço que tem uma alta rigidez de 965 MPa ou mais depende não apenas do tamanho de grão de austenita anterior, mas também do tamanho de subestrutura. Se o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores for 9,0 ou mais e o diâmetro circular equivalente das subestruturas for 3 pm ou menos, um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga que tem uma alta rigidez de 965 MPa ou mais e que exibe, de modo estável, excelente resistência a SSC pode ser fornecido. O diâmetro circular equivalente das subestruturas é, preferencialmente, 2,5 pm ou menos, mais preferencialmente, 2,0 pm ou menos.
[0089] O diâmetro circular equivalente das subestruturas é medido pelo método a seguir. Uma amostra que inclui uma superfície de observação de 25 pm 25 pm, sendo que o centro na espessura de parede como o centro é coletado a partir de uma superfície transversal arbitrária de um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga (uma superfície perpendicular à direção axial do tubo de aço de poço de óleo de baixa liga).
[0090] A superfície de observação é submetida à análise de orientação de cristal por imageamento de difração de elétrons retroespalhados (EBSP). Então, com base nos resultados da análise, os limites que têm uma diferença de orientação de cristal de 15o ou mais são traçados na superfície de observação para identificar uma subestrutura.
[0091] O diâmetro circular equivalente de cada uma das subestruturas especificadas é medido. O diâmetro circular equivalente significa um diâmetro de um círculo em que a área da subestrutura é convertida em um círculo que tem a mesma área. O diâmetro circular equivalente pode ser medido, por exemplo, empregando-se o método de medição do comprimento de interceptação do meio de grãos de cristal definido no documento JIS G 0551 para obter o tamanho de grão do meio. A média dos diâmetros circulares equivalentes obtida das subestruturas respectivas é definida como o diâmetro circular equivalente das subestruturas referidas na presente descrição.
[0092] As Figuras 1 e 2 ilustram, cada uma, uma estrutura exemplificativa, cujo diâmetro circular equivalente das subestruturas é 2,6 pm. A Figura 1 é um mapa de limite de grão de austenita anterior, e a Figura 2 é um mapa de limite de grão de ângulo elevado. A estrutura é uma obtida a partir de um aço que tem um número de tamanho de grão de austenita anterior de 10,5 e que contém C: 0,51%, Si: 0,31%, Mn: 0,47%, P: 0,012%, S: 0,0014%, Cu: 0,02%, Cr: 1,06%, Mo: 0,67%, V: 0,098%, Ti: 0,008%, Nb: 0,012%, Ca: 0,0018%, B: 0,0001%, Al sol.: 0,029% e N: 0,0034%, sendo que o equilíbrio é de Fe e impurezas.
[0093] As Figuras 3 e 4 ilustram, cada uma, uma estrutura exemplificativa, cujo diâmetro de grão das subestruturas é 4,1 pm. A Figura 3 é um mapa de limite de grão de austenita anterior, e a Figura 4 é um mapa de limite de grão de ângulo elevado. A estrutura é uma obtida a partir de um aço que tem um número de tamanho de grão de austenita anterior de 11,5 e que contém C: 0,26%, Si: 0,19%, Mn: 0,82%, P: 0,013%, S: 0,0008%, Cu: 0,01%, Cr: 0,52%, Mo: 0,70%, V: 0,11%, Ti: 0,018%, Nb: 0,013%, Ca: 0,0001%, B: 0,0001%, Al sol.: 0,040% e N: 0,0041%, sendo que o equilíbrio é de Fe e impurezas.
LIMITE ELÁSTICO
[0094] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, tem o limite de escoamento de 965 MPa ou mais (140 ksi ou mais). O limite de escoamento é definido com base no limite de escoamento de 0,2%. Embora o limite superior do limite de escoamento não seja especificamente limitado, o limite superior do limite de escoamento é, por exemplo, 1.150 MPa.
TAXA DE RENDIMENTO
[0095] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, que tem a composição química e a estrutura descritas acima, tem taxa de rendimento YR (= limite de escoamento YS/resistência à tração TS) de 0,90 ou mais. Se a taxa de rendimento YR for de menos que 0,90, uma fase diferente de martensita revenida (por exemplo, bainita) é contida na estrutura. Nesse caso, a resistência a SSC diminui. A taxa de rendimento YR do tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, é 0,90 ou mais, e a estrutura consiste na fase única de martensita revenida, ou martensita revenida e 0 a menos que 2% de austenita retida. Então, o tubo de aço de poço de óleo de baixa liga, de acordo com a presente invenção, tem o limite de escoamento alto (965 MPa ou mais), bem como excelente resistência a SSC.
MÉTODO DE FABRICAÇÃO
[0096] Um exemplo do método de fabricação do tubo de aço de poço de óleo de baixa liga de acordo com a presente invenção será descrito. Nesse exemplo, um método de fabricação de tubo de aço sem costura (tubo de aço de poço de óleo de baixa liga) será descrito.
[0097] Um aço que tem a composição química descrita acima é derretido e refinado por um método bem conhecido. Subsequentemente, o aço derretido se torna um material continuamente fundido pelo processo de fundição contínua. O material continuamente fundido pode ser, por exemplo, uma chapa, um material semiacabado ou um tarugo. Além disso, o aço derretido pode se tornar um lingote pelo processo de produção de lingote.
[0098] A chapa, o material semiacabado ou o lingote são trabalhados a quente em um tarugo. O tarugo pode ser formado por laminação a quente ou forja a quente.
[0099] O tarugo é trabalhado a quente para produzir uma lupa. Primeiro, o tarugo é aquecido em um forno de aquecimento. O tarugo extraído do forno de aquecimento é submetido ao trabalho a quente para produzir uma lupa (tubo de aço sem costura). Por exemplo, o processo de Mannesmann é realizado como o trabalho a quente para produzir uma lupa. Nesse caso, um tarugo arredondado é laminado por perfuração com uso de uma máquina de perfuração. O tarugo arredondado laminado por perfuração é adicionalmente laminado a quente em uma lupa com uso, por exemplo, de um moinho de mandril, um redutor ou um moinho de dimensionamento. A lupa pode ser produzida a partir do tarugo por outro processo de trabalho a quente.
[00100] A lupa trabalhada a quente é submetida à têmpera por, pelo menos um reaquecimento e revenimento.
[00101] Uma temperatura de têmpera, na têmpera, é uma temperatura bem conhecida (temperatura de um ponto Ac3 ou mais). O limite superior da temperatura de têmpera é, preferencialmente, 900 °C ou menos. Nesse caso, os grãos de austenita anteriores se tornam adicionalmente mais finos.
[00102] A têmpera pode ser realizado uma vez ou uma pluralidade de vezes. Uma temperatura de lupa em que o resfriamento durante a têmpera final (ou seja, temperatura de interrupção de resfriamento) é interrompido é 100 °C ou menos. Se a temperatura de interrupção de resfriamento for mais alta do que 100 °C, o diâmetro circular equivalente das subestruturas se torna maior do que 3 pm.
[00103] Além disso, na têmpera final, a taxa de resfriamento, quando a temperatura de lupa está entre 500 °C e 100 °C, é ajustada para 1 °C/s a menos que 15 °C/s. Se a taxa de resfriamento para a faixa de temperatura mencionada anteriormente for de menos que 1 °C/s, o diâmetro circular equivalente das subestruturas se torna maior do que 3 pm. Além disso, na estrutura, não apenas a martensita, mas também a bainita é produzida. Por outro lado, se a taxa de resfriamento for 15 °C/s ou mais, a corrosão por têmpera é propensa a ocorrer. Se a taxa de resfriamento, quando a temperatura de lupa estiver entre 500 °C e 100 °C, for 1 °C/s a menos que 15 °C/s, o diâmetro circular equivalente das subestruturas se torna 3,0 pm ou menos e a corrosão por têmpera é menos propensa a ocorrer. O limite inferior da taxa de resfriamento é, preferencialmente, 2 °C/s, mais preferencialmente, 3 °C/s.
[00104] Após a têmpera final ser realizada, o revenimento é realizado a uma temperatura de revenimento de menos que o ponto Aci. A temperatura de revenimento é arbitrariamente ajustada de acordo com a composição química da lupa e o limite de escoamento pretendido. A temperatura de revenimento é, preferencialmente, 650 °C a 700 °C, e o período de impregnação para a temperatura de revenimento é, preferencialmente, 15 a 120 minutos. A fração volumétrica de austenita retida também pode ser reduzida ajustando-se a temperatura de revenimento. Como resultado do revenimento, o limite de escoamento da lupa se torna 965 MPa ou mais. A têmpera e o revenimento podem ser realizados uma pluralidade de vezes.
[00105] O tubo de aço de poço de óleo de baixa liga de acordo com a presente invenção é produzido pelo processo de fabricação descrito acima.
PROCESSO DE TRATAMENTO TÉRMICO INTERMEDIÁRIO
[00106] No método de fabricação descrito acima, a têmpera é realizado após o trabalho a quente. Entretanto, outro tratamento térmico (tratamento térmico intermediário) pode ser realizado após o trabalho a quente.
[00107] Por exemplo, a lupa trabalhada a quente pode ser submetida à normalização. Mais especificamente, a lupa trabalhada a quente é mantida a uma temperatura que é mais alta do que um ponto A3 (por exemplo, 850 °C a 950 °C) por um dado período de tempo e, então, permite-se que resfrie naturalmente. O período de manutenção é, por exemplo, 15 a 120 minutos. Para a normalização, de modo geral, após o trabalho a quente, a lupa é resfriada à temperatura normal e, então, aquecida ao ponto Acs ou mais. Entretanto, na presente invenção, a normalização pode ser realizada mantendo-se a lupa como está a uma temperatura do ponto Acs ou mais, após o trabalho a quente.
[00108] Se a normalização for realizada, os grãos (grãos de austenita anteriores) do aço são adicionalmente refinados. Mais especificamente, se a lupa normalizada for temperada, o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores do material pós-resfriamento (as-quenched) se torna 10,0 ou mais.
[00109] Além disso, em vez da normalização descrita acima, a têmpera pode ser realizada. Nesse caso, conforme descrito acima, a têmpera é realizada uma pluralidade de vezes.
[00110] Além disso, o tratamento térmico intermediário fornece um efeito similar ao efeito acima, mesmo se for um tratamento térmico em uma faixa de temperatura de duas fases, ferrita + austenita (doravante referida como “aquecimento de faixa bifásica”). No tratamento térmico intermediário, se pelo menos uma parte da estrutura do aço for transformada em austenita, um efeito que é favorável ao refinamento de grão pode ser alcançado. Consequentemente, no tratamento térmico intermediário, é preferencial que pelo menos a lupa seja embebida a uma temperatura do ponto Ac1 ou mais.
[00111] Se o tratamento térmico intermediário for realizado antes da têmpera final, os grãos de austenita anteriores são adicionalmente refinados e a resistência a SSC é adicionalmente intensificada.
[00112] Conforme descrito acima, a temperatura de interrupção de resfriamento na têmpera final é ajustada para 100 °C ou menos, e a taxa de resfriamento, quando a temperatura de lupa está entre 500 °C e 100 °C, é ajustada para 1 °C/s a menos que 15 °C/s, pela qual o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores se torna 9,0 ou mais e o diâmetro circular equivalente das subestruturas se torna 3,0 pm ou menos. Então, um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga que tem limite de escoamento de 965 MPa ou mais e que exibe, de modo estável, excelente resistência a SSC pode ser fornecido.
EXEMPLO
[00113] Os lingotes de aços A a K, que têm as composições químicas respectivas indicadas na tabela 1, foram produzidos.
Figure img0001
* indica que o teor relevante está fora do escopo das reivindicações do presente pedido.
[00114] O símbolo na tabela 1 indica que o teor é substancialmente “0”%. Referindo-se à Tabela 1, as composições químicas dos aços A a H estavam dentro do escopo da presente invenção. Por outro lado, o teor de C em aço I era menos do que o limite inferior do teor de C na presente invenção. O 5 teor de Ti no aço J era mais do que o limite superior do teor de Ti na presente invenção. O teor de Mn no aço K era mais do que o limite superior do teor de Mn na presente invenção.
[00115] Depois que os lingotes respectivos foram aquecidos, os tubos de aço sem costura, cada com um diâmetro externo de 244,5 mm e uma espessura 10 de parede de 13,8 mm, foram produzidos por trabalho a quente (laminação por perfuração). Os tubos de aço sem costura foram submetidos ao tratamento térmico intermediário e à têmpera final através do reaquecimento dos tubos às temperaturas indicadas na tabela 2.
Figure img0002
Figure img0003
Figure img0004
* indica que o valor ou aço relevante está dentro do escopo das reivindicações do presente pedido. 9E/Z.Z
[00116] A coluna de “tratamento térmico intermediário” na tabela 2 indica os teores de tratamentos térmicos intermediários realizados para tubos de aço sem costura trabalhados a quente dos números de teste respectivos. Mais especificamente, a coluna “Tipo” na coluna de “tratamento térmico intermediário” indica o tipo do tratamento térmico realizado (normalização, têmpera ou aquecimento de região bifásica). Por exemplo, no caso de número 2, é indicado que a normalização foi realizada a uma temperatura de tratamento térmico de 920 °C, visto que o método de tratamento térmico intermediário e de resfriamento foi resfriamento natural. No caso de número 3, é indicado que a têmpera foi realizada a uma temperatura de têmpera de 920 °C, e o resfriamento forçado foi realizado com uso de aspersão de vapor. No caso de número 4, é indicado que o tubo de aço sem costura relevante foi aquecido a uma temperatura que é o ponto Ad ou mais e, então, permitiu-se que resfriasse naturalmente, no caso de número 7, é indicado que a lupa é imersa em um tanque de óleo em têmpera para resfriamento reforçado e, no caso de número 18, é indicado que a lupa é imersa em um tanque de água para resfriamento reforçado.
[00117] A coluna de “têmpera final”, na tabela 2, indica os teores de têmpera final realizado para o tubo de aço sem costura dos números de teste respectivos, que foi submetido aos tratamentos térmicos intermediários respectivos. Mais especificamente, a coluna “taxa de resfriamento” indica as taxas de resfriamento (°C/s) quando as temperaturas dos tubos de aço sem costura respectivos estavam entre 500 °C e 100 °C.
[00118] Na tabela 2, o símbolo na coluna de “tratamento térmico intermediário” indica que nenhum tratamento térmico intermediário foi realizado para o número relevante.
TESTE DE TAMANHO DE GRÃO DE AUSTENITA ANTERIORES
[00119] Com uso dos tubos de aço sem costura (produtos pós- resfriamento (as-quenched)) submetidos à têmpera final, um teste de tamanho de grão de austenita anterior foi conduzido. Mais especificamente, as amostras foram coletadas cortando-se os produtos pós-resfriamento (as-quenched) na direção de espessura de parede. Então, as amostras foram embebidas em resina, e uma superfície de cada amostra que corresponde à superfície de corte perpendicular à direção axial do tubo de aço sem costura (doravante referida como superfície de observação) foi entalhada com uso de ácido pícrico. A 5 superfície de observação entalhada foi observada, e o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores foi determinado em conformidade com ASTM E112.
REVENIMENTO
[00120] Os tubos de aço sem costura submetidos à têmpera final foram 10 submetidos ao revenimento, a temperaturas de revenimento respectivas (°C), pelo período de impregnação (minutos) indicado na tabela 3 para ajustar os tubos de aço sem costura dos números respectivos a fim de ter um limite de escoamento de 965 MPa (140 ksi) ou mais.
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TESTE DE AVALIAÇÃO PARA TUBOS DE AÇO SEM COSTURA SUBMETIDOS A REVENIMENTO TESTE DE OBSERVAÇÃO DE MICROESTRUTURA E TESTE DE MEDIÇÃO DE FRAÇÃO VOLUMÉTRICA DE AUSTENITA RETIDA
[00121] O teste de observação de microestrutura a seguir foi conduzido para o tubo de aço sem costura de cada número, que foi submetido ao revenimento. Uma parte central na espessura de parede de um corte transversal de cada tubo de aço sem costura (superfície perpendicular à direção axial do tubo de aço sem costura) foi entalhada com uso de nital. Três campos visuais arbitrários (cada com uma área de 100 pm x 100 pm) na parte central entalhada na espessura de parede foram observados. Para a observação, um microscópio eletrônico por varredura (SEM) foi usado. Como resultado do entalhe, a martensita revenida foi confirmada.
[00122] Os resultados da observação de microestrutura são indicados na tabela 3. O símbolo “M”, na Tabela, significa que a microestrutura do número relevante consiste em martensita revenida ou martensita revenida e austenita retida. O símbolo “B”, na Tabela, significa que a microestrutura do número relevante é uma estrutura de bainita.
[00123] Em cada um dos números 1 a 21, a microestrutura foi uma estrutura que consiste em martensita revenida ou martensita revenida e austenita retida. No número 22, uma estrutura de bainita foi observada.
[00124] Por meio da difratometria por raios X, mencionada anteriormente, a fração volumétrica (%) da austenita retida em cada aço foi medida. Mais especificamente, uma amostra que inclui uma parte central na espessura de parede de cada tubo de aço sem costura foi coletada. As superfícies da amostra coletada foram polidas quimicamente. A superfície quimicamente polida foi submetida à difração por raio X com uso de um raio de CoKa, como um raio X incidente. Ao formar as intensidades integradas de superfície da superfície (211), da superfície (200) e da superfície (110) de ferrita e as intensidades integradas de superfície da superfície (220), da superfície (200) e da superfície (111) de austenita, a fração volumétrica (%) de austenita retida foi determinada.
[00125] Os resultados da determinação são indicados na tabela 3. Em cada um dos números, a fração volumétrica de austenita retida foi menos que 2%.
TESTE PARA A MEDIÇÃO DE DIÂMETRO CIRCULAR EQUIVALENTE DE SUBESTRUTURAS
[00126] O tubo de aço sem costura de cada número, que foi submetido ao revenimento, foi submetido à análise de orientação de cristal com uso de EBSP pelo método descrito acima para obter o diâmetro circular equivalente das subestruturas.
TESTE DE LIMITE ELÁSTICO:
[00127] A partir de cada um dos tubos de aço sem costura submetido ao revenimento, um espécime de teste de tensão de barra arredondada que tem uma medição de parte paralela de 6 mm de diâmetro externo e de 40 mm de comprimento foi coletado. A parte paralela estava paralela à direção axial do tubo de aço sem costura. Com uso de cada um dos espécimes de teste de tensão de barra arredondada coletados, um teste de tensão foi conduzido à temperatura normal (25 °C) para obter o limite de escoamento YS (0,2% de esforço de prova) (MPa) e a resistência à tração TS (MPa). Como resultado, conforme indicado na tabela 3, o limite de escoamento foi 965 MPa (140 ksi) ou mais em cada um dos números.
TESTE DE RESISTÊNCIA A SSC
[00128] O teste de tensão de carga constante a seguir foi realizado para o tubo de aço sem costura de cada número. A partir do tubo de aço sem costura de cada número, três espécimes de teste de tensão de barra arredondada, sendo que cada um inclui uma parte paralela que se estende na direção axial, foram coletados. A parte paralela de cada espécime de teste de tensão de barra arredondada mediu 6,35 mm de diâmetro externo e 25,4 mm de comprimento. Um teste de tensão de carga constante foi conduzido à temperatura normal (24 °C) em um banho de teste com base no método NACE TM0177 A. Para o banho de teste, uma solução aquosa de 5% de NaCI + 0,5% de CH3COOH carregada com um gás de sulfeto de hidrogênio de 0,01 MPa (0,1 bar) (sendo que o equilíbrio é de gás CO2) foi usada. Sob a condição de pH 3,5, uma carga constante que é 90% do limite de escoamento medida no teste de tensão foi imposta em cada um dos espécimes de teste (três, no total) no banho de teste. Foi determinado que nenhuma SSC ocorreu se o espécime de teste não se rompeu mesmo após a passagem de 720 horas, e foi determinado que SSC ocorreu se o espécime de teste se rompeu durante o teste (ou seja, dentro de 720 horas).
RESULTADOS DE TESTE
[00129] A Tabela 3 indica os resultados do teste. O símbolo “NF” na coluna “teste de resistência a SSC”, na tabela 3, indica que o espécime de teste relevante não se rompeu mesmo após a passagem de 720 horas (ou seja, nenhuma SSC ocorreu). O símbolo “F” indica que o espécime de teste relevante foi interrompido durante o teste (ou seja, a SSC ocorreu).
[00130] Em cada um dos números 1 a 4, 6a10e12a17, a composição química do material primário estava dentro do escopo da presente invenção e as condições de produção (a taxa de resfriamento e a temperatura de interrupção de resfriamento na têmpera final) eram apropriadas. Então, a estrutura consistiu em martensita revenida e 0 a menos que 2% de austenita retida, e o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores foi 9,0 ou mais. Além disso, o diâmetro circular equivalente das subestruturas foi 3,0 pm ou menos. Além disso, a taxa de rendimento YR foi 0,90 ou mais. Então, no teste de resistência a SSC, nenhum dos três espécimes de teste se rompeu e a resistência excelente à SSC foi obtida de modo estável.
[00131] Em particular, em cada um dos números 2 a 4, 6 a 8, 10, 12 a 14,16 e 17, a normalização, a têmpera ou o aquecimento de faixa bifásica foram realizados como o tratamento térmico intermediário. Então, o número de tamanho de grão dos grãos de austenita anteriores do tubo de aço sem costura de cada um desses números foi 10,0 ou mais, que é mais alto do que aqueles de números 1, 9 e 15, nos quais nenhum tratamento térmico intermediário foi realizado.
[00132] Por outro lado, em cada um dos números 5 e 11, embora a composição química do material primário e a taxa de resfriamento na têmpera final fossem apropriadas, a temperatura de interrupção de resfriamento foi mais do que 100 °C. Então, o diâmetro circular equivalente das subestruturas foi mais do que 3,0 pm, e no teste de resistência a SSC, todos dentre os três espécimes de teste se romperam.
[00133] No número 18, o teor de C no material primário foi excessivamente baixo. Além disso, a taxa de resfriamento na têmpera final foi de mais do que 15 °C/s. Visto que o teor de C foi baixo, nenhuma corrosão por têmpera ocorreu, mas o diâmetro circular equivalente das subestruturas foi de mais do que 3,0 pm, e no teste de resistência a SSC, todos dentre os três espécimes de teste se romperam.
[00134] No número 19, o teor de Ti no material primário foi excessivamente alto. Então, no teste de resistência a SSC, dois dos três espécimes de teste se romperam, e a resistência a SSC foi instável.
[00135] No número 20, o teor de Mn no material primário foi excessivamente alto. Então, no teste de resistência a SSC, dois dos três espécimes de teste se romperam, e a resistência a SSC foi instável.
[00136] No número 21, embora a composição química do material primário estivesse dentro do escopo da presente invenção, a taxa de resfriamento na têmpera final foi excessivamente alta. Então, a corrosão por têmpera ocorreu.
[00137] No número 22, embora a composição química do material primário estivesse dentro do escopo da presente invenção, a taxa de resfriamento na têmpera final foi excessivamente baixa. Então, a estrutura se torna uma estrutura de bainita, e a taxa de rendimento YR foi de menos que 0,90. Então, no teste de resistência a SSC, todos dentre os três espécimes de teste se romperam.
[00138] Embora a modalidade da presente invenção tenha sido descrita acima, a modalidade descrita acima é uma mera ilustração para realizar a presente invenção. Então, a presente invenção não se limita à modalidade, e a presente invenção pode ser realizada com a modalidade arbitrariamente 5 modificada, sem se afastar do espírito da modalidade.

Claims (3)

1. Tubo de aço de poço de óleo de baixa liga CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma composição química que consiste, em % em massa, em C: 0,40 a 0,65%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,10 a 1,00%, P: 0,020% ou menos, S: 0,0020% ou menos, Cu: 0,15% ou menos, Cr: 0,40 a 1,50%, Mo: 0,50 a 2,50%, V: 0,05 a 0,25%, Ti: 0 a menos que 0,01%, Nb: 0,01 a 0,2%, sol. Al: 0,010 a 0,100%, N: 0,006% ou menos, B: 0 a 0,0015%, e Ca: 0 a 0,003%, sendo que o equilíbrio é de Fe e impurezas; e uma estrutura que consiste em martensita revenida e 0 a menos que 2% na fração volumétrica de austenita retida, em que o tubo de aço tem um limite de escoamento de 965 MPa ou mais; em que um número de tamanho de grão de um grão de austenita anterior na estrutura é 9,0 ou mais; e em que, na martensita revenida, um diâmetro circular equivalente de uma subestrutura circundada por um limite que tem uma diferença de orientação de cristal de 15° ou mais, dentre um limite de pacote, um limite de bloco e um limite de ripa é 3 pm ou menos.
2. Método para fabricar um tubo de aço de poço de óleo de baixa liga CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma etapa de trabalho a quente de realizar um trabalho a quente em um material primário que tem a composição química conforme definido na reivindicação 1 para formar uma lupa; uma etapa de têmpera final de submeter a lupa à têmpera, em que uma taxa de resfriamento, quando uma temperatura da lupa está entre 500 °C e 100 °C, é ajustada para 1 °C/s a menos que 15 °C/s, e a temperatura da lupa em que o resfriamento é interrompido é ajustada para 100 °C ou menos; e uma etapa de temperar a lupa arrefecida.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, o método compreende adicionalmente uma etapa de tratamento térmico intermediário de embeber a lupa a uma temperatura de um ponto Ai ou mais, após a etapa de trabalho a quente e antes da etapa de têmpera final.
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