BR112016017540B1

BR112016017540B1 - junta soldada e método de produção da mesma

Info

Publication number: BR112016017540B1
Application number: BR112016017540-9A
Authority: BR
Inventors: Kana JOTOKU; Hiroyuki Hirata; Tomohiko Omura; Jun Nakamura; Takahiro Osuki
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2021-02-23
Also published as: US10556298B2; JPWO2015129561A1; AU2015224087B2; WO2015129561A1; EP3112082A1; CN106061670B; EP3112082A4; US20160354870A1; JP5850203B1; CA2939517C; ES2688131T3; AU2015224087A1; CN106061670A; CA2939517A1; KR20160110516A; KR101863476B1; EP3112082B1

Abstract

Uma junta soldada que tem resistibilidade elevada e excelentes características de resistência à fragilização por hidrogênio é provida. A junta soldada é obtida soldando-se um metal de base com o uso de um material de soldagem. A composição química do metal de base satisfaz a fórmula (1) e contém, em termos de % em massa, 0,005 a 0,1% de C; não mais que 1,2% de Si, 2,5 a 6,5% de Mn, 8 a 15% de Ni, 19 a 25% de Cr, 0,01 a 4,5% de Mo, 0,01 a 0,5% de V, 0,01 a 0,5% de Nb, menos que 0,05% de Al, 0,15 a 0,45% de N, não mais que 0,02% de O, não mais que 0,05% de P e não mais que 0,04% de S, sendo que o restante consiste em ferro e impurezas. A composição química do material de soldagem satisfaz as fórmulas (1) e (2). Ni+0,65Cr+0,98Mo+1,05Mn+0,35Si+12,6C=29 (1), 0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo=-1,0 (2).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a uma junta soldada e a um método de fabricação de uma junta soldada e, mais particularmente, a uma junta soldada de austenita-aço e um método de fabricação de uma junta soldada de austenita-aço.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] Nos últimos anos, tem sido feita pesquisa para comercializar máquinas de transporte que usam hidrogênio, gás natural ou similar como sua energia de acionamento. Tal comercialização exige o estabelecimento de um ambiente de utilização em que tais gases sob alta pressão podem ser armazenados e transportados. Ao mesmo tempo, os materiais de alta resistibilidade usados nessas aplicações que têm resistibilidades à tração maiores que 800 MPa foram desenvolvidos e suas aplicações foram consideradas.

[0003] Os documentos WO 2004/083476, WO 2004/083477 e WO 2004/110695 propõem o aumento de Mn para aumentar a solubilidade de N e que inclui V ou que inclui uma combinação de V e Nb para tomar vantagem do reforço de soluto de N e do reforço de precipitação de nitrito para fornecer um aço inoxidável de austenita com uma resistibilidade aumentada.

[0004] Quando um aço de austenita de alta resistibilidade é usado como uma estrutura, partes feitas a partir do mesmo devem ser soldadas juntamente. Para fornecer desempenho suficiente em uso, é exigido que a porção soldada tenha uma resistibilidade substancialmente igual àquela do material de base. Os documentos WO 2004/110695, JP Hei5(1993)-192785 e JP 2010-227949 propõem que se utilize ativamente Al, Ti e Nb para fornecer um material de soldagem e um metal de solda que têm uma resistibilidade à tração que excede 800 MPa.

[0005] Esses materiais de soldagem e metais de solda fornecidos usando-se esses materiais de soldagem devem ser submetidos a um tratamento de calor após a soldagem a fim de fornecer resistibilidade elevada. Um tratamento de calor prolongado após a soldagem significa uma limitação na fabricação e pode causar um aumento nos custos de fabricação.

[0006] O documento WO 2013/005570 propõe tomar vantagem do reforço de soluto do metal soldado por N para fornecer uma junta soldada de austenita-aço que tem resistibilidade elevada e boa resistência à fragilização por hidrogênio sem realizar tratamento de calor após a soldagem.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0007] Na fabricação da junta soldada de austenita-aço de WO 2013/005570, um material de soldagem que contém 0,15 a 0,35% N é usado para a soldagem para fazer com que o metal de solda contenha 0,15 a 0,35% N. Devido a esse fato, os materiais de soldagem são limitados a serem usados para essa junta soldada de austenita-aço. Essa junta soldada de austenita-aço exige o uso de um material de soldagem que contém uma grande quantidade de N e, portanto, não pode ser produzida de modo eficaz, e, sob algumas condições de soldagem, pode ter defeitos de solda, tais como espiráculos.

[0008] Adicionalmente, mesmo quando um material de soldagem que contém uma grande quantidade de N é usado, N pode ser separado do metal de solda durante a soldagem. Para tomar vantagem do reforço de soluto por N, N deve permanecer no metal de solda. Contanto que uma junta soldada convencional deva ser produzida, é difícil fornecer um determinado teor de N no metal de solda de uma maneira estável sob uma ampla faixa de condições de soldagem.

[0009] Adicionalmente, é exigido que uma junta soldada a ser usada na manipulação de hidrogênio de alta pressão tenha uma boa resistência à fragilização por hidrogênio.

[00010] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma junta soldada que tem resistibilidade elevada e boa resistência à fragilização por hidrogênio.

[00011] Uma junta soldada de acordo com a presente invenção é uma junta soldada obtida soldando-se um material de base com o uso de um material de soldagem. O material de base tem uma composição química de, em % em massa: C: 0,005 a 0,1%; Si: até 1,2%; Mn: 2,5 a 6,5%, Ni: 8 a 15%; Cr: 19 a 25%; Mo: 0,01 a 4,5%; V: 0,01 a 0,5%; Nb: 0,01 a 0,5%; Al: menos que 0,05%; N: 0,15 a 0,45%; O: até 0,02%; P: até 0,05%; e S: até 0,04%, e um saldo que é de ferro e impurezas. O material de soldagem tem uma composição química de, em % em massa: C: 0,005 a 0,1%; Si: até 0,7%; Mn: 0,5 a 3%, Ni: 8 a 23%; Cr: 17 a 25%; Mo: 0,01 a 4%; V: 0 a 0,5%; Nb: 0 a 0,5%; Al: menos que 0,05%; N: menos que 0,15%; O: até 0,02%; P: até 0,03%; e S: até 0,02%, e um saldo que é de ferro e impurezas. A composição química do material de base satisfaz a Equação (1). A composição química do material de soldagem satisfaz as Equações (1) e (2). Ni+0,65Cr+0,98Mo+1,05Mn+0,35Si+12,6C^29 ... (1). 0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo^-1,0 ... (2).

[00012] Aqui, os teores dos elementos (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos nas Equações (1) e (2).

[00013] A presente invenção fornece uma junta soldada que tem resistibilidade elevada e boa resistência à fragilização por hidrogênio.

MODALIDADES PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[00014] Os presentes inventores pesquisaram para descobrir condições sob as quais uma junta soldada pode ser fornecida tendo uma resistibilidade elevada e boa resistência à fragilização por hidrogênio sem realizar tratamento de calor após a soldagem e sem usar um material de soldagem que contém uma grande quantidade de N. Os mesmos encontraram os seguintes pontos (a) a (c).

[00015] (a) quando a fase de austenita do metal de solda é instável, sua deformação residual de solda e o tratamento subsequente transformam a fase de austenita no metal de solda em martensita. Isso diminui a resistência à fragilização por hidrogênio do metal de solda. Em vista disso, ajustar a composição química do metal de solda para estabilizar a fase de austenita irá aprimorar a resistência à fragilização por hidrogênio do metal de solda. Mais especificamente, o metal de solda satisfaz adequadamente a Equação (1) abaixo. A composição química do metal de solda satisfaz a Equação (1) se as composições químicas tanto do material de base quanto do material de soldagem satisfizerem a Equação (1). Ni+0,65Cr+0,98Mo+1,05Mn+0,35Si+12,6C^29 ... (1).

[00016] Aqui, os teores dos elementos (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos na Equação (1).

[00017] (b) para fornecer uma junta soldada que tem uma resistibilidade substancialmente igual àquela do material de base, é eficaz dissolver uma grande quantidade de N no metal de solda para reforço de soluto por N. Isso é atingido se a composição química do material de soldagem satisfizer a Equação (2). Se a composição química do material de soldagem satisfizer a Equação (2), é possível dissolver uma grande quantidade de N no metal de solda mesmo se o teor de N no material de soldagem for menor que 0,15% em massa. 0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo£-1,0 ... (2).

[00018] Aqui, os teores dos elementos (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos na Equação (2).

[00019] (c) uma resistibilidade à tração ainda maior pode ser atingida se a altura do metal de solda de excesso formado na superfície externa da junta soldada (isto é, a altura do metal de solda de excesso de superfície) é ajustada dependendo da composição química do material de soldagem. Mais especificamente, a altura do metal de solda de excesso de superfície h (mm) satisfaz adequadamente a Equação (3). 1,9x(0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo)+3^h ... (3).

[00020] Aqui, os teores dos elementos no material de soldagem (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos na Equação (3).

[00021] A junta soldada da presente invenção foi feita com base nas descobertas acima. A junta soldada em uma modalidade da presente invenção será descrita abaixo em detalhes. Na descrição abaixo, "%" para o teor de um elemento significa percentual de massa.

[00022] A junta soldada na presente modalidade é obtida soldando- se um material de base com um material de soldagem. A junta soldada inclui um material de base e um metal de solda. O metal de solda é formado por uma parte do material de base e o material de soldagem fundindo-se juntamente e solidificando-se. A junta soldada pode ser, por exemplo, de tubos de aço ou placas de aço com suas extremidades/bordas adjacentes soldadas juntamente.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA

[00023] O material de base e o material de soldagem incluem a composição química conforme descrito abaixo.

[00024] C: 0,005 a 0,1% (material de base e material de soldagem)

[00025] Carbono (C) estabiliza a austenita. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de C está contida, o calor durante a soldagem pode causar carboneto ao longo dos contornos de grânulo, o que diminui a resistência e a robustez à corrosão. Em vista disso, tanto para o material de base quanto para o material de soldagem, o teor de C deve estar na faixa de 0,005 a 0,1%. Consequentemente, o limite inferior do teor de C é de 0,008%. Consequentemente, o limite superior do teor de C é de 0,08%.

[00026] Si: até 1,2% (material de base), até 0,7% (material de soldagem)

[00027] Silício (Si) desoxida o aço. Si também aprimora aresistência à corrosão do aço. Entretanto, se uma quantidade excessiva de Si está contida, a robustez do aço diminui. Em vista disso, o teor de Si no material de base deve ser de até 1,2%. O limite superior preferencial do teor de Si no material de base é de 1,0%.

[00028] Além disso, se uma quantidade excessiva de Si estiver contida em um metal de solda formado fundindo-se o material de soldagem, o Si segrega ao longo dos contornos de cristal colunar quando solidifica, o que diminui o ponto de fundição da fase líquida, o que aumenta a sensibilidade à fissura de solidificação. Em vista disso, o limite superior do teor de Si no material de soldagem deve ser inferior àquele para o material de base. Portanto, o teor de Si no material de soldagem deve ser de até 0,7%. O limite superior preferencial do teor de Si no material de soldagem é de 0,6%. Nenhum limite inferior é necessário para o teor de Si; entretanto, uma quantidade excessivamente baixa pode resultar em desoxidação insuficiente, o que aumenta o índice de pureza do aço e deteriora a pureza, o que aumenta os custos. Portanto, o limite inferior desejável de Si é de 0,01% tanto para o material de base quanto para o material de soldagem.Mn: 2,5 a 6,5% (material de base), 0,5 a 3% (material de soldagem)

[00029] Manganês (Mn) desoxida o aço. Mn também estabiliza uma fase de austenita. Mn aumenta adicionalmente a solubilidade de N no metal de solda durante a produção do material de base e durante a soldagem, contribuindo-se assim indiretamente para o aumento da resistibilidade do metal de solda. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de Mn estiver contida, a ductilidade do aço diminui. Em vista disso, o teor de Mn no material de base deve ser na faixa de 2,5 a 6,5%. O limite inferior preferencial do teor de Mn no material de base é de 2,7%. O limite superior preferencial do teor de Mn no material de base é de 6%.

[00030] A taxa de solidificação para um metal de solda formado fundindo-se o material de soldagem é maior que aquela para o material de base que é produzido, portanto, a redução em N durante a solidificação é menor. Em vista disso, o limite inferior do teor de Mn no material de soldagem pode ser inferior àquele para o material de base. Por outro lado, no caso do material de soldagem, a redução na ductilidade pode tornar difícil produzir fios finos a partir do mesmo. Em vista disso, o limite superior do teor de Mn no material de soldagem deve ser inferior àquele para o material de base. Portanto, o teor de Mn no material de soldagem deve ser na faixa de 0,5 a 3%. O limite inferior preferencial do teor de Mn no material de soldagem é de 0,7%. O limite superior preferencial do teor de Mn no material de soldagem é de 2,5%.Ni: 8 a 15% (material de base), 8 a 23% (material de soldagem)

[00031] Níquel (Ni) estabiliza uma fase de austenita. Para atingir esse efeito de uma maneira estável, 8% ou mais de Ni deve estar contido. Entretanto, uma quantidade excessiva de Ni diminui a solubilidade de N no metal de solda durante a produção do material de base. Adicionalmente, uma vez que Ni é um elemento dispendioso, um teor excessivo significa custos aumentados. Em vista disso, o limite superior do teor de Ni no material de base deve ser de 15%. Adicionalmente, o limite inferior preferencial do teor de Ni no material de base é de 9%. O limite superior preferencial do teor de Ni no material de base é de 14,5%.

[00032] No metal de solda, também, o Ni estabiliza a fase de austenita. Para atingir esse efeito de uma maneira estável, 8% ou mais de Ni devem estar contidos no material de soldagem. Entretanto, um teor excessivo de Ni diminui a solubilidade de N no metal de solda. Adicionalmente, uma vez que Ni é um elemento dispendioso, um teor excessivo significa custos aumentados, mesmo para os materiais de soldagem em uma fabricação pequena. Em vista disso, o limite superior de Ni no material de soldagem deve ser de 23%. O limite inferior preferencial do teor de Ni no material de soldagem é de 9%. O limite superior preferencial do teor de Ni no material de soldagem é de 22,5%.Cr: 19 a 25% (material de base), 17 a 25% (material de soldagem)

[00033] Crômio (Cr) aumenta a resistência à corrosão do aço. Cr aumenta adicionalmente a solubilidade de N no metal de solda durante a produção do material de base e durante a soldagem, contribuindo, assim, indiretamente para o aumento da resistibilidade do metal de solda. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de Cr estiver contida, uma grande quantidade de partículas de grânulo de um carboneto, tal como M23C6 que diminui a ductilidade e a robustez, pode ser produzida. Adicionalmente, se uma quantidade excessiva de Cr estiver contida, o aço pode se tornar quebradiço em alguns tipos de ambiente de gás de solda. Em vista disso, o teor de Cr no material de base deve ser na faixa de 19 a 25%. O limite inferior preferencial do teor de Cr no material de base é de 19,2%. O limite superior preferencial do teor de Cr no material de base é de 24,5%.

[00034] A taxa de solidificação para um metal de solda formado fundindo-se o material de soldagem é maior que aquela para o material de base que é produzido, portanto, a redução em N durante a solidificação é menor. Em vista disso, o limite inferior do teor de Cr no material de soldagem pode ser inferior àquele para o material de base. Portanto, o teor de Cr no material de soldagem deve ser na faixa de 17 a 25%. O limite inferior preferencial do teor de Cr no material de soldagem é de 18,2%. O limite superior preferencial do teor de Cr no material de soldagem é de 24,5%.Mo: 0,01 a 4,5 % (material de base), 0,01 a 4% (material de soldagem)

[00035] Molibdênio (Mo) dissolve em uma matriz ou precipita na forma de um carbonitreto, que aumenta a resistibilidade do aço. Mo também aumenta a resistência à corrosão do aço. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de Mo estiver contida, isso aumenta os custos. Também, quando uma quantidade excessiva de Mo é adicionada ao aço, o aço é saturado em termos de efeitos de Mo. Em vista disso, o teor de Mo no material de base deve ser na faixa de 0,01 a 4,5%. O limite inferior preferencial do teor de Mo no material de base é de 0,03%. O limite superior preferencial do teor de Mo no material de base é de 4%.

[00036] A taxa de solidificação para um metal de solda formado fundindo-se o material de soldagem é maior que aquela para o material de base que é produzido, portanto, a redução em N durante a solidificação é menor. Em vista disso, o limite superior do teor de Mo no material de soldagem deve ser inferior àquele para o material de base. Portanto, o teor de Mo no material de soldagem deve ser na faixa de 0,01 a 4%. O limite inferior preferencial do teor de Mo no material de soldagem é de 0,03%. O limite superior preferencial do teor de Mo no material de soldagem é de 3,8%.V: 0,01 a 0,5% (material de base), 0 a 0,5% (material de soldagem)

[00037] Vanádio (V) dissolve em uma matriz ou precipita na forma de um carboneto, que aumenta a resistibilidade do aço. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de V estiver contida, uma grande quantidade de carboneto precipita, o que diminui a ductilidade do aço. Em vista disso, o teor de V no material de base deve ser na faixa de 0,01 a 0,5%. O limite superior preferencial do teor de V no material de base é de 0,4%.

[00038] Vanádio (V) não precisa ser adicionado ao material de soldagem. Ou seja, V é um elemento opcional para o material de soldagem. Se o material de soldagem contiver V, isso aumenta a resistibilidade do metal de solda. Em vista disso, o teor de V no material de soldagem deve ser na faixa de 0 a 0,5%. Se V for adicionado, o limite inferior preferencial do teor de V no material de soldagem é de 0,01%. O limite superior preferencial do teor de V no material de soldagem é de 0,4%.Nb: 0,01 a 0,5% (material de base), 0 a 0,5% (material de soldagem)

[00039] Nióbio (Nb) dissolve em uma matriz ou precipita na forma de um carbonitreto, que aumenta a resistibilidade do aço. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de Nb estiver contida, uma grande quantidade de carbonitreto precipita, o que diminui a ductilidade do aço. Em vista disso, o teor de Nb no material de base deve ser na faixa de 0,01 a 0,5%. O limite superior preferencial do teor de Nb no material de base é de 0,4%.

[00040] Nióbio (Nb) não precisa ser adicionado ao material de soldagem. Ou seja, o Nb é um elemento opcional para o material de soldagem. Se o material de soldagem contiver Nb, isso aumenta a resistibilidade do metal de solda. Em vista disso, o teor de Nb no material de soldagem deve ser na faixa de 0 a 0,5%. Se Nb for adicionado, o limite inferior preferencial do teor de Nb no material de soldagem é de 0,01%. O limite superior preferencial do teor de Nb no material de soldagem é de 0,4%.Al: menos que 0,05 % (material de base e material de soldagem)

[00041] Alumínio (Al) desoxida o aço. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de Al estiver contida, uma grande quantidade de nitrito precipita, o que diminui a ductilidade do aço. Em vista disso, tanto para o material de base quanto para o material de soldagem, o teor de Al deve ser menor que 0,05%. O limite superior preferencial do teor de Al é de 0,04%. Quanto menor o teor de Al, melhor. Entretanto, uma quantidade excessivamente baixa de Al resulta em desoxidação insuficiente. Adicionalmente, uma quantidade excessivamente baixa de Al aumenta o índice de pureza do aço. Adicionalmente, uma quantidade excessivamente baixa de Al significa custos aumentados. Em vista disso, o limite inferior preferencial do teor de Al é de 0,0001%.

N: 0,15 a 0,45% (material de base), menos que 0,15 (material de soldagem)

[00042] N dissolve em uma matriz ou forma partículas de nitrito finas, o que aumenta a resistibilidade do aço. Por outro lado, se uma quantidade excessiva de N estiver contida, a trabalhabilidade a quente do aço diminui. Em vista disso, o teor de N no material de base deve ser na faixa de 0,15 a 0,45%. O limite inferior preferencial do teor de N no material de base é de 0,16%. O limite superior preferencial do teor de N no material de base é de 0,42%.

[00043] Em um metal de solda formado fundindo-se o material de soldagem, uma quantidade excessiva de N não pode ser fundida na poça de fusão durante a soldagem, o que pode resultar em espiráculos e/ou fossos. Em vista disso, o teor de N no material de soldagem deve ser menor que 0,15%. O limite inferior preferencial do teor de N no material de soldagem é de 0,01%. O limite superior preferencial do teor de N no material de soldagem é de 0,13%.

[00044] O saldo na composição química de cada um dentre do material de base e o metal de solda é de Fe e impurezas. Impureza significa um elemento que se origina a partir de minério ou restos usados conforme a matéria prima do aço ou um elemento que tenha entrado por várias razões durante o processo de fabricação. Na presente modalidade, os teores das impurezas O, P e S são limitados às faixas descritas abaixo.

O: 0,02% (material de base e material de soldagem)

[00045] Oxigênio (O) é uma impureza. Se uma quantidade excessiva de O estiver contida, a trabalhabilidade quente durante a produção do material de base e do material de soldagem diminui. Adicionalmente, se uma quantidade excessiva de O estiver contida, a robustez e a ductilidade do metal de solda diminuem. Em vista disso, tanto para o material de base quanto para o material de soldagem, o teor de O deverá ser de até 0,02%. O limite superior preferencial do teor de O é de 0,01%. P: até 0,05% (material de base), até 0,03% (material de soldagem)

[00046] Fósforo (P) é uma impureza. Se uma quantidade excessiva de P estiver contida, a trabalhabilidade a quente durante a produção do material de base e do material de soldagem diminui. Em vista disso, o teor de P no material de base deve ser de até 0,05%. O limite superior preferencial do teor de P no material de base é de 0,03%.

[00047] Em um metal de solda formado fundindo-se o material de soldagem, P diminui o ponto de fundição da fase líquida quando solidifica, o que aumenta a sensibilidade à fissura de solidificação do metal de solda. Em vista disso, o limite superior do teor de P no material de soldagem deve ser inferior àquele para o material de base. Portanto, o teor de P no material de soldagem é de até 0,03%. O limite superior preferencial do teor de P no material de soldagem é de 0,02%.

S: até 0,04% (material de base), 0,02% (material de soldagem)

[00048] Enxofre (S) é uma impureza. Se uma quantidade excessiva de S estiver contida, a trabalhabilidade a quente durante a produção do material de base e do material de soldagem diminui. Em vista disso, o teor de S no material de base deve ser de até 0,04%. O limite superior preferencial do teor de S no material de base é de 0,03%.

[00049] Em um metal de solda formado fundindo-se o material de soldagem, S diminui o ponto de fundição da fase líquida quando solidifica, o que aumenta a sensibilidade à fissura de solidificação do metal de solda. Em vista disso, o limite superior do teor de S no material de soldagem deve ser inferior àquele para o material de base. Portanto, o teor de S no material de soldagem deve ser de até 0,02%. O limite superior preferencial do teor de S no material de soldagem é de 0,01%.

[00050] Adicionalmente, as composições químicas do material de base e material de soldagem na presente modalidade satisfazem a Equação (1) fornecida abaixo. Ni+0,65Cr+0,98Mo+1,05Mn+0,35Si+12,6C^29 ... (1).

[00051] Aqui, os teores dos elementos (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos na Equação (1).

[00052] Se a fase de austenita estiver estável em um ambiente de hidrogênio, uma boa resistência à fragilização por hidrogênio está presente. O metal de solda é uma microestrutura produzida solidificando-se por refrigeramento rápido e, portanto, a fase de austenita tende a ser instável. Conforme discutido acima, o metal de solda é formado por uma parte do material de base e do material de soldagem fundindo-se juntamente e solidificando-se. Se as composições químicas tanto do material de base quanto do material de soldagem satisfizerem a Equação (1), a fase de austenita também está estável no metal de solda. Isso aumenta a resistência à fragilização por hidrogênio da junta soldada.

[00053] O valor do lado esquerdo da Equação (1) é preferencialmente 32 ou maior, e, mais preferencialmente, 34 ou maior.

[00054] A composição química do material de soldagem na presente modalidade satisfaz adicionalmente a Equação (2) fornecida abaixo. 0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo^-1,0 ... (2).

[00055] Aqui, os teores dos elementos (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos na Equação (2).

[00056] O material de soldagem funde durante a soldagem para formar um metal de solda. Nesse momento, N pode ser separado do metal de solda. Se N for separado do metal de solda, o efeito do reforço de soluto não pode ser fornecido, o que diminui a resistibilidade do metal de solda. Se a composição química do material de soldagem satisfizer a Equação (2), a atividade de N é baixa, o que impede que N seja separado do metal de solda. Portanto, uma grande quantidade de N pode ser dissolvida no metal de solda mesmo se o teor de N no material de soldagem for menor que 0,15%.

[00057] Quanto menor o valor do lado esquerdo da Equação (2), melhor. Quanto menor o valor do lado esquerdo da Equação (2), menor se permite que seja a altura do metal de solda de excesso de superfície descrito abaixo. O valor do lado esquerdo da Equação (2) é preferencialmente -1,1 ou inferior e, mais preferencialmente, -1,3 ou inferior.

[00058] Preferencialmente, a junta soldada na presente modalidade tem uma altura do metal de solda de excesso de superfície h (mm) que satisfaz a Equação (3) fornecida abaixo. 1,9x(0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo)+3^h ... (3).

[00059] Aqui, os teores dos elementos no material de soldagem (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos na Equação (3).

[00060] Quando o valor do lado esquerdo da Equação (2) é P2, a Equação (3) pode ser expressa conforme fornecida abaixo. Ou seja, a Equação (3) indica que a altura do metal de solda de excesso de superfície h é ajustada dependendo da atividade de N no material de soldagem.1,9*P2+3<h

[00061] A altura do metal de solda de excesso de superfície significa a distância (mm) entre a superfície do material de base e a posição mais elevada do cordão de solda. Se a altura do metal de solda de excesso de superfície h da junta soldada satisfizer a Equação (3), a junta soldada tem resistibilidade à tração aumentada. Mais especificamente, a junta soldada tem uma resistibilidade à tração substancialmente igual àquela do material de base.

MÉTODO DE FABRICAÇÃO

[00062] Primeiro, um método exemplificativo de fabricação do material de base será descrito. Um aço que tem a composição química para o material de base descrito acima é fundido. A fundição pode ser realizada por um forno elétrico, um forno de descarburação insuflado pelo fundo com mistura de Ar-O2 (AOD forno), ou um forno de descarburação a vácuo (forno VOD). O aço fundido é usado para produzir um lingote pelo método de fabricação de lingote. Alternativamente, o aço fundido pode ser usado para produzir uma placa laminada fundindo-se continuamente.

[00063] O lingote ou placa laminada é usado para produzir um material de base. O material de base pode ser uma placa de aço ou um tubo de aço, por exemplo. A placa de aço pode ser produzida submetendo-se o lingote ou a placa laminada a um trabalho a quente, tal como forjamento a quente ou laminação a quente, por exemplo. O tubo de aço pode ser produzido, por exemplo, submetendo-se o lingote ou a placa laminada a um trabalho a quente para produzir um tarugo redondo, e submetendo-se o tarugo redondo a um trabalho a quente, tal como laminação perfurante, extrusão a quente ou forjamento a quente. Alternativamente, o tubo de aço pode ser produzido flexionando-se a placa de aço para formar um tubo aberto e soldando-se essas bordas do tubo aberto que se estende na direção longitudinal.

[00064] O tratamento de calor é realizado no material de base. Mais especificamente, o material de base é colocado em um forno de tratamento de calor e embebido a 1.000 a 1.200°C. Depois disso, conforme necessário, uma laminação a frio e um tratamento de calor secundário a 800 a 1.200°C são realizados. Portanto, um material de base que tem uma resistibilidade à tração de 800 MPa pode ser fornecido de uma maneira estável.

[00065] A seguir, um método exemplificativo de fabricação o material de soldagem será descrito. Um aço que tem a composição química para o material de soldagem descrito acima é fundido. O aço fundido é moldado em um lingote. O lingote é trabalhado a quente para produzir um material de soldagem. O material de soldagem pode ser no formato de um bastão ou um bloco.

[00066] O tratamento de calor é realizado no material de soldagem de uma maneira similar àquela para o material de base. Depois disso, conforme necessário, uma laminação a frio e um tratamento de calor secundário a 800 a 1.250°C são realizados.

[00067] O material de soldagem descrito acima é usado para soldar o material de base descrito acima. Isso fornece uma junta soldada. O método de soldagem pode ser, por exemplo, soldagem TIG, soldagem MIG, soldagem MAG, ou soldagem de submersão. Durante a soldagem, uma parte do material de base e do material de soldagem se funde juntamente e solidifica para formar um metal de solda.

EXEMPLOS

[00068] A presente invenção será descrita em maiores detalhes com o uso de Exemplos. A presente invenção não é limitada a esses Exemplos.

[00069] Um aço identificado com o caractere A que tem a composição química mostrada na Tabela 1 foi fundido em um laboratório para produzir um lingote. O lingote foi submetido a forjamento a quente, laminação a quente e tratamento de calor para produzir um tubo de aço (material de base) com um diâmetro externo de 9,53 mm, uma espessura de placa de 2,2 mm e um comprimento de 60 mm.TABELA 1

[00070] Se a composição química do material de base for substituída na Equação (1), o valor do lado esquerdo da Equação (1) é 34, o que satisfaz a Equação (1).

[00071] Aços identificados com os caracteres O a Z que têm as composições químicas mostradas na Tabela 2 foram fundidos em um laboratório para produzir lingotes. "-" na Tabela 2 indica que o teor do elemento associado está em um nível de impureza. Os lingotes foram submetidos a um forjamento a quente, uma laminação a quente, um tratamento de calor primário, um tratamento a frio e um tratamento de calor secundário para produzir fios de solda com um diâmetro externo de 1,2 mm (materiais de soldagem). TABELA 2

[00072] Uma preparação de borda circunferencial foi realizada no tubo de aço descrito acima e, depois disso, o material de base e os materiais de soldagem foram combinados conforme mostrado na Tabela 3 para produzir juntas soldadas com diferentes alturas de metal de solda de excesso de superfície. As juntas soldadas foram produzidas com diferentes entradas de calor de soldagem, números de passagem de soldagem e direções de soldagem. A taxa em que um material de soldagem foi alimentado foi variada dependendo da entrada de calor de soldagem. TABELA 3

[00073] "Horizontal" e "vertical" para a direção de soldagem indicam que a soldagem ocorreu em uma "posição plana" e "posição vertical", respectivamente, em conformidade com JIS Z 3001. Mais especificamente, "horizontal" significa que a soldagem ocorreu em uma posição horizontal (isto é, plana) em relação ao solo. Quando a soldagem ocorre em uma posição plana, a soldagem ocorre sem trabalho contra a gravidade, o que significa geralmente que a posição de solda mais direta (ou direção). Por outro lado, "vertical" normalmente significa que a soldagem ocorre em uma direção para cima em relação ao solo. Quando a soldagem ocorre em uma posição vertical, a soldagem ocorre contra a gravidade, portanto, o metal em fusão pode gotejar, o que torna a soldagem difícil e pode causar defeitos de solda.

[00074] As alturas de metal de solda de excesso de superfície das juntas soldadas produzidas foram medidas.

[00075] A partir de cada das juntas soldadas produzidas, uma amostra para teste que inclui a porção soldada foi extraída. A superfície de corte de cada uma das amostras para teste extraídas foi polida e observada por microscopia óptica para determinar se houveram defeitos de solda. As juntas soldadas que não tiveram defeitos de solda, tais como espiráculos, foram determinadas como boas.

[00076] A partir de cada das juntas soldadas produzidas, duas amostras para teste de tração em formato de tubo, em que cada uma tem metal de solda no centro da porção paralela, foram produzidas e submetidas a testes de tração à temperatura ambiente. Nos testes de tração, as juntas soldadas que exibiram uma resistibilidade à tração igual a ou maior que 800 MPa foram determinadas como boas.

[00077] A partir de cada das juntas soldadas produzidas, emamostras para teste de tração de baixa taxa de deformação em formato de tubo, em que cada tem uma porção paralela feita do metal de solda, foram extraídas. As amostras para teste extraídas foram submetidas aos testes de tração de baixa taxa de deformação na atmosfera e um ambiente de hidrogênio de alta pressão em 85 MPa. A taxa de deformação foi 3x10-5/s. Nos testes de tração de baixa taxa de deformação, as juntas soldadas em que a razão entre a redução de área devido a uma ruptura em um ambiente de hidrogênio de alta pressão e a redução de área devido a uma ruptura na atmosfera foi de 90 % ou maior foram determinadas como boas.

[00078] A Tabela 4 mostra a presença/ausência de defeitos desolda, as medições das alturas de metal de solda de excesso de superfície, os resultados dos testes de tração à temperatura ambiente e os resultados dos testes de tração de baixa taxa de deformação para as juntas soldadas.TABELA 4

[00079] A coluna de "P1" na Tabela 4 lista os valores do lado esquerdo da Equação (1) obtidos quando as composições químicas dos materiais de soldagem das juntas soldadas foram substituídas na Equação (1). A coluna de "P2" lista os valores do lado esquerdo da Equação (2) obtidos quando as composições químicas dos materiais de soldagem das juntas soldadas foram substituídas na Equação (2). A coluna de "P3" lista os valores do lado esquerdo da Equação (3) obtidos quando as composições químicas dos materiais de soldagem das juntas soldadas foram substituídas na Equação (3).

[00080] A coluna de "Defeito de solda" na Tabela 4 indica a presença ou a ausência de defeitos de solda. "o" indica que não houve defeitos de solda. "x" indica que houve espiráculos.

[00081] A coluna de "metal de solda de excesso altura" na Tabela 4 lista as alturas de metal de solda de excesso de superfície (mm) das juntas soldadas.

[00082] A coluna de "teste de tração" indica os resultados dos testes de tração. "◎" indica que, em cada um dos testes de tração, ambas as amostras para teste romperam no material de base ou romperam na porção soldada por calor (isto é, ruptura HAZ). "o"indica que a resistibilidade à tração foi de 800 MPa ou maior, porém, uma das duas amostras para teste rompeu no material de base e a outra rompeu no metal de solda. "△" indica que a resistibilidade à tração foi de 800 MPa ou maior, porém, ambas as amostras para teste romperam no metal de solda. "x" indica que as amostras para teste romperam no metal de solda e a resistibilidade à tração foi menor que 800 MPa.

[00083] A coluna de "teste de tração de baixa taxa de deformação" lista os resultados dos testes de tração de baixa taxa de deformação. "o" indica que a razão entre a redução de área devido a uma ruptura no ambiente de hidrogênio de alta pressão e a redução de área devido a uma ruptura na atmosfera foi de 90% ou maior. "x" indica que a razão entre a redução de área devido a uma ruptura no ambiente de hidrogênio de alta pressão e a redução de área devido a uma ruptura na atmosfera foi menor que 90%.

[00084] As juntas soldadas com os caracteres de teste J1 a J18, J22 a J24 e J35 a J37 estiveram dentro das faixas da presente invenção. Mais especificamente, em cada uma dessas juntas soldadas, as composições químicas do material de base e do material de soldagem estiveram dentro das faixas da presente invenção, as composições químicas do material de base e material de soldagem satisfizeram a Equação (1) e a composição química do material de soldagem satisfez a Equação (2). Como um resultado, cada dessas juntas soldadas teve uma resistibilidade à tração não menor que 800 MPa e foram descobertas como boas no teste de tração de baixa taxa de deformação.

[00085] Adicionalmente, essas juntas soldadas não tiveram defeitos de solda. Especialmente as juntas soldadas com os caracteres de teste J1, J5, J9, J13, J16, J22 e J36 não tiveram defeitos de solda mesmo apesar das entradas de calor de soldagem terem sido relativamente altas. As juntas soldadas com os caracteres de teste J35 a J37 não tiveram defeitos de solda mesmo apesar da direção de soldagem ter sido vertical.

[00086] Além disso, em cada uma das juntas soldadas com os caracteres de teste J1, J3 a J5, J7 a J9, J11 a J13, J15, J16, J18, J22, J24 e J35 a J37, a altura do metal de solda de excesso de superfície h satisfez a Equação (3). Em outras palavras, em cada uma dessas juntas soldadas, a altura do metal de solda de excesso de superfície h teve um valor de P3 ou maior. Como um resultado, essas juntas soldadas tiveram resistibilidades à tração particularmente altas. Mais especificamente, essas juntas soldadas romperam no material de base ou experimentaram uma ruptura HAZ no teste de tração.

[00087] Em cada uma das juntas soldadas com os caracteres de teste J19 a J21, as composições químicas do material de base e do material de soldagem estiveram nas faixas da presente invenção, e a composição química do material de base satisfez a Equação (1). Entretanto, nessas juntas soldadas, a composição química do material de soldagem não satisfez a Equação (1). Como um resultado, essas juntas soldadas não foram descobertas como boas nos testes de tração de baixa taxa de deformação.

[00088] Em cada uma das juntas de solda com os caracteres de teste J25 a J27, J38 e J39, o teor de N no material de soldagem (caractere V ou W) foi também alto. Como um resultado, a porção soldada teve defeitos de solda, mais particularmente espiráculos, o que resulta em uma junta que não estava boa. Como um resultado, essas juntas soldadas tiveram uma resistibilidade à tração de 800 MPa ou menor.

[00089] Em cada uma das juntas soldadas com os caracteres de teste J28 a J30, o teor de Si e o teor de Cr no material de soldagem (caractere X) foi também alto. Adicionalmente, em cada uma dessas juntas soldadas, a composição química do material de soldagem não satisfez a Equação (1). Como um resultado, essas juntas soldadas não foram descobertas como boas nos testes de tração de baixa taxa de deformação.

[00090] Em cada uma das juntas soldadas com os caracteres de teste J31 a J34, a composição química do material de soldagem (caractere Y ou Z) não satisfez a Equação (2) mesmo apesar de os teores dos elementos estarem dentro das faixas da presente invenção. Como um resultado, essas juntas soldadas tiveram uma resistibilidade à tração de 800 MPa ou menor.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[00091] A presente invenção pode ser adequadamente usada em uma tubulação de gás de alta pressão e, mais particularmente, em juntas soldadas para tubulação de gás de hidrogênio de alta pressão.

Claims

1. Junta soldada, caracterizada pelo fato de que é obtida soldando-se um material de base com o uso de um material de soldagem, em que o material de base tem uma composição química de, em % em massa: C: 0,005 a 0,1%; Si: até 1,2%; Mn: 2,5 a 6,5%; Ni: 8 a 15%; Cr: 19 a 25%; Mo: 0,01 a 4,5%; V: 0,01 a 0,5%; Nb: 0,01 a 0,5%; Al: menos que 0,05%; N: 0,15 a 0,45%; O: até 0,02%; P: até 0,05%; e S: até 0,04%, e um saldo que é de ferro e impurezas, em que o material de soldagem tem uma composição química de, em % em massa: C: 0,005 a 0,1%; Si: até 0,7%; Mn: 0,5 a 3%; Ni: 8 a 23%; Cr: 17 a 25%; Mo: 0,01 a 4%; V: 0 a 0,5%; Nb: 0 a 0,5%; Al: menos que 0,05%; N: menos que 0,15%; O: até 0,02%; P: até 0,03%; e S: até 0,02%, e um saldo que é de ferro e impurezas, em que a composição química do material de base satisfaz a Equação (1), e a composição química do material de soldagem satisfaz as Equações (1) e (2), Ni+0,65Cr+0,98Mo+1,05Mn+0,35Si+12,6C^29 ... (1), e 0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo^-1,3 ... (2), em que os teores dos elementos (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos nas Equações (1) e (2).

2. Junta soldada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição química do material de soldagem inclui um ou mais selecionados a partir do grupo que consiste em, em % em massa: V: 0,01 a 0,5%; e Nb: 0,01 a 0,5%.

3. Junta soldada de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que tem uma altura do metal de solda de excesso de superfície h (mm) que satisfaz a Equação (3), 1,9x(O,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo)+3^h ... (3), em que os teores dos elementos no material de soldagem (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos na Equação (3).

4. Junta soldada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que tem uma resistibilidade à tração de 800 MPa ou maior.

5. Método de fabricação de uma junta soldada, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: preparar um material de base que tem uma composição química de, em % em massa: C: 0,005 a 0,1%; Si: até 1,2%; Mn: 2,5 a 6,5%; Ni: 8 a 15%; Cr: 19 a 25%; Mo: 0,01 a 4,5%; V: 0,01 a 0,5%; Nb: 0,01 a 0,5%; Al: menos que 0,05%; N: 0,15 a 0,45 %; O: até 0,02%; P: até 0,05%; e S: até 0,04%, e um saldo que é de ferro e impurezas, preparar um material de soldagem que tem uma composição química de, em % em massa: C: 0,005 a 0,1%; Si: até 0,7%; Mn: 0,5 a 3%; Ni: 8 a 23%; Cr: 17 a 25%; Mo: 0,01 a 4%; V: 0 a 0,5%; Nb: 0 a 0,5%; Al: menos que 0,05%; N: menos que 0,15%; O: até 0,02%; P: até 0,03%; e S: até 0,02%, e um saldo que é de ferro e impurezas, e soldar o material de base com o uso do material de soldagem, em que a composição química do material de base satisfaz a Equação (1), e a composição química do material de soldagem satisfaz as Equações (1) e (2), Ni+0,65Cr+0,98Mo+1,05Mn+0,35Si+12,6C^29 ... (1), e 0,31C+0,048Si-0,02Mn-0,056Cr+0,007Ni-0,013Mo^-1,3 ... (2), em que os teores dos elementos (em % em massa) são substituídos pelos símbolos desses elementos nas Equações (1) e (2).