BR112018015731B1

BR112018015731B1 - Método para produção de tubos de liga à base de níquel

Info

Publication number: BR112018015731B1
Application number: BR112018015731-7A
Authority: BR
Inventors: Alejandra López; Urbano Faina
Original assignee: Ibf S.P.A.; Tubacex Innovación A.I.E.
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2022-06-14
Also published as: RU2018130134A; WO2017134184A1; ES2879798T3; EP3202930A1; EP3202930B1; US10774411B2; RU2018130134A3; BR112018015731A2; RU2731227C2; US20190040509A1

Abstract

um método para produzir um tubo de liga à base de níquel o qual compreende as etapas de trabalhar a quente uma peça moldada em liga à base de níquel em uma peça de trabalho de formato pré-tubular ou em uma barra cilíndrica; trepanar a barra cilíndrica ou usinar um diâmetro interno da peça de trabalho de formato pré-tubular para obter uma peça de trabalho tubular; e trabalhar a frio a peça de trabalho tubular. o trabalho a quente compreende um de: laminagem, forja e uma combinação dos mesmos. o trabalho a frio compreende formação de fluxo ou laminação a passo de peregrino. um tubo de liga à base de níquel produzido com o método compreende um diâmetro externo maior do que ou igual a 60,3 mm, uma espessura média de parede maior do que ou igual a 2,8 mm e menor do que ou igual a 70 mm.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere à produção de tubos feitos de liga à base de níquel, particularmente ligas como a Liga 625, para obter uma microestrutura fina e homogênea e alta resistência e ao método para produção dos mesmos.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Os tubos para transferência de substâncias como, por exemplo, óleo e gás extraídos de um poço são, em geral, expostos a condições severas na forma, por exemplo, de altos níveis de pressão e tensões. Os tubos que são usados em poços profundos com condições HPHT (alta pressão e alta temperatura) requerem materiais de alta resistência com propriedades aprimoradas, tais como resistência à corrosão e homogeneidade de microestrutura, ou os tubos podem falhar.

[0003] A este respeito, algumas ligas que são adequadas para este tipo de ambientes são aquelas que incluem níquel. Dentre as várias ligas à base de níquel disponíveis, a liga 625 é particularmente conveniente para materiais em condições HPHT, no entanto, a liga 625 apresenta baixa capacidade de formação a frio, o que dificulta bastante a produção de tubos longos.

[0004] O interesse em fornecer tubos de alta resistência, incluindo aqueles feitos de ligas à base de níquel, é mostrado, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos No 8.479.549 B1, a qual se refere a um método de produção de produtos tubulares fundidos centrífugos trabalhados a frio que se caracterizam por uma elevada resistência. A peça de trabalho tubular fundida de uma liga resistente à corrosão tem o material de seu diâmetro interno removido e, então, um processo de formação de metal reduz as paredes da peça de trabalho tubular. Quando o processo de conformação de metal é formação de fluxo, as paredes da peça de trabalho podem ser reduzidas com várias passagens porque a peça de trabalho não é capaz de processar grandes reduções em uma passagem, consequentemente, a redução progressiva das paredes pode ser fornecida com subsequentes passagens de formação de fluxo.

[0005] Uma vez que a resistência ao escoamento dos tubos produzidos está relacionada à redução conseguida durante o processo de trabalho frio, a resistência ao escoamento está, em geral, limitada ao grau de redução obtenível pelos métodos de produção de tubos. Portanto, seria vantajoso produzir tubos em que grandes reduções possam ser aplicadas, de modo que os tubos apresentem uma elevada resistência ao escoamento e uma microestrutura homogênea, tornando-os particularmente adequados para ambientes caracterizados por condições HPHT.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0006] Os tubos feitos de ligas à base de níquel e um método para a produção dos mesmos descritos na presente invenção pretendem resolver as deficiências dos tubos e métodos do estado da técnica.

[0007] Um primeiro aspecto da invenção se refere a um método para produzir um tubo de uma liga à base de níquel. O método compreende as etapas de: (a) trabalhar a quente uma liga à base de níquel moldada em uma peça de trabalho de formato pré-tubular ou em uma barra cilíndrica; (b) trepanar a barra cilíndrica ou usinar um diâmetro interno da peça de trabalho pré-tubular para obter uma peça de trabalho tubular; (c) trabalhar a frio a peça tubular.

[0008] Uma peça de trabalho de formato pré-tubular é um tubo ou uma peça de trabalho com um formato tubular que é usinada ou conformada para obter as dimensões finais do tubo, enquanto que uma barra cilíndrica é uma barra com uma seção transversal arredondada que é, por exemplo, circular ou oval.

[0009] Um processo de trabalho a quente deforma plasticamente uma peça moldada de liga à base de níquel em uma peça de trabalho de formato pré-tubular ou uma barra cilíndrica ao alterar a microestrutura e, portanto, as propriedades da peça moldada.

[0010] O formato da peça moldada de liga à base de níquel pode se assemelhar, por exemplo, porém sem limitações, um lingote ou uma barra. O formato pode apresentar geometrias regulares ou irregulares tais como, por exemplo, prismas retangulares, prismas hexagonais, prismas redondos, cilindros, etc.

[0011] Para que o processo seja efetivamente aplicado à peça moldada, a peça moldada de liga à base de níquel é, de preferência, aquecida para uma temperatura maior do que sua temperatura de recristalização. A peça moldada é, então, plasticamente deformada, de modo que as suas propriedades mecânicas sejam aprimoradas para a produção de tubos caracterizados por uma elevada resistência, um formato alongado e paredes reduzidas (isto é, finas).

[0012] A estrutura interna da peça moldada apresenta, tipicamente, cavidades, tamanhos de grãos e segregações variáveis na liga à base de níquel que aparecem durante sua moldagem. Assim, enquanto é moldada, as diferentes temperaturas presentes em todo o material, juntamente com o efeito da gravidade, geram uma estrutura interna heterogênea na forma das ditas cavidades, grãos com diferentes tamanhos e formatos e segregação em microescala e/ou macroescala de elementos de formação de liga.

[0013] O processo de trabalho a quente homogeneíza a microestrutura da peça ou barra resultante. Portanto, com o trabalho a quente, a peça moldada é compactada internamente, causando alterações na microestrutura resultante. Particularmente, a peça de trabalho ou barra pode recristalizar, isto é, uma nova estrutura de cristais interna pode ser formada, gerando grãos finos que aprimoram as propriedades mecânicas, uma vez que as tensões internas desaparecem em virtude da deformação. Uma consequência do trabalho a quente é que a peça de trabalho ou barra apresenta uma maior ductilidade e, no final, maiores reduções a frio podem ser aplicadas em uma única etapa.

[0014] O efeito do processo de trabalho a quente sobre a microestrutura pode ser estimado usando uma proporção de deformação. A proporção é definida como a seção transversal original da peça fundida ou peça de trabalho dividido por sua seção transversal após o trabalho a quente. Atingir uma proporção de deformação de cerca de 3 ou maior pode ser vantajoso pelo fato de que um aumento na tenacidade e resistência à tração da peça de trabalho ou barra na direção longitudinal são obtidos.

[0015] Um processo de perfuração ou trepanação remove uma parte da barra com um furo que, em geral, passa por toda a barra. A parte removida pode corresponder substancialmente a uma parte central de pelo menos uma face ou lado da barra. No caso da peça de trabalho pré-tubular, seu diâmetro interno é usinado.

[0016] Após trepanar a barra ou usinar o diâmetro interno da peça de trabalho de formato pré-tubular, é obtida uma peça de trabalho tubular.

[0017] Um processo de trabalho a frio reduz a seção ou área da peça tubular de modo a alongar o tubo a ser produzido. O processo, portanto, redistribui o material: a parte da liga que é removida da peça de trabalho na direção radial, a qual usualmente corresponde às paredes do tubo produzido, é adicionada à peça de trabalho na direção axial. A seção transversal é reduzida, deste modo, alongando o tubo ou duto.

[0018] Uma vez que a peça de trabalho ou a barra foi trabalhada a quente, sua estrutura interna bastante fina fornece melhores condições - comparado com as condições da peça moldada antes do trabalho quente - para o trabalho a frio. Consequentemente, o grau de redução pode ser maior do que se nenhum trabalho a quente for realizado. A redução está diretamente relacionada à resistência ao escoamento obtenível e ao comprimento do tubo.

[0019] Em modalidades preferidas da invenção, o método compreende ainda (d) moldar a peça moldada à base de níquel. Além disso, nestas modalidades, a moldagem da peça moldada à base de níquel (etapa) (d) - é realizada antes do trabalho a quente da peça moldada de liga à base de níquel moldada em uma barra cilíndrica ou peça de trabalho de formato pré-tubular - etapa (a).

[0020] A peça moldada que é trabalhada a quente é, em algumas modalidades, moldada ao fundir a liga à base de níquel e vertê-la em um molde. As dimensões da peça moldada, tanto em termos de comprimento como seção - ou diâmetro - determinam as dimensões máximas do tubo que pode ser produzido, uma vez que a liga à base de níquel na peça moldada será redistribuída de modo a formar o tubo, mesmo embora uma parte da dita liga possa ser perdida durante a produção do tubo, por exemplo, durante a trepanação, usinagem ou trabalho a frio da peça de trabalho. Assim, a quantidade de liga necessária para a peça moldada varia de acordo com as dimensões do tubo a ser produzido.

[0021] Em modalidades preferidas, a liga à base de níquel é uma liga que compreende pelo menos níquel e cromo. Além disso, em modalidades preferidas, a liga à base de níquel é a liga 625.

[0022] Com algumas ligas à base de níquel, por exemplo, a liga 625 - corresponde à especificação UNS N06625 -, os tubos produzidos com o método descrito aqui podem apresentar elevada resistência ao escoamento. Assim, além da elevada resistência ao escoamento conseguida em virtude do método para produzir um tubo descrito aqui, o tubo pode ser caracterizado por uma resistência ao escoamento ainda maior em virtude das características da liga 625.

[0023] Em modalidades preferidas da invenção, o trabalho a quente compreende um de: laminagem, forja e uma combinação dos mesmos.

[0024] A laminagem da peça moldada de liga à base de níquel homogeneiza sua estrutura interna em termos de tamanho de grão, porosidade, cavidades, dentre outros. Os laminadores deformam a peça moldada plasticamente a qual, tipicamente, apresenta grãos que são maiores em seu interior do que em sua superfície - a parte em contato com o molde de moldagem -. A peça de trabalho laminada pode apresentar muitos formatos diferentes tais como, por exemplo, cilíndricos, retangulares, tipo chapas, dentre outros. Os laminadores contínuos ou reversíveis conhecidos na técnica podem ser usados, por exemplo, para deformar plasticamente uma peça moldada tal como, por exemplo, uma barra ou um lingote.

[0025] A peça moldada de liga à base de níquel também pode ser forjada durante a etapa de trabalho a quente, caso no qual a peça moldada pode ser presa - embora não necessariamente - com alicates, barras ou similar, e um martelo ou uma matriz fornece golpes para deformá-la. A forja pode ser realizada por um usuário (por exemplo, um ferreiro) ou por uma máquina (por exemplo, forja livre). Também é possível usar uma prensa de forja rotativa para deformar a peça moldada.

[0026] É conveniente realizar o processo de forja progressivamente (isto é, golpes sequenciais que causam, cada um, uma pequena deformação) para que as deformações possam cristalizar sem formar quaisquer fraturas.

[0027] Em alguns casos, a laminagem e a forja podem ser executadas sequencialmente em uma peça moldada.

[0028] Em algumas modalidades da invenção, o método compreende ainda (e) solubilização em solução da barra ou peça de trabalho em uma temperatura entre 870 °C e 1010 °C (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis).

[0029] Para reduzir a dureza da barra ou peça de trabalho e aumentar sua ductilidade, a barra ou peça de trabalho pode ser submetida a recozimento em solução. Além disso, o recozimento em solução pode reduzir também as tensões internas da barra ou peça de trabalho. A barra ou peça de trabalho é, assim, aquecida acima de sua temperatura de recristalização, mantida durante algum tempo em uma temperatura maior do que a dita temperatura de recristalização, e depois é rapidamente resfriada (por exemplo, têmpera com água).

[0030] Em algumas modalidades da invenção, a etapa (e) é realizada na peça de trabalho pré-tubular ou barra cilíndrica, isto é, a etapa de recozimento em solução pode ser realizada após trabalhar a quente a peça moldada e antes de trepanação da barra ou usinagem da peça de trabalho pré-tubular, de modo que o aumento na ductilidade alcançado com a deformação plástica seja adicionalmente aprimorado.

[0031] Em algumas modalidades, a etapa (e) é executada na peça tubular, isto é, após a trepanação e antes de trabalho a frio uma vez que, com o aumento da ductilidade, a redução e o alongamento da parede do produto tubular durante o processo de trabalho a frio podem ser aprimorados e, assim, é possível aplicar uma redução maior em uma única passagem.

[0032] Após o trabalho frio, o tubo produzido pode apresentar um limite de elasticidade maior do que 960 MPa em virtude das reduções na espessura da parede com o processo de trabalho a frio.

[0033] Uma vez que o trabalho a frio pode gerar tensões dentro da peça de trabalho, a etapa de recozimento em solução pode ser executada após o trabalho a frio de modo a remover, pelo menos parcialmente, estas tensões internas. Neste caso, a resistência ao escoamento diminui e o tubo pode apresentar uma resistência ao escoamento que varia a partir de 415 MPa a 750 MPa, porém, em contraste, o tamanho de grão pode ser refinado e a homogeneidade da microestrutura pode ser aumentada.

[0034] Este refino de grão e o aumento da homogeneidade da microestrutura podem ser controlados: o tamanho de grão observado após o recozimento em solução pode estar na faixa de 15 mícrons a 75 mícrons ao ajustar a temperatura do processo de modo que o resultado da fórmula a seguir esteja entre 2 e 6: Red*9-exp(100/T); em que Red é a redução aplicada pelo trabalho a frio em porcentagem - entre 0 e 1 -, e T é a temperatura em graus Celsius.

[0035] Em modalidades preferidas da invenção, o trabalho a frio compreende um de: formação de fluxo e laminação a passo de peregrino.

[0036] Nas modalidades nas quais o trabalho a frio compreende a formação de fluxo, uma máquina de formação de fluxo que inclui, entre outros, um mandril e uma pluralidade de rolos, tipicamente três ou quatro rolos, reduz a espessura das paredes da peça de trabalho e torna a peça mais longa. A peça de trabalho tubular pode ser submetida à formação de fluxo direta ou formação de fluxo reversa.

[0037] A peça de trabalho tubular é presa ao mandril por meio do furo, por exemplo, formado com a trepanação ou usinagem da etapa (b). Quando a peça de trabalho é presa, o mandril pode mover a peça de trabalho em uma direção de movimento dos rolos. Os rolos aplicam forças à peça de trabalho nas direções axial, longitudinal e tangencial. A força de compressão em uma direção radial reduz a espessura da parede o que, combinado com as forças nas outras duas direções, resulta em um alongamento da peça de trabalho ou tubo.

[0038] A formação de fluxo pode aprimorar a estrutura de grãos da peça de trabalho tubular ou tubo, tornando a estrutura interna mais homogênea ao longo de toda a peça de trabalho, e o que pode aprimorar suas propriedades mecânicas.

[0039] Nas modalidades nas quais o trabalho a frio compreende laminação a passo de peregrino, um moinho de laminação a passo de peregrino pode remodelar a peça de trabalho em um tubo alongado com paredes mais finas. As matrizes anulares do moinho, o qual pode ser em formato de anel, comprimem a peça de trabalho em uma direção radial e, assim, reduzem seu diâmetro externo. O mandril, o qual pode prender a peça usando um furo na peça de trabalho - por exemplo, formado com a trepanação ou usinagem da etapa (b) - move e gira a peça de trabalho e também pode remodelar o diâmetro interno da peça de trabalho ou tubo.

[0040] O mandril alimenta e gira a peça de trabalho sucessivamente, enquanto que dois anéis deformam a peça de trabalho, deste modo, causando uma redução do diâmetro externo e da espessura das paredes. A peça de trabalho é primeiro girada grosseiramente (por exemplo, grandes variações de ângulo, por exemplo, cerca de 60°) para deformar a seção que é atualmente processada pelas matrizes e, então, girada finamente (isto é, pequenas variações de ângulo, por exemplo, cerca de 20°) para ajustar o formato da seção, de modo que a apresentar uma seção circular polida, isto é, um diâmetro externo substancialmente arredondado.

[0041] A laminação a passo de peregrino é um processo semi-contínuo que é particularmente eficiente em produções de longo prazo. A peça tubular pode ser alimentada, em um movimento para a frente, em uma taxa entre 2 mm/s e 50 mm/s (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis), enquanto que a taxa de alimentação ou taxa de avanço da máquina de formação de fluxo pode estar entre 0,5 mm/s e 10 mm/s (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis). Embora a taxa de alimentação na máquina de formação de fluxo possa ser menor do que naquela de laminação a passo de peregrino, um número menor de passagens pode ser necessário para produzir um tubo com formação de fluxo.

[0042] Em algumas modalidades da invenção, a formação de fluxo ou laminação a passo de peregrino reduz pelo menos a espessura da parede da peça de trabalho entre 35 % e 50 % (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis).

[0043] Em algumas modalidades da invenção, a formação de fluxo ou laminação a passo de peregrino reduz pelo menos a espessura das paredes da peça de trabalho tubular entre 50 % e 75 % (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis).

[0044] Em algumas modalidades, o trabalho a frio compreende formação de fluxo e a formação de fluxo reduz pelo menos a espessura da parede em 70 % em uma passagem.

[0045] Em virtude das propriedades mecânicas alcançadas após alguns processos ou etapas de algumas modalidades da invenção, a peça de trabalho pode suportar uma redução de parede entre 65 % e 70 % (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis) em uma única passagem em relação à espessura original, isto é, a espessura de parede antes de formação de fluxo e após a peça de trabalho ser trepanada ou usinada. A espessura original da parede é calculada como a diferença entre o diâmetro externo e o diâmetro interno antes de trabalho a frio da peça de trabalho. A percentagem de redução da parede é calculada como a diferença entre as espessuras de parede após a redução e antes de redução dividido pela espessura original.

[0046] Com tais reduções, a máquina de formação de fluxo leva menos tempo para processar a peça de trabalho e reduzir o número de passagens necessárias para obter a espessura desejada. Isto é ainda mais significativo, considerando que o trabalho a frio reduz progressivamente a ductilidade da peça após cada passagem ou deformação produzida e, portanto, as forças necessárias para deformar ainda mais a peça de trabalho aumentam.

[0047] Com reduções a frio maiores do que 35 %, uma resistência ao escoamento maior do que 960 MPa pode ser alcançada; em geral, uma maior redução de parede implica uma maior resistência ao escoamento.

[0048] Outro aspecto da presente invenção se refere a tubos de liga à base de níquel produzidos com o método descrito acima em relação ao primeiro aspecto da invenção.

[0049] O tubo compreende: - um diâmetro externo maior do que ou igual a 60,3 mm, de preferência maior do que ou igual a 88,9 mm e, de preferência, maior do que ou igual a 114,3 mm; e - uma espessura média de parede maior do que ou igual a 2,8 mm e menor do que ou igual a 70 mm, de preferência maior do que ou igual a 5 mm e, de preferência, maior do que 8 mm.

[0050] O tubo pode ainda compreender um comprimento maior do que 5 m. Em algumas modalidades, o tubo se caracteriza por um comprimento maior do que ou igual a 10 m e, em alguns casos, até mesmo maior do que 12 m.

[0051] Em algumas modalidades da invenção, o tubo é feito de uma liga à base de níquel que compreende pelo menos níquel e cromo. De preferência, a liga à base de níquel é a liga 625.

[0052] Em algumas modalidades, o tubo é caracterizado por uma microestrutura que compreende grãos com um tamanho médio maior do que ou igual a 15 mícrons e menor do que ou igual a 75 mícrons.

[0053] O tamanho médio de grão é medido de acordo com a norma ASTM E112, a qual apresenta um método para determinar o tamanho médio de grão de metais.

[0054] Em algumas modalidades da invenção, o tubo é caracterizado por uma resistência ao escoamento maior do que ou igual a 415 MPa e menor do que ou igual a 750 MPa. Em algumas outras modalidades, o tubo é caracterizado por uma resistência ao escoamento maior do que 750 MPa e, de preferência, maior do que 960 MPa.

[0055] Quando a resistência ao escoamento do tubo varia a partir de 415 MPa a 750 MPa, o tubo se caracteriza por uma maior resistência à corrosão, o que é vantajoso em ambientes caracterizados pela presença significativa de sulfeto de hidrogênio. Um tubo caracterizado por uma maior resistência ao escoamento como, por exemplo, uma resistência ao escoamento maior do que 960 MPa, é menos resistente à corrosão, mas possui uma resistência mecânica aprimorada que é conveniente para suportar pressões mais elevadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0056] Para concluir a descrição e de modo a fornecer uma melhor compreensão da invenção, é fornecido um conjunto de desenhos. Os ditos desenhos fazem parte integral da descrição e ilustram uma modalidade da invenção que não deve ser interpretada como restringindo o escopo da invenção, mas apenas como um exemplo de como a invenção pode ser realizada. Os desenhos compreendem as seguintes figuras:

[0057] As Figuras 1A e 1B são fluxogramas de métodos de acordo com algumas modalidades da invenção.

[0058] A Figura 2 é uma representação de uma máquina de formação de fluxo que pode ser usada para o trabalho a frio em algumas modalidades da invenção.

[0059] A Figura 3 é outra representação de uma máquina de formação de fluxo.

[0060] As Figuras 4A e 4B são fotografias da microestrutura de um tubo após uma etapa de recozimento em solução.

DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE DA INVENÇÃO

[0061] A Figura 1A é um fluxograma 100 que representa as etapas realizadas em um método de acordo com uma modalidade da invenção.

[0062] Na etapa 101 do método, uma peça moldada de liga à base de níquel é trabalhada a quente em uma peça de trabalho de formato pré-tubular ou barra cilíndrica, isto é, a peça moldada é plasticamente deformada em um ambiente que tem uma temperatura maior do que a temperatura de recristalização da peça moldada, de modo que sua estrutura interna é alterada. Em geral, a peça moldada tem uma microestrutura que inclui grãos de tamanhos diferentes, segregações de materiais e cavidades que aparecem durante sua moldagem. O trabalho a quente, isto é, deformar plasticamente a peça moldada, reduz os defeitos mencionados acima dentro da peça ou barra resultante, uma vez que uma nova estrutura cristalina pode ser formada. Esta estrutura pode ser caracterizada por uma distribuição de grãos mais homogênea e menor presença de cavidades e/ou segregações de liga. Consequentemente, a quantidade de tensões internas é menor, o que melhora algumas propriedades mecânicas da peça de trabalho ou barra; a ductilidade, por exemplo, pode aumentar em virtude do trabalho a quente da etapa 101.

[0063] Alguns exemplos não limitativos de trabalho a quente são forja, laminagem e trefilação.

[0064] Quando a peça moldada é trabalhada a quente em uma barra cilíndrica, a barra é trepanada na etapa 102. Uma máquina de perfuração ou corte perfura um furo na barra cilíndrica, de preferência um furo de passagem com uma seção transversal circular. Nas modalidades nas quais a o trabalho a quente - etapa 101 - produz uma peça de trabalho de formato pré-tubular, a peça de trabalho é submetida a um processo de usinagem de seu diâmetro interno na etapa 103. Após a etapa 102 ou etapa 103, é obtida uma peça de trabalho tubular.

[0065] Na etapa 104, a peça de trabalho tubular é trabalhada a frio: a peça de trabalho é deformada plasticamente em uma temperatura abaixo de sua temperatura de recristalização. Particularmente, na etapa 104, as paredes da peça de trabalho são reduzidas e o comprimento do tubo produzido é aumentado.

[0066] Alguns exemplos não limitativos de trabalho a frio são laminação a passo de peregrino e formação de fluxo. Nestes casos, o mandril da máquina de formação de fluxo ou laminação a passo de peregrino prende a peça de trabalho por meio do furo formado na etapa 102 ou usinado na etapa 103, de modo que a peça de trabalho tubular possa ser submetida às deformações produzidas pela máquina.

[0067] A Figura 1B é um fluxograma 110 que representa as etapas de um método para produzir um tubo de acordo com outra modalidade.

[0068] O fluxograma 110 compreende as etapas 101, 102, 103 e 104 que correspondem ao trabalho a quente, trepanação, usinagem e trabalho a frio, respectivamente, conforme descrito acima em relação ao fluxograma 100.

[0069] O método da Figura 1B compreende ainda a etapa 105: moldagem, pela qual uma liga à base de níquel é fundida e vertida em um molde. A liga à base de níquel é deixada secar, formando a peça moldada, a qual pode tomar o formato, por exemplo, de um lingote ou uma barra. O volume de liga na peça moldada pode determinar a quantidade máxima de liga que pode ser usada para produzir o tubo uma vez que, em geral, nenhuma liga é adicionada depois disso, antes, alguma liga é removida durante uma ou mais etapas 101-104 sucessivas do método.

[0070] Então, a de trabalho é pelo menos submetida ao trabalho a quente (etapa 101), trepanação (etapa 102) ou usinagem do diâmetro interno (etapa 103) e trabalho a frio (etapa 104).

[0071] A de trabalho e/ou peça de trabalho submetida aos métodos descritos em relação aos fluxogramas 100, 110 compreendem uma liga à base de níquel, a liga à base de níquel sendo uma liga que compreende níquel e, em algumas modalidades, também cromo. Em algumas modalidades, a liga à base de níquel é a liga 625 que corresponde à UNS N06625, a qual compreende uma composição particular de níquel, cromo, molibdênio e colômbio.

[0072] Os tubos produzidos em algumas destas modalidades se caracterizam por um comprimento maior do que 5 m. Em algumas destas modalidades, o comprimento dos tubos produzidos é maior do que 10 m. E, em algumas destas modalidades, o comprimento dos tubos produzidos é maior do que 12 m. Estes tubos podem apresentar um diâmetro externo maior do que ou igual a 60,3 mm, de preferência maior do que ou igual a 88,9 mm e, de preferência, maior do que 114,3 mm; os tubos também podem apresentar uma espessura média de parede maior do que ou igual a 2,8 mm e menor do que ou igual a 70 mm e, de preferência, maior do que ou igual a 5 mm e menor do que ou igual a 8 mm.

[0073] A Figura 2 mostra uma máquina de formação de fluxo 200. Uma peça de trabalho 201 que tem uma geometria tubular é colocada no mandril 202 da máquina e mantida no lugar com um mandril de mandíbula 203. O mandril de mandíbula 203 faz com que a peça de trabalho 201 gire de acordo com o movimento de rotação do mandril 202 - um motor (não ilustrado) fornece o dito movimento rotativo -. A máquina 200 compreende ainda um carro 204 no qual uma pluralidade de rolos 205a-205d estão posicionados em uma configuração equidistante com uma diferença progressiva de fase de 90° entre os rolos 205a-205d.

[0074] Tanto o mandril 202 como a pluralidade de rolos 205a-205d se caracterizam por movimentos rotativos durante o funcionamento da máquina 200, de modo que a peça de trabalho 201, quando passa pelo conjunto de rolos 205a- 205d, tem seu diâmetro externo reduzido o que, por sua vez, causa uma redução da espessura de suas paredes e aumento de seu comprimento - ao longo do eixo Y ilustrado na figura.

[0075] Na máquina de formação de fluxo 200, há até 10 graus de liberdade que são ajustados e controlados durante a produção de tubos: a rotação do mandril 202, a rotação de cada um dos quatro rolos 205a-205d, a posição de cada um dos quatro rolos 205a-205d em relação à peça de trabalho 201 ou mandril 202 - ajustes de posição horizontal dos rolos 205b e 205d e ajustes de posição vertical dos rolos 205a e 205c - e a distância da porção do mandril entre o mandril de mandíbula 203 e o carro 204.

[0076] Em algumas modalidades, a máquina de formação de fluxo compreende dois, três, seis ou mais rolos e, consequentemente, a máquina pode se caracterizar por mais ou menos graus de liberdade. Nestas outras modalidades, os rolos também podem ser posicionados de acordo com diferenças de fase constantes em relação a uma circunferência imaginária ao longo da qual os rolos estão distribuídos; as diferenças de fase constantes correspondem a 360° dividido pelo número de rolos no carro.

[0077] O carro 204 se move em direção ao mandril de mandíbula 203 e os rolos 205a-205d, os quais giram em uma direção contrária ao movimento rotativo do mandril 202 e da peça de trabalho 201, fornecem forças nas direções axial, radial e tangencial. Embora os rolos apliquem uma força de compressão sobre a peça de trabalho 201, o carro 204 tem de enfrentar e resistir às forças aplicadas pelos rolos 205a- 205d. Assim, estas forças - principalmente aquelas nas direções axial e radial, uma vez que o componente tangencial é muito menor que as outras duas - determinam os requisitos estruturais do carro 204.

[0078] Os rolos podem ser deslocados axialmente entre si, o que permite três configurações de rolos diferentes, dependendo dos requisitos do processo. Um deslocamento axial para a linha zero permite taxas de alimentação para formação mais rápida. Um deslocamento axial que é quatro vezes diferente, um para cada rolo, permite maior precisão e qualidades de superfície perfeita combinado com altas taxas de redução. O intermediário, um deslocamento axial aos pares, permite operações de formação de fluxo mais fortes, o que significa reduções mais altas, uma vez que cada rolo de formação do par funciona como um contra-mancal e tira a força do rolo oposto. O resultado é um perfeito deslocamento com altas taxas de alimentação.

[0079] A Figura 3 mostra uma máquina de formação de fluxo 300 em uma vista 2D. Similarmente à máquina 200 da Figura 2, o mandril 302 retém a peça de trabalho 301 e o mandril de mandíbula 303, o qual também prende a peça de trabalho 301, faz a peça de trabalho girar de acordo com o movimento de rotação do mandril 302.

[0080] À medida que o carro 304 se move em direção ao mandril de mandíbula 303, os cilindros 305a, 305b aplicam uma força de compressão à peça de trabalho 301 e produzem incrementalmente um tubo mais longo e com paredes mais finas.

[0081] A existência de tantos graus de liberdade na máquina de formação de fluxo - e, por extensão, no processo correspondente - torna sua operação uma tarefa complexa. Para esta finalidade, um controle numérico computadorizado gerencia todo o processo e operação, de modo que os tubos produzidos se caracterizem, ao longo de todo seu volume, pelas propriedades mecânicas e microestruturais buscadas no menor número possível de passagens. Neste sentido, o controle numérico computadorizado pode ajustar os parâmetros relacionados aos graus de liberdade mencionados acima, de modo a que as forças axial e radial dos rolos 305a, 305b deformem plasticamente a parte interna da peça de trabalho 201 a fim de gerar forças compressivas dentro de sua estrutura.

[0082] É de relevância particular determinar uma proporção apropriada entre a taxa 311 na qual o carro 304 se move em direção ao mandril de mandíbula 303 e a velocidade de rotação 312 do mandril 302. Se esta proporção for muito alta, os rolos 305a, 305b podem não deformar propriamente a peça de trabalho 301. Inversamente, se a proporção for muito pequena, o tempo que leva para processar a peça de trabalho 301 pode ser desnecessariamente longo.

[0083] Também é conveniente ajustar o ângulo de ataque 310 dos rolos 305a, 305b, isto é, o ângulo relativo entre os rolos 305a, 305b e a peça de trabalho 301 quando ela está sendo formada por fluxo. O ângulo de ataque 310 pode variar entre 6° e 45° (os pontos finais estão incluídos na faixa de valores possíveis). Ângulos de ataque muito pronunciados também podem resultar em deformações irregulares da peça de trabalho 301.

[0084] De preferência, a extremidade da peça de trabalho 301 que estará primeiro em contato com os rolos 305a, 305b tem as bordas de sua abertura chanfradas, de modo que os rolos não deformem a peça de trabalho de forma irregular, o que poderia inutilizar o tubo, uma vez que as propriedades mecânicas desta parte do tubo podem diferir do restante do tubo.

[0085] A formação de fluxo não apenas muda o formato da peça de trabalho, mas também altera sua microestrutura: os grãos resultantes podem ser orientados e ter um tamanho fino homogêneo, ambos conferindo propriedades mecânicas aprimoradas.

[0086] A Figura 4A é uma fotografia que mostra a microestrutura 400 de um tubo que compreende a liga 625 produzida com um método de acordo com uma modalidade da invenção. Particularmente, o tubo foi formado após trabalhar a quente de uma peça moldada de liga 625, usinar o diâmetro interno da peça de trabalho pré-tubular, trabalhar a frio a peça tubular com formação de fluxo e realizar um processo de recozimento em solução a 870 °C - isto é, graus Celsius -. Pode ser observado que o tamanho dos grãos é da ordem de dezenas de mícrons, conforme visto comparado com a magnitude de referência 401 que equivalente a 100 micrometros.

[0087] O tamanho dos grãos é relativamente maior na microestrutura 410 mostrada na Figura 4B. Neste caso, o método é o mesmo conforme aquele realizado para a microestrutura 400 da Figura 4A, mas a temperatura na etapa de recozimento em solução é 1010 °C, assim, o tamanho dos grãos é da ordem das centenas de mícrons.

[0088] Neste texto, o termo “compreende” e suas derivações (tal como “que compreende”, etc.) não devem ser entendidos em um sentido de exclusão, isto é, estes termos não devem ser interpretados como excluindo a possibilidade de que aquilo que é descrito e definido possa incluir outros elementos, etapas, etc.

[0089] A invenção não está, obviamente, limitada à(s) modalidade(s) específica(s) descrita(s) aqui, mas também abrange quaisquer variações que possam ser consideradas por qualquer especialista na técnica (por exemplo, em relação à escolha de materiais, dimensões, componentes, configuração, etc.), dentro do escopo geral da invenção, conforme definido nas reivindicações.

Claims

1. Método (100, 110) para produzir um tubo de uma liga à base de níquel, em que o método é caracterizado por compreender: (a) trabalhar a quente (101) uma peça moldada em liga à base de níquel em uma peça de trabalho de formato pré- tubular ou em uma barra cilíndrica; (b) trepanar (102) a barra cilíndrica ou usinar (103) um diâmetro interno da peça de trabalho de formato pré- tubular para obter uma peça de trabalho tubular (201,301); e (c) trabalhar a frio (104) a peça de trabalho tubular (201,301).

2. Método (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: (d) fundir a peça moldada em liga à base de níquel; e (d) ser executado antes de (a).

3. Método (100,110), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a liga à base de níquel é uma liga que compreende pelo menos níquel e cromo.

4. Método (100,110), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a liga à base de níquel é UNS N06625.

5. Método (100,110), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o trabalho a quente (101) compreende um de: laminação, forjamento e uma combinação dos mesmos.

6. Método (100,110), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda (e) recozimento em solução da peça de trabalho de formato pré-tubular ou barra cilíndrica em uma temperatura entre 870 °C e 1010 °C.

7. Método (100,110), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, caracterizado por compreender ainda (e) recozimento em solução da peça de trabalho tubular (201,301) em uma temperatura entre 870 °C e 1010 °C.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que (e) é executado em pelo menos um dos seguintes: após (b) e antes de (c); e após (c).

9. Método (100,110), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o trabalho a frio (104) compreende um de: formação de fluxo e laminação a passo de peregrino.

10. Método (100,110), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o trabalho a frio (104) compreende formação de fluxo e a formação de fluxo reduz pelo menos a espessura das paredes da peça de trabalho (201,301) em 70 % em uma passagem.

11. Método (100,110), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a trepanação da barra cilíndrica ou usinagem do diâmetro interno da peça de trabalho de formato pré-tubular para obter uma peça de trabalho tubular compreende trepanar (102) a barra cilíndrica para obter uma peça de trabalho tubular (201,301).

12. Método (100, 110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende uma única etapa (c) trabalhar a frio (104) da peça tubular (201, 301).

13. Método (100, 110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: (a) trabalhar a quente (101) a peça moldada em liga à base de níquel na peça de trabalho de formato pré-tubular ou na barra cilíndrica compreende trabalhar a quente (101) a peça moldada em liga à base de níquel na peça de trabalho de formato pré-tubular; e (b) trepanar (102) a barra cilíndrica ou usinar (103) um diâmetro interno da peça de trabalho de formato pré- tubular para obter uma peça de trabalho tubular compreende usinar (103) o diâmetro interno da peça de trabalho de formato pré-tubular para obter a peça de trabalho tubular (201, 301).

14. Método (100,110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a peça de trabalho tubular exibe: - o diâmetro externo é maior do que ou igual a 60,3 mm; e - a espessura média de parede é maior do que ou igual a 2,8 mm e menor do que ou igual a 70 mm.

15. Método (100, 110), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a peça de trabalho tubular (201, 301) possui um limite de elasticidade maior ou igual a 960 MPa.

16. Método (100, 110), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a peça de trabalho tubular (201, 301) possui um limite de elasticidade maior ou igual a 415 MPa e menor ou igual a 750 MPa.

17. Método (100,110), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da peça de trabalho tubular exibir um comprimento maior do que 5 m.

18. Método (100,110), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato da peça de trabalho tubular exibir uma microestrutura (400) que compreende grãos com um tamanho médio maior do que ou igual a 15 mícrons e menor do que ou igual a 75 mícrons.