BR112018015734B1

BR112018015734B1 - Método de fabricação de tubos de aço inoxidável

Info

Publication number: BR112018015734B1
Application number: BR112018015734-1A
Authority: BR
Inventors: Alejandra López; Urbano Faina
Original assignee: Tubacex Innovación A.I.E.; Ibf S.P.A.
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2022-08-30
Also published as: ES2719701T3; RU2751207C2; EP3202925A1; WO2017134186A1; BR112018015734A2; RU2018130133A; US20190040485A1; RU2018130133A3; EP3202925B1

Abstract

Um método para produzir um tubo de uma liga de aço inoxidável o qual compreende as etapas de trabalhar a quente uma peça moldada de aço inoxidável 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. 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. O tubo de aço inoxidável produzido com o método compreende um diâmetro externo maior do que ou igual a 152 mm, uma espessura média de parede maior do que ou igual a 2,8 mm e menor do que ou igual a 70 mm e um comprimento maior do que 5 m.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere à produção de tubos feitos de ligas de aço inoxidável, particularmente ligas de aço inoxidável austenítico-ferrítico, tais como ácido inoxidável duplex e super-duplex e ao método para produção dos mesmos.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Há várias técnicas e processos no campo da metalurgia para produzir componentes feitos a partir de uma variedade de metais e ligas. A seleção do metal ou liga usada nestes componentes depende da aplicação e condições às quais os componentes serão expostos.

[0003] Um produto particular propenso a ser exposto a condições severas é um tubo que, junto com outros tubos, forma um duto para transferir substâncias como, por exemplo, óleo e gás extraídos do poço. Como tal, estes tubos devem lidar com altos níveis de pressões e tensões. Estes níveis podem até ser maiores quando os tubos estão submersos, o qual pode ser o caso, por exemplo, de equipamentos submarinos. Além da alta pressão, há muitos agentes corrosivos e erosivos no mar que corroem os tubos, deste modo, afetando sua integridade estrutural e podendo levar à falha dos tubos. Outro exemplo de um ambiente com condições extremas similar são os poços.

[0004] Os tubos e dutos que são usados ou estão localizados nestes ambientes adversos devem se caracterizar, entre outros, por uma elevada resistência e elevada resistência à corrosão, fraturas e formação de furos. Um conjunto de metais os quais podem apresentar estas características são ligas de aço inoxidável e, mais especificamente, ligas de aço inoxidável austenítico- ferrítico.

[0005] Mas não apenas os tubos são propensos a sofrer falhas, como também as juntas dos tubos são suscetíveis a falhas. A este respeito, soldar os tubos uns aos outros de modo a formar um duto é um processo crítico: se as juntas entre os tubos não forem soldadas adequadamente, podem ocorrer defeitos tal como precipitação de fases e causar tensões adicionais aos tubos o que, por sua vez, afeta negativamente a resistência à corrosão. Além disso, o processo de soldagem de tubos é particularmente caro.

[0006] Um método comum para a produção de tubos é a extrusão a quente. O comprimento dos tubos produzidos, no entanto, é em grande parte limitado pela potência máxima do aríete que pressiona a peça de trabalho no molde e o tamanho da prensa de extrusão é grande. Assim, a produtividade do maquinário é baixa e sua eficiência é reduzida.

[0007] A Patente dos Estados Unidos No 8.479.549 B1 se refere a um método de produção de produtos tubulares fundidos centrífugos trabalhados a frio nos quais 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.

[0008] Portanto, seria conveniente produzir tubos os quais possam ser usados, em ambientes caracterizados por condições de demanda e os quais são tão longos quanto possível, a fim de reduzir o número de juntas e, adicionalmente, os custos de soldagem dos tubos. Também seria conveniente tornar o método para produção destes tubos tão eficaz quanto possível em termos de produtividade.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0009] Os tubos feitos de aço inoxidável e um método para a produção dos mesmos descritos na presente invenção pretendem resolver as deficiências dos tubos e métodos do estado da técnica.

[0010] Um primeiro aspecto da invenção se refere a um método para produzir um tubo de uma liga de aço inoxidável. O método compreende as etapas de: (a) trabalhar a quente um aço inoxidável moldado em uma peça de trabalho de formato pré-tubular ou em uma barra cilíndrica; (b) trepanar a barra cilíndrica ou usinar a peça de trabalho pré-tubular para obter uma peça de trabalho tubular; e (c) trabalhar a frio a peça tubular.

[0011] 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.

[0012] Um processo de trabalho a quente deforma plasticamente uma peça moldada de aço inoxidável em uma peça de trabalho de formato pré-tubular ou barra cilíndrica ao alterar a microestrutura e, portanto, as propriedades da peça moldada.

[0013] O formato da peça moldada 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.

[0014] Para que o processo seja efetivamente aplicado à peça moldada, a peça moldada de aço inoxidável 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 um formato alongado e paredes reduzidas (isto é, finas).

[0015] A estrutura interna da peça moldada apresenta, tipicamente, cavidades, tamanhos de grãos e segregações variáveis no aço inoxidável 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.

[0016] 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, assim, levando à produção de tubos mais longos.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] Após trepanar a barra ou usinar o diâmetro interno da peça de trabalho de formato pré-tubular, é obtida uma peça de trabalho tubular. 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 aço inoxidável: a parte do aço que é removido da peça de trabalho na direção radial que geralmente 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.

[0020] 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 ao comprimento obtenível do tubo.

[0021] Em modalidades preferidas da invenção, o método compreende ainda (d) temperar a peça de trabalho ou barra e a etapa (d) é executada após a etapa (a).

[0022] A têmpera da peça de trabalho de formato pré- tubular ou barra cilíndrica com um líquido minimiza as transformações de fase, particularmente sobre sua superfície. O líquido pode reduzir, por exemplo, a formação de uma fase de vapor sobre a superfície da peça de trabalho ou barra que impede que ela seja rapidamente resfriada. Com um processo de têmpera, a peça de trabalho ou barra pode manter as propriedades mecânicas que ela exibe após um processo de trabalho a quente ou recozimento de solução, por exemplo. A têmpera ocorre após o trabalho a quente. Em algumas modalidades, a peça de trabalho ou barra é temperada após ser submetida a trabalho a quente e um tratamento térmico tal como, por exemplo, recozimento em solução.

[0023] Nestas modalidades preferidas, a têmpera é realizada com água em uma temperatura não maior do que 50 °C e, de preferência, não maior do que 35 °C.

[0024] O líquido usado na etapa de têmpera pode ser água em uma temperatura igual ou abaixo de 50 °C, de modo que a peça de trabalho ou a barra possa ser rapidamente resfriada. De preferência, o líquido está em uma temperatura ainda mais baixa do que este valor, tal como igual ou menor do que 35 °C e, consequentemente, o resfriamento da peça ou barra demora menos tempo e, assim, suas propriedades mecânicas sofrem menos alterações.

[0025] Em modalidades preferidas da invenção, o método compreende ainda (e) moldar a peça moldada de aço inoxidável. Além disso, nestas modalidades, a moldagem da peça moldada de aço inoxidável - etapa (e) - é realizada antes de trabalho a quente da peça moldada do aço inoxidável em uma peça de trabalho ou barra - etapa (a).

[0026] A peça moldada que é trabalhada a quente é, em algumas modalidades, moldada ao fundir a liga de aço inoxidável 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 o aço inoxidável 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 de aço inoxidável necessária para a peça moldada varia de acordo com as dimensões do tubo a ser produzido.

[0027] Em modalidades preferidas da invenção, a liga de aço inoxidável é um aço inoxidável austenítico-ferrítico.

[0028] O aço inoxidável austenítico-ferrítico, incluindo aço inoxidável duplex e aço inoxidável super-duplex, se caracteriza por maior resistência do que o aço inoxidável austenítico e o aço inoxidável ferrítico. Além disso, o aço inoxidável austenítico-ferrítico é mais resistente à formação de furos e corrosão por pite e em fresta e à corrosão em frestas e formação de fraturas por corrosão sob tensão do que os aços inoxidáveis austeníticos ou ferríticos. Isto torna o aço inoxidável austenítico- ferrítico conveniente para produtos que devem ser colocados em ambientes com condições adversas, particularmente em poços e submersos (por exemplo, em águas profundas), onde o nível de pressão e a quantidade de substâncias ou agentes corrosivos são altos.

[0029] No entanto, o aço inoxidável austenítico-ferrítico apresenta baixa ductilidade e, portanto, a formação de produtos com esta liga requer forças maiores do que para a formação de produtos feitos de aço inoxidável austenítico ou ferrítico.

[0030] É importante que, na etapa (c), a microestrutura das ligas de aço inoxidável austenítico-ferrítico seja controlada de modo que, ao final do processo, as porcentagens apropriadas de fases austenita e ferrita estejam presentes na peça de trabalho tubular ou tubo, uma vez que as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão são grandemente determinadas por estas fases. Os elementos de liga são selecionados de modo que os elementos alfagenosos (os quais promovem a formação de ferrita) e elementos gamagenosos (os quais promovem a formação de austenita) sejam equilibrados. Além disso, uma temperatura de tratamento térmico correta e um resfriamento rápido estabilizam ambas as fases e evitam a formação de terceiras fases indesejáveis.

[0031] Neste sentido, a distância entre as fases também é importante para evitar a formação de fraturas por tensão induzida por hidrogênio (HISC). Em particular, é conveniente que o espaçamento da austenita seja, no máximo, 30 μm (isto é, microns ou micrometros) tendo uma presença de fase ferrita entre 40 % e 60 % (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis).

[0032] Em algumas destas modalidades preferidas, a liga de aço inoxidável austenítico-ferrítico é aço inoxidável duplex. Em algumas outras destas modalidades preferidas, a liga de aço inoxidável austenítico-ferrítico é aço inoxidável super-duplex.

[0033] Em modalidades preferidas da invenção, o trabalho a quente compreende um de: laminação, forjamento e uma combinação dos mesmos.

[0034] A laminação do aço inoxidável 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.

[0035] A peça moldada de aço inoxidável 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. O forjamento pode ser realizado por um usuário (por exemplo, um ferreiro) ou por uma máquina (por exemplo, forjamento livre). Também é possível usar uma prensa de forjamento rotativa para deformar a peça moldada.

[0036] É conveniente realizar o processo de forjamento progressivamente (isto é, golpes sequenciais que causam, cada um, uma pequena deformação) para que as deformações possam cristalizar sem formar quaisquer fraturas.

[0037] Em alguns casos, a laminação e o forjamento podem ser executados sobre a peça moldada sequencialmente.

[0038] Em algumas modalidades da invenção, o método compreende ainda (f) solubilizar em solução a barra ou peça de trabalho em uma temperatura entre 1030 °C e 1120 °C (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis).

[0039] 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 peça de trabalho ou barra. 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).

[0040] Em algumas modalidades da invenção, a etapa 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. Nas modalidades nas quais o método compreende a têmpera da barra ou peça de trabalho após o trabalho a quente, recozimento em solução pode tirar partido da têmpera - etapa (d).

[0041] Em algumas modalidades, a etapa (f) é executada sobre a peça de trabalho 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 e/ou produzir uma peça de trabalho ou tubo mais longo com as mesmas forças aplicadas ou uma peça de trabalho ou tubo com o mesmo comprimento do que não ter realizado o recozimento em solução, mas aplicando menos força.

[0042] Uma vez que o trabalho a frio pode gerar tensões dentro da peça de trabalho tubular, a etapa de recozimento em solução pode ser executada após o trabalho a frio de modo a remover, pelo menos parcialmente, estas tensões internas.

[0043] Em alguns casos, após um processo de recozimento em solução, a peça de trabalho pode ser temperada com um líquido, tal como água.

[0044] Em modalidades preferidas da invenção, o método compreende ainda (g) aquecer a peça fundida de aço inoxidável para uma temperatura maior do que a 1000 °C e, de preferência, maior do que 1200 °C. Além disso, nestas modalidades, a etapa (g) é realizada antes da etapa (a).

[0045] A peça moldada de aço inoxidável é aquecida em uma temperatura maior do que sua temperatura de recristalização, geralmente acima de 1000 °C, de modo que ela pode ser deformada, na etapa de trabalho a quente, em uma alta temperatura. É conveniente atingir uma temperatura de pelo menos 1000 °C, porque as fases intermetálicas (sigma delta ou ferrita delta) podem ser formadas em algumas ligas de aço inoxidável (por exemplo, aço inoxidável duplex), na faixa de temperatura entre 600 °C e 1000 °C. Estas fases intermetálicas podem causar ou gerar fraturas na peça de trabalho. De preferência, a temperatura no forno é maior do que ou igual a 1200 °C de modo a realizar um processo de trabalho a quente mais eficientemente e sem o risco de que a temperatura da peça moldada - em virtude de transferência de calor para o suporte (por exemplo, uma bigorna), o ambiente, etc. - fique abaixo da temperatura de recristalização e/ou abaixo de 1000 °C.

[0046] Em modalidades preferidas da invenção, o trabalho a frio compreende um de: formação de fluxo e laminação a passo de peregrino a frio.

[0047] 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.

[0048] 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.

[0049] 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.

[0050] 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.

[0051] 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.

[0052] 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 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.

[0053] 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 25 % e 3 5% (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis).

[0054] 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 entre 35 % e 50 % (os pontos finais sendo incluídos na faixa de valores possíveis).

[0055] 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).

[0056] Em algumas modalidades, o trabalho a frio compreende formação de fluxo e a formação de fluxo reduz pelo menos a espessura das paredes da peça de trabalho tubular em 70 % em uma passagem.

[0057] 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. 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.

[0058] Outro aspecto da presente invenção se refere a tubos de aço inoxidável produzidos com o método descrito acima em relação ao primeiro aspecto da invenção.

[0059] O tubo compreende: - um diâmetro externo maior do que ou igual a 152 mm, de preferência maior do que ou igual a 200 mm e, de preferência, maior do que ou igual a 250 mm; - 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 12 mm e, de preferência, maior do que 39 mm; e - um comprimento maior que a 5 m, de preferência maior do que ou igual a 10 m e, de preferência, maior do que 12 m.

[0060] O tubo compreende, de preferência, uma liga de aço inoxidável austenítico-ferrítico e, mais preferivelmente, um de um aço inoxidável duplex e um aço inoxidável superduplex.

[0061] O método para produção de um tubo de uma liga de aço inoxidável pode ser usado para produzir tubos sem costura, isto é, tubos que são sem costura e, portanto, não compreendem quaisquer costuras de solda que possam afetar as propriedades mecânicas do mesmo.

[0062] Em algumas modalidades preferidas, os tubos compreendem um espaçamento de austenita de menos de 30 mícrons (micrometros).

[0063] Os tubos de aço inoxidável austenítico-ferrítico com espaçamentos de austenita que estão abaixo de 30 μm (mícrons) são particularmente resistentes a HISC.

[0064] Em algumas modalidades preferidas, os tubos compreendem um teor de ferrita maior do que ou igual a 40 % e menor do que ou igual a 60 %.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0065] 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: As Figuras 1A a 1D são fluxogramas de métodos de acordo com algumas modalidades da invenção. 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. A Figura 3 é outra representação de uma máquina de formação de fluxo. A Figura 4 é uma fotografia da microestrutura de um tubo produzido com um método de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE DA INVENÇÃO

[0066] A Figura 1A é um fluxograma 100 que representa as etapas realizadas em um método de uma modalidade da invenção.

[0067] Na etapa 101 do método, um aço inoxidável é moldado é trabalhado 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.

[0068] Alguns exemplos não limitativos de trabalho a quente são forjamento, laminação e trefilação.

[0069] 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.

[0070] Na etapa 104, a peça de trabalho tubular é submetida a trabalho 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.

[0071] 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.

[0072] A Figura 1B é um fluxograma 110 que representa as etapas de um método para produzir um tubo de acordo com outra modalidade.

[0073] 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.

[0074] O método da Figura 1B compreende ainda a etapa 105: moldagem, pela qual uma liga de aço inoxidável é fundida e vertida em um molde. O aço inoxidável é deixado secar, formando a peça moldada, a qual pode tomar o formato, por exemplo, de um lingote ou uma barra. O volume de aço inoxidável na peça moldada pode determinar a quantidade máxima de aço que pode ser usado para produzir o tubo uma vez que, em geral, nenhum aço é adicionado depois disso, antes, algum aço é removido durante uma ou mais etapas 101104 sucessivas do método.

[0075] 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).

[0076] A peça de trabalho e/ou peça de trabalho submetida aos métodos descritos em relação aos fluxogramas 100, 110 compreende uma liga de aço inoxidável, a liga de aço inoxidável sendo uma liga de aço inoxidável austenítico- ferrítico que é, de preferência, aço inoxidável duplex ou aço inoxidável super-duplex.

[0077] A Figura 1C mostra o fluxograma 120 que corresponde a um método de acordo com outra modalidade da invenção.

[0078] A modalidade compreende as etapas 101, 102, 103 e 104 que correspondem, respectivamente, ao trabalho a quente, trepanação, usinagem e trabalho a frio, e compreende ainda têmpera - etapa 106 - a qual ocorre após a etapa 101 e antes da etapa 102 ou da etapa 103.

[0079] Na etapa 106, a peça de trabalho de formato pré- tubular ou barra cilíndrica é rapidamente resfriada, de modo que a estrutura interna obtida na etapa 101 seja em grande parte mantida. Portanto, a têmpera reduz a quantidade de transformações de fase que podem ocorrer por toda a peça de trabalho ou barra e, particularmente, sobre sua superfície após o trabalho a quente.

[0080] A Figura 1D é um fluxograma 130 de acordo com outra modalidade da invenção.

[0081] Primeiro, uma peça moldada de aço inoxidável é moldada - etapa 105. Com trabalho a quente - etapa 101 -, a peça moldada é deformada de modo que sua microestrutura mude e, consequentemente, suas propriedades mecânicas também são alteradas. A peça de trabalho resultante é temperada - etapa 105 -, de modo a manter as propriedades mecânicas alteradas e, então, trepanada - etapa 102 - de modo a formar um furo no interior ou usinada - etapa 103 -, de modo a remodelar o furo no interior. A peça de trabalho tubular obtida é, então, deformada em um processo de trabalho a frio ao reduzir as paredes e aumentar o comprimento do tubo - etapa 104.

[0082] 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 252 mm, de preferência maior do que ou igual a 200 mm e, de preferência, maior do que ou igual a 250 mm; eles 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 12 mm e menor do que ou igual a 39 mm.

[0083] 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.

[0084] 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.

[0085] 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.

[0086] 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.

[0087] 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.

[0088] 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.

[0089] 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.

[0090] 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.

[0091] 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.

[0092] 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.

[0093] 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.

[0094] 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.

[0095] 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.

[0096] A Figura 4 mostra a microestrutura de um tubo produzido com um método de acordo com uma modalidade da invenção. O tubo compreende uma liga de aço inoxidável austenítico-ferrítico com uma fase de austenita 401 e uma fase de ferrita 402. Em algumas modalidades, a liga de aço inoxidável austenítico-ferrítico é um aço inoxidável duplex. Em algumas outras modalidades, a liga de aço inoxidável austenítico-ferrítico é um aço inoxidável superduplex.

[0097] Em média, o espaçamento das fases de austenita 401 é de cerca de 30 mícrons ou menos, o que é conveniente para resistir a fenômenos de HISC. Tal espaçamento pode ser observado usando o segmento 403 ilustrado, o qual é equivalente a 30 μm.

[0098] 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.

[0099] 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 (100,110,120,130) para produzir um tubo de uma liga de aço inoxidável, em que o método é caracterizado por compreender: (a) trabalhar a quente (101) uma peça moldada de aço inoxidável em uma peça de trabalho de formato pré-tubular ou em uma barra cilíndrica, a peça de trabalho de formato pré-tubular tendo um formato tubular; (b) trepanar (102) a barra cilíndrica ou usinar (103) o 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 (120,130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: (d) têmpera (106) da peça de trabalho de formato pré- tubular ou a barra cilíndrica; e (e) ser executado após (a).

3. Método (120,130), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a têmpera (106) da peça de trabalho de formato pré-tubular ou barra cilíndrica é executada com água em uma temperatura não maior do que a 50 °C.

4. Método (110,130), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: (e) fundir (105) a peça moldada de aço inoxidável; e (f) ser executado antes de (a).

5. Método (100,110,120,130), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a liga de aço inoxidável é uma liga de aço inoxidável austenítico-ferrítico.

6. Método (100,110,120,130), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a liga de aço inoxidável é aço inoxidável duplex ou aço inoxidável super-duplex.

7. Método (100,110,120,130), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o trabalho a quente compreende um de: laminação, forjamento e uma combinação dos mesmos.

8. Método (100,110,120,130), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda: (f) recozimento em solução da peça de trabalho de formato pré-tubular ou barra cilíndrica em uma temperatura entre 1030 °C e 1120 °C.

9. Método (100,110,120,130), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, caracterizado por compreender ainda: (g) recozimento em solução da peça de trabalho tubular (201,301) e em que (f) é executado em pelo menos um dos seguintes: após (b) e antes de (c), e após (c).

10. Método (100,110,120,130), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: (h) aquecimento da peça moldada de aço inoxidável para uma temperatura maior do que 1000 °C; e (i) ser executado antes de (a).

11. Método (100,110,120,130), 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.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, 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.