BR112018017036B1

BR112018017036B1 - Material de aço e tubo de aço de poço de petróleo

Info

Publication number: BR112018017036B1
Application number: BR112018017036-4A
Authority: BR
Inventors: Yuji Arai
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2022-09-06
Also published as: US10550962B2; CN108699656A; ES2797553T3; US20190063641A1; EP3425078A1; CA3016288A1; WO2017150251A1; MX2018010523A; AR107740A1; JP6583532B2; RU2690059C1; BR112018017036A2; AU2017226126A1; AU2017226126B2; EP3425078B1; JPWO2017150251A1; EP3425078A4; AU2017226126C1; CN108699656B

Abstract

É fornecido um material de aço que possui excelente resistência SSC mesmo sob um ambiente com elevada pressão de H2S. O material de aço de acordo com a presente invenção contém, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0.10 a menos do que 0,90%, P: 0,05% ou menos, S: 0,01% ou menos, Al: 0,01 a 0,1%, N: 0,01% ou menos, Cr: 0,1 a 2,5%, Mo: 0,35 a 3,0%, e Co: 0,50 a 3,0%, e satisfaz as expressões (1) e (2), e contém 90% ou mais de martensita revenida em razão de volume: C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + alfa maior igual que 0,50 (1) (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr) maior igual que 1,0 (2) B Eficaz = B - 11(N - Ti/3,4)/14 (3) onde, alfa na expressão (1) é 0,250 quando B eficaz (% em massa) definido pela expressão (3) é 0,0003% ou mais, e é 0 quando B eficaz é menor do que 0,0003%.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção diz respeito a um material de aço e um tubo de aço de poço de petróleo e, mais particularmente, diz respeito a um material de aço e um tubo de aço de poço de petróleo que são adequados para uso em um ambiente ácido.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] Devido ao aprofundamento dos poços de petróleo e poços de gás (de acordo com este documento, poços de petróleo e poços de gás são coletivamente mencionados como “poços de petróleo”), há uma demanda para aumento da resistência dos tubos de aço de poço de petróleo. Especificamente, tubos de aço de poço de petróleo de grau 80 ksi (limite de escoamento é 80 a 95 ksi, ou seja, 551 a 654 MPa) e de grau 95 ksi (limite de escoamento é 95 a 110 ksi, ou seja, 654 a 758 MPa) estão sendo amplamente utilizados.

[0003] Muitos poços profundos se encontram em ambiente ácido que contém sulfeto de hidrogênio corrosivo. Tubos de aço de poço de petróleo que são usados nesses ambientes ácidos precisam ter não apenas uma elevada resistências, mas também precisam ter resistência à trincamento pela tensão dos sulfetos (de acordo com este documento, mencionado como “resistência SSC”).

[0004] Aços com uma elevada resistência e características de resistência aumentada contra fragilização por hidrogênio (resistência SSC e resistência retardada contra fraturas) são propostos na Publicação de Pedido de Patente Japonesa N° 56-5949 (Literatura Patentária 1) e Publicação de Pedido de Patente Japonesa N° 57-35622 (Literatura Patentária 2). Os aços divulgados nas Literaturas Patentárias supracitadas contém Co e, portanto, aumentam as características de resistência contra fragilização por hidrogênio (resistência SSC e resistência retardada contra fraturas).

[0005] Especificamente, um aço de elevada resistência à tração divulgado na Literatura Patentária 1 é obtido por têmpera e revenimento tendo uma composição química que contém C: 0,05 a 0,50%, Si: 0,10 a 0,28%, Mn: 0,10 a 2,0%, Co: 0,05 a 1,50% e Al: 0,01 a 0.10%, com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis, e possui um limite de escoamento de 60 kg/mm2 ou mais.

[0006] Um aço de poço de petróleo de elevada resistência divulgado na Literatura Patentária 2 é obtido por sujeitar um aço com uma composição química contendo C: 0,27 a 0,50%, Si: 0,08 a 0,30%, Mn: 0,90 a 1,30%, Cr: 0,5 a 0,9%, Ni: 0,03% ou menos, V: 0,04 a 0,11%, Nb: 0,01 a 0,10%, Mo: 0,60 a 0,80%, Al: 0,1% ou menos e Co: 3% ou menos, com o balanço sendo Fe e impurezas inevitáveis, em que as impurezas contém P: 0,005% ou menos e S: 0,003% ou menos, para têmpera de 880 a 980°C, e então, revenimento de 650 a 700°C.

LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA PATENTÁRIA

[0007] Literatura Patentária 1: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 565949 Literatura Patentária 2: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 57-35622

[0008] À propósito, a avaliação convencional da resistência SSC de um material de aço foi principalmente baseada em, por exemplo, um teste de tensão ou um teste de curvatura tal como o teste do Método A ou teste do Método B definido na NACE (National Association of Corrosion Engineers) TM0177.

[0009] Contudo, visto que estes testes utilizam uma amostra de teste sem chanfros, não é dada consideração às características de retenção de propagação de SSC. Portanto, mesmo no caso de um material de aço que é avaliado como possuindo excelente resistência SSC nos testes supracitados, SSC surge em alguns casos devido à propagação de trincas latentes no aço.

[0010] Além disso, acompanhando o aprofundamento dos poços de petróleo e semelhantes em anos recentes, a pressão do gás H2S em ambientes ácidos aumentou em torno de 5 a 15 atm. O material de aço a ser utilizado nesses ambientes de alta pressão de H2S é necessário ter mais excelente resistência a SSC do que até agora. Para obter excelente resistência a SSC, é preferencial suprimir não apenas a ocorrência de SSC, mas também suprimir a propagação de SSC. Consequentemente, em anos recentes, a excelente resistência a SSC com um elevador valor KISSC de tenacidade de fratura é necessária em um teste DCB (Feixe Cantilever Duplo) de acordo com o Método D definido em NACE TM0177.

[0011] Na Literatura Patentária 1 e Literatura Patentária 2, a resistência SSC sob um ambiente de elevada pressão de H2S em que a pressão parcial de H2S é de 5 a 15 atm não é avaliada, e é possível que em alguns casos o valor KISSC de tenacidade de fratura sob um ambiente com elevada pressão de H2S seja baixo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0012] Um objetivo da presente invenção é fornecer um material de aço que possui excelente resistência SSC mesmo sob um ambiente com elevada pressão de H2S.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0013] Um material de aço de acordo com a presente invenção possui uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0.10 a menos do que 0,90%, P: 0,05% ou menos, S: 0,01% ou menos, Al: 0,01 a 0,1%, N: 0,01% ou menos, Cr: 0,1 a 2,5%, Mo: 0,35 a 3,0%, Co: 0,50 a 3,0%, Cu: 0 a 0,5%, Ni: 0 a 0,5%, Ti: 0 a 0,03%, Nb: 0 a 0,15%, V: 0 a 0,5%, B: 0 a 0,003%, Ca: 0 a 0,004%, Mg: 0 a 0,004%, Zr: 0 a 0,004%, e metal de terras raras: 0 a 0,004%, com o balanço sendo Fe e impurezas, e satisfazendo as expressões (1) e (2), em que a microestrutura contém, em razão de volume, 90% ou mais de martensita revenida: C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + α ≥ 0,50 (1) (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr) ≥ 1,0 (2) B Eficaz = B - 11(N - Ti/3,4)/14 (3) onde, α na expressão (1) é 0,250 quando B eficaz (% em massa) definido pela expressão (3) é 0,0003% ou mais, e é 0 quando o B eficaz é menor do que 0,0003%. Um teor (% em massa) de um elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na expressão (1) a expressão (3).

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0014] O material de aço de acordo com a presente invenção possui excelente resistência SSC mesmo sob um ambiente com elevada pressão de H2S.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] [FIG. 1] A FIG. 1 é uma vista ilustrando uma relação entre um teor de Co (% em massa) e um valor KISSC de tenacidade de fratura (unidade é MPa^m). [FIG. 2] A FIG. 2 é uma vista ilustrando a relação entre F2 = (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr) e um valor KISSC de tenacidade de fratura (unidade é MPa^m). [FIG. 3A] A FIG. 3A ilustra uma vista lateral e uma vista em seção de uma amostra de teste DCB que é usada em um teste DCB nos exemplos. Os números na FIG 3A indicam comprimento (a unidade está em “mm”) de cada parte correspondente. [FIG. 3B] A FIG. 3B é uma vista em perspectiva de uma cunha que é usada no teste DCB nos exemplos. Os números na FIG 3B indicam comprimento (a unidade está em “mm”) de cada parte correspondente.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

[0016] Os presentes inventores conduziram investigações e estudos relativos à resistência SSC sob um ambiente de elevada pressão de H2S de 5 a 15 atm, e obtiveram os seguintes resultados.

[0017] (1) Co melhora a resistência SSC. Em particular, em um material de aço com uma composição química contendo, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0.10 a menos do que 0,90%, P: 0,05% ou menos, S: 0,01% ou menos, Al: 0,01 a 0,1%, N: 0,010% ou menos, Cr: 0,1 a 2,5%, Mo: 0,35 a 3,0%, Cu: 0 a 0,5%, Ni: 0 a 0,5%, Ti: 0 a 0,03%, Nb: 0 a 0,15%, V: 0 a 0,5%, B: 0 a 0,003%, Ca: 0 a 0,004%, Mg: 0 a 0,004%, Zr: 0 a 0,004%, e metal de terras raras: 0 a 0,004%, quando Co está contido em uma quantidade de 0,50% a 3,0%, é obtida uma excelente resistência SSC.

[0018] A FIG. 1 é uma vista que ilustra uma relação entre um teor de Co (% em massa) e o valor KISSC de tenacidade de fratura (unidade é MPa^m) sob um ambiente de elevada pressão de H2S que foi obtido com base nos testes de DCB dos exemplos que são descritos posteriormente. Referindo-se à FIG. 1, descobre- se que o teor de Co aumenta a partir de 0%, o valor KISSC de tenacidade de fratura aumenta rapidamente e se torna 35 MPa^m ou mais quando o teor de Co é 0,50% ou mais. Por outro lado, embora o valor KISSC de tenacidade de fratura diminua quando o teor de Co é maior do que 0,80%, quando o teor de Co é maior do que 1,0%, o valor KISSC de tenacidade de fratura muda quase que constantemente em um valor que é maior do que 35 MPa^m até que o teor de Co alcance 3,0%. Quando o teor de Co é maior do que 3,0%, o valor KISSC de tenacidade de fratura diminui gradualmente e se torna menor do que 35 MPa^m.

[0019] Em resumo, na composição química descrita acima, quando o teor de Co é de 0,50 a 3,0%, um elevado valor KISSC de tenacidade de fratura é obtido, sendo obtido também uma excelente resistência SSC que pode suprimir a propagação de SSC. Embora a razão para isto seja incerta, é considerada que a razão seja a que se segue. Durante o uso sob um ambiente ácido, o Co se concentra em uma camada externa do material de aço. A penetração de hidrogênio no aço é suprimida pelo Co que está concentrado na camada externa. Considera-se que, por meio disso, a resistência SSC seja melhorada.

[0020] (2) Conforme descrito acima, se uma quantidade específica de Co for contida, é obtida excelente resistência SSC, devido à concentração de Co em uma camada externa. Contudo, diferente de outros elementos de liga (C, Mn, Cr, V, Cu, Ni e semelhantes), Co diminui a temperabilidade do aço. Consequentemente, se o teor de Co for alto em comparação com o teor de C, Mn, Cr, V, Cu e Ni, a temperabilidade diminuirá. Neste caso, a microestrutura será uma estrutura heterogênea que consiste não apenas em martensita revenida, mas também em bainita ou austenita retida. Portanto, a resistência SSC diminuirá devido à microestrutura. Neste respeito, em resultado do estudo da relação entre Co e outros elementos de liga com respeito à resistência SSC, os presentes inventores obtiveram os seguintes resultados.

[0021] Se a composição química também satisfaz a expressão (1) e expressão (2), é obtida excelente resistência SSC ao mesmo tempo em que mantém a temperabilidade: C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + α ≥ 0,50 (1) (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr) ≥ 1,0 (2) B Eficaz = B - 11(N - Ti/3,4)/14 (3) onde, α na expressão (1) é 0,250 quando B eficaz (% em massa) definido pela expressão (3) é 0,0003% ou mais, e é 0 quando B eficaz é menor do que 0,0003%. Um teor (% em massa) do elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na expressão (1) a expressão (3).

[0022] [Relativo à expressão (1)] F1 é definido como igual a C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + α. F1 é um índice de temperabilidade. C, Mn, Cr, Mo, V, Cu e uma quantidade predeterminada de B eficaz (B dissolvido) melhora a temperabilidade do aço. Por outro lado, como mencionado acima, Co reduz a temperabilidade do aço. Se F1 é 0,50 ou mais, mesmo se o aço contém Co, é obtida excelente temperabilidade e a razão de volume de martensita revenida na microestrutura pode ser aumentada.

[0023] Em um caso onde a microestrutura consiste significativamente em martensita revenida, é obtida excelente resistência SSC. Por outro lado, em um caso onde a microestrutura é uma estrutura heterogênea que consiste em martensita temperada e outras fases (bainita, austenita retida ou semelhante), a resistência SSC diminui. No caso onde F1 satisfaz a expressão (1), a razão de volume de martensita temperada na microestrutura é 90% ou mais, sendo obtida excelente resistência SSC.

[0024] [Relativo à expressão (2)] Quando F1 satisfaz a expressão (1), a microestrutura será significativamente martensita revenida. No entanto, se a composição química contiver uma quantidade excessiva de elementos de liga, a resistência SSC, ao contrário, diminuirá, pois os elementos de liga aprisionarão (acumularão) o hidrogênio no material de aço. Dentre os elementos que melhoram a temperabilidade, em particular, embora Mn e Cr melhorem a temperabilidade, Mn e Cr podem diminuir a resistência SSC. Por outro lado, juntamente com o Co descrito acima, C e Mo são elementos que melhoram a resistência SSC do aço.

[0025] F2 é definido como sendo igual a (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr). F2 é um índice resistência SSC.

[0026] A FIG. 2 é uma vista ilustrando a relação entre F2 e um valor KISSC de tenacidade de fratura (unidade é MPa^m). A FIG. 2 foi obtida com base nos testes de DCB nas chapas de aço que correspondem ao grau C110 dos padrões API nos exemplos a serem descritos posteriormente. Referindo-se à FIG. 2, descobre-se que o valor KISSC de tenacidade de fratura aumenta rapidamente quando F2 está na em torno de 1,0. Quando F2 é maior do que 1,0, o valor KISSC de tenacidade de fratura muda quase que constantemente em um valor que é maior do que 35 MPa^m. Ou seja, existe um ponto de inflexão em que F2 = 1,0.

[0027] Com base no exposto anteriormente, quando F2 é 1,0 ou mais, ou seja, quando uma razão do teor dos elementos que melhoram a resistência SSC (C, Mo e Co) para o teor de Mn e Cr for grande, é obtida excelente resistência SSC.

[0028] O material de aço de acordo com a presente invenção que foi concluído com base nos resultados acima possui uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0.10 a menos do que 0,90%, P: 0,05% ou menos, S: 0,01% ou menos, Al: 0,01 a 0,1%, N: 0,010% ou menos, Cr: 0,1 a 2,5%, Mo: 0,35 a 3,0%, Co: 0,50 a 3,0%, Cu: 0 a 0,5%, Ni: 0 a 0,5%, Ti: 0 a 0,030%, Nb: 0 a 0,15%, V: 0 a 0,5%, B: 0 a 0,003%, Ca: 0 a 0,004%, Mg: 0 a 0,004%, Zr: 0 a 0,004%, e metal de terras raras: 0 a 0,004%, com o balanço sendo Fe e impurezas, e satisfazendo as expressões (1) e (2), em que a microestrutura contém, em razão de volume, 90% ou mais de martensita revenida: C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + α ≥ 0,50 (1) (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr) ≥ 1,0 (2) B Eficaz = B - 11(N - Ti/3,4)/14 (3) onde, α na expressão (1) é 0,250 quando B eficaz (% em massa) definido pela expressão (3) é 0,0003% ou mais, e é 0 quando B eficaz é menor do que 0,0003%. Um teor (% em massa) de um elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na expressão (1) a expressão (3).

[0029] A composição química descrita acima pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Cu: 0,02 a 0,5% e Ni: 0,02 a 0,5%.

[0030] A composição química descrita acima pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ti: 0,003 a 0,03%, Nb: 0,003 a 0,15% e V: 0,005 a 0,5%.

[0031] A composição química descrita acima pode conter B: 0,0003 a 0,003%.

[0032] A composição química descrita acima pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ca: 0,0003 a 0,004%, Mg: 0,0003 a 0,004%, Zr: 0,0003 a 0,004%, e metal de terras raras: 0,0003 a 0,004%.

[0033] Por ter a composição química descrita acima, um tubo de aço de poço de petróleo de acordo com a presente invenção exibe uma excelente resistência e resistência SSC, mesmo com uma espessura de parede de 15 mm ou mais.

[0034] De acordo com isto, o material de aço da presente invenção é descrito em detalhes. O símbolo “%” em relação a um elemento significa “% em massa”, exceto se especificamente declarado em contrário.

[0035] [Composição Química] A composição química do material de aço de acordo com a presente invenção contém os seguintes elementos.

[0036] C: 0,15 a 0,45% Carbono (C) melhora a temperabilidade e aumenta a resistência do aço. Além disso, C promove a esferoidização de carbetos no momento do revenimento durante o processo de produção, melhorando assim a resistência SSC. C também se liga a Mo ou V para formar carbetos, melhorando assim a resistência ao amolecimento do revenimento. Se os carbetos estiverem dispersos, a resistência do aço também aumenta. Esses efeitos não serão obtidos se o teor de C for muito baixo. Por outro lado, se o teor de C for muito elevado, a tenacidade do aço diminuirá e é provável a ocorrência de trincamento na têmpera. Portanto, o teor de C é de 0,15 a 0,45%. Um limite inferior preferencial do teor de C é 0,20% e mais preferencialmente 0,25%. Um limite superior preferencial do teor de C é 0,40% e mais preferencialmente 0,35%.

[0037] Si: 0,10 a 1,0% Silício (Si) desoxida o aço. Se o teor de Si for muito baixo, esse efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Si for muito alto, a austenita retida é gerada em excesso e diminui a resistência SSC. Consequentemente, o teor de Si é de 0,10 a 1,0%. Um limite inferior preferencial do teor de Si é 0,15% e mais preferencialmente 0,20%. Um limite inferior preferencial do teor de Si é 0,55% e mais preferencialmente 0,40%.

[0038] Mn: 0,10 a menos do que 0,90% Manganês (Mn) desoxida o aço. Mn também aumenta a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Se o teor de Mn for muito baixo, esses efeitos não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Mn for muito elevado, Mn segrega nas bordas de grãos juntamente com impurezas como fósforo (P) e enxofre (S). Nesse caso, a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Mn é de 0,10 a menos do que 0,90%. Um limite inferior preferencial do teor de Mn é 0,25% e mais preferencialmente 0,28%. Um limite superior preferencial do teor de Mn é 0,80%.

[0039] P: 0,05% ou menos Fósforo (P) é uma impureza. P segrega nas bordas de grãos e diminui a resistência SSC do aço. Consequentemente, o teor de P é 0,05% ou menos. Um teor de P preferencial é 0,02% ou menos. De preferência, o teor de P é o mais baixo possível.

[0040] S: 0,01% ou menos Enxofre (S) é uma impureza. S segrega nas bordas de grãos e diminui a resistência SSC do aço. Consequentemente, o teor de S é 0,01% ou menos. Um teor de S preferencial é 0,005% ou menos, e mais preferencialmente, é 0,003% ou menos. De preferência, o teor de S é o mais baixo possível.

[0041] Al: 0,01 a 0,1% Alumínio (Al) desoxida o aço. Se o teor de Al for muito baixo, esse efeito não é obtido e a resistência SSC do aço diminui. Por outro lado, se o teor de Al for muito alto, surgem inclusões de óxido grosseiro e a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Al é de 0,01 a 0,1%. Um limite inferior preferencial do teor de Al é 0,015% e mais preferencialmente 0,020%. Um limite superior preferencial do teor de Al é 0,06% e mais preferencialmente 0,050%. Na presente descrição, o teor de “Al” significa “Al solúvel em ácido”, ou seja, o teor de “Al sol.”.

[0042] N: 0,010% ou menos Nitrogênio (N) é inevitavelmente contido. N forma nitretos grosseiros e diminui a resistência SSC do aço. Consequentemente, o teor de N é 0,010% ou menos. Um teor de N preferencial é 0,005% ou menos, e mais preferencialmente, é 0,004% ou menos. De preferência, o teor de N é o mais baixo possível. Contudo, no caso onde uma determinada quantidade de Ti está incluída para fins de refinar o grão cristalino por precipitação de nitretos finos, é preferencial incluir N em uma quantidade de 0,002% ou mais.

[0043] Cr: 0,1 a 2,5% O cromo (Cr) aumenta a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Se o teor de Cr for muito baixo, os efeitos supracitados não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Cr for muito alto, a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Cr é de 0,1 a 2,5%. Um limite inferior preferencial do teor de Cr é 0,25% e mais preferencialmente 0,30%. Um limite superior preferencial do teor de Cr é 1,5% e mais preferencialmente 1,3%.

[0044] Mo: 0,35 a 3,0% Molibdênio (Mo) aumenta a temperabilidade do aço. Mo também gera carbetos finos e aumenta a resistência ao amolecimento no revenimento do aço e melhora a resistência SSC em um ambiente de elevada pressão de H2S. Se o teor de Mo for muito baixo, esse efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Mo for muito alto, o efeito supracitado é saturado. Consequentemente, o teor de Mo é de 0,35 a 3,0%. Um limite inferior preferencial do teor de Mo é 0,40%, mais preferencialmente 0,50%, e de preferência ainda é maior do que 0,70%. Um limite superior preferencial do teor de Mo é 2,0% e mais preferencialmente 1,75%.

[0045] Co: 0,50 a 3,0% Cobalto (Co) melhora a resistência SSC do aço em um ambiente de elevada pressão de H2S. Embora a razão não seja certa, a razão é considerada conforme se segue. Em um ambiente ácido, Co se concentra na superfície do aço e suprime a penetração de hidrogênio no aço. Em resultado, a resistência SSC do aço melhora. Se o teor de Co for muito baixo, esse efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Co for muito alto, a temperabilidade do aço diminui e a resistência do aço é diminuída. Consequentemente, o teor de Co é de 0,50 a 3,0%. Um limite inferior preferencial do teor de Co é maior do que 0,50%, mais preferencialmente 0,7%, e mais preferencialmente é 1,0%. Um limite superior preferencial do teor de Co é 2,5% e mais preferencialmente 2,0%.

[0046] O equilíbrio da composição química do material de aço de acordo com a presente invenção é Fe e impurezas. Aqui, o termo “impurezas” refere-se aos elementos que, durante a produção industrial do material de aço, são misturados a partir do minério ou refugo que é usado como matéria prima do material de aço ou a partir do ambiente de produção ou semelhante, e que são permitidos dentro de um intervalo que não afeta de forma adversa o material de aço da presente invenção.

[0047] [Elementos Opcionais] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Cu e Ni como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e cada um desses elementos aumenta a resistência do aço.

[0048] Cu: 0 a 0,5% Cobre (Cu) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. Em um caso onde Cu está contido, o Cu aumenta a temperabilidade do aço e melhora a resistência do aço. No entanto, se o teor de Cu for muito elevado, o Cu aprisionará hidrogênio e a resistência SSC diminuirá. Consequentemente, o teor de Cu é de 0 a 0,5%. Um limite inferior preferencial do teor de Cu é 0,02% e mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de Cu é 0,35% e mais preferencialmente 0,25%.

[0049] Ni: 0 a 0,5% Níquel (Ni) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. Em um caso onde Ni está contido, o Ni aumenta a temperabilidade do aço e melhora a resistência do aço. No entanto, se o teor de Ni for muito elevado, será promovida a corrosão local e a resistência SSC diminuirá. Consequentemente, o teor de Ni é de 0 a 0,5%. Um limite inferior preferencial do teor de Ni é 0,02% e mais preferencialmente 0,05%. Um limite inferior preferencial do teor de Ni é 0,35% e mais preferencialmente 0,25%.

[0050] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ti, Nb e V como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e cada elemento aumenta a resistência do aço por formar pelo menos quaisquer carbetos, nitretos e carbonitretos.

[0051] Ti: 0 a 0,03% Titânio (Ti) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. Em um caso onde Ti está contido, o Ti forma nitretos e refina os grãos cristalinos pelo efeito de pinagem. Por meio disso, a resistência do aço é melhorada. No entanto, se o teor de Ti for muito alto, os nitretos de Ti se tornam grosseiros e a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Ti é de 0 a 0,03%. Um limite inferior preferencial do teor de Ti é 0,003% e mais preferencialmente 0,005%. Um limite superior preferencial do teor de Ni é 0,015% e mais preferencialmente 0,012%.

[0052] Nb: 0 a 0,15% Nióbio (Nb) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. No caso onde Nb está contido, o Nb se liga a C e/ou N para formar carbetos, nitretos e carbonitretos (de acordo com este documento, mencionados como “carbonitretos ou semelhantes”). Esses carbonitretos ou semelhantes refinam os grãos cristalinos e melhoram a resistência do aço. No entanto, se o teor de Nb for muito alto, geram-se precipitados grosseiros e a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Nb é de 0 a 0,15%. Um limite inferior preferencial do teor de Nb é 0,003% e mais preferencialmente 0,007%. Um limite superior preferencial do teor de Nb é 0,050% e mais preferencialmente 0,04%.

[0053] V: 0 a 0,5% Vanádio (V) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. No caso onde V está contido, o V forma carbonitretos ou semelhantes e refina os grãos cristalinos para melhorar a resistência do aço. Contudo, se o teor de V for muito alto, a tenacidade do aço diminui. Consequentemente, o teor de V é de 0 a 0,5%. Um limite inferior preferencial do teor de V é 0,005% e mais preferencialmente é 0,015%. Um limite superior preferencial do teor de V é 0,15% e mais preferencialmente é 0,12%.

[0054] A composição química do material de aço que é descrito acima pode conter ainda B como um substituto para uma parte do Fe.

[0055] B: 0 a 0,003% Boro (B) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. No caso onde B está contido, o B dissolve no aço e aumenta a temperabilidade e melhora a resistência do aço. No entanto, se o teor de B for muito alto, geram-se nitretos grosseiros e a resistência SSC do aço diminuirá. Consequentemente, o teor de B é de 0 a 0,003%. Um limite inferior preferencial do teor de B é 0,0003% e mais preferencialmente é 0,0007%. Um limite superior preferencial do teor de B é 0,0015% e mais preferencialmente é 0,0012%.

[0056] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ca, Mg, Zr e metal de terras raras como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e cada um desses elementos melhora a forma dos sulfetos para aumentar a resistência do SSC do aço.

[0057] Ca: 0 a 0,004% Cálcio (Ca) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. No caso onde Ca está contido, o Ca liga-se a S no aço. Por meio disto, sulfeto no aço são refinados e a resistência SSC do aço é melhorada. No entanto, se o teor de Ca for muito alto, os óxidos de aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Ca é de 0 a 0,004%. Um limite inferior preferencial do teor de Ca é 0,0003% e mais preferencialmente é 0,0006%. Um limite superior preferencial do teor de Ca é 0,0025% e mais preferencialmente 0,0020%.

[0058] Mg: 0 a 0,004% Magnésio (Mg) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. No caso onde Mg está contido, o Mg refina os sulfetos no aço e melhora a resistência SSC do aço. No entanto, se o teor de Mg for muito alto, os óxidos no aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Mg é de 0 a 0,004%. Um limite inferior preferencial do teor de Mg é 0,0003% e mais preferencialmente é 0,0006%. Um limite superior preferencial do teor de Mg é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.

[0059] Zr: 0 a 0,004% Zircônio (Zr) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. No caso onde Zr está contido, o Zr refina os sulfetos no aço e melhora a resistência SSC do aço. No entanto, se o teor de Zr for muito alto, os óxidos se tornam grosseiros e a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de Zr é de 0 a 0,004%. Um limite inferior preferencial do teor de Zr é 0,0003% e mais preferencialmente é 0,0006%. Um limite superior preferencial do teor de Zr é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.

[0060] Metal de Terras Raras: 0 a 0,004%, Metal de Terras Raras (REM) é um elemento opcional e não precisa estar contido no aço. No caso onde REM está contido, o REM refina os sulfetos no aço e melhora a resistência SSC do aço. REM também liga-se a P no aço e suprime a segregação de P nas bordas de grãos cristalinos. Consequentemente, uma diminuição na resistência SSC do aço que é devido à segregação de P é suprimida. No entanto, se o teor de REM for muito alto, os óxidos se tornam grosseiros e a resistência SSC do aço diminui. Consequentemente, o teor de REM é de 0 a 0,004%. Um limite inferior preferencial do teor de REM é 0,0003% e mais preferencialmente é 0,0006%. Um limite superior preferencial do teor de REM é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.

[0061] Na presente descrição, o termo “REM” significa que pelo menos um ou mais tipos de Sc, Y e elementos lantanídeos (de La, de número atômico 57, até Lu, de número atômico 71) estão contidos no aço e o termo “teor de REM” significa o teor total destes elementos.

[0062] [Relativo a expressão (1) e expressão (2)] A composição química descrita acima satisfaz ainda a expressão (1) e expressão (2): C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + α ≥ 0,50 (1) (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr) ≥ 1,0 (2) B Eficaz = B - 11(N - Ti/3,4)/14 (3) onde, α na expressão (1) é 0,250 quando B eficaz (% em massa) definido pela expressão (3) é 0,0003% ou mais, e é 0 quando B eficaz é menor do que 0,0003%. Um teor (% em massa) do elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na expressão (1) a expressão (3).

[0063] [Relativo à expressão (1)] F1 é definido como igual a C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + α. F1 é um índice de temperabilidade. Se F1 é 0,50 ou mais, mesmo se o aço contém Co, é obtida excelente temperabilidade e a razão de volume de martensita revenida na microestrutura de torna 90% ou mais. Em resultado, é obtida excelente resistência SSC. Um limite inferior preferencial de F1 é 0,70.

[0064] O valor de α em F1 é determinado de acordo com a quantidade de B eficaz (quantidade de B dissolvido) que é definido pela expressão (3). Especificamente, α é 0,250 quando B eficaz definido pela expressão (3) é 0,0003% ou mais, e é 0 quando B eficaz é menor do que 0,0003%. No valor de B eficaz definido pela expressão (3) é maior do que o teor de B, o valor de B eficaz é considerado como sendo igual ao teor de B.

[0065] [Relativo à expressão (2)] F2 é definido como igual a (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr). F2 é um índice resistência SSC. Quando F2 é 1,0 ou mais, a razão do teor dos elementos que melhoram a resistência SSC (C, Mo e Co) ao teor de Mn e Cr (elementos que embora contribuam para a temperabilidade, podem diminuir a resistência SSC se contidos em uma quantidade excessiva) é grande. Em resultado, é obtida excelente resistência SSC em um ambiente de elevada pressão de H2S.

[0066] [Microestrutura] A microestrutura do material de aço da presente invenção consiste principalmente em martensita revenida. Mais especificamente, a microestrutura contém, em razão de volume, 90% ou mais de martensita revenida. O equilíbrio da microestrutura é, por exemplo, bainita e austenita retida ou semelhantes. Quando a microestrutura contém 90% ou mais de martensita revenida em razão de volume, a resistência SSC melhora. De preferência, a microestrutura é uma microestrutura de fase única de martensita revenida.

[0067] A razão de volume de martensita revenida contida na microestrutura possui uma correlação com a diferença entre um valor máximo e um valor mínimo da dureza Rockwell (HRC) no material de aço após têmpera e revenimento.

[0068] O valor máximo da dureza Rockwell após têmpera e revenimento é definido como “HRCmáx”. O valor mínimo da dureza Rockwell após têmpera e revenimento é definido como “HRCmín”. A diferente entre HRCmáx e HRCmín é definida como "ΔHRC". ΔHRC = HRCmáx – HRCmín Quando ΔHRC é menor do que 2,0, a razão de volume de martensita temperada na microestrutura do material de aço é considerada como sendo 90% ou mais.

[0069] Por exemplo, a dureza Rockwell na superfície do material de aço é HRCmáx, e a dureza Rockwell em uma seção central da espessura do material de aço (de acordo com este documento, mencionada como “seção central do material de aço”) é HRCmín. A razão para isso é a seguinte. A taxa de resfriamento durante a têmpera e o resfriamento é rápido na superfície do material de aço e é lenta na seção central do material de aço. Consequentemente, no material de aço conforme se encontra no estado temperado, em alguns casos surge uma grande diferença com respeito à razão de volume de martensita entre a superfície do material de aço e a seção central do material de aço. Visto que a razão de volume de martensita na microestrutura possui uma correlação com a dureza Rockwell, neste caso, a diferença na dureza Rockwell entre a superfície do material de aço e a seção central do material de aço no estágio temperado é grande. Quando o material de aço é submetido à revenimento, embora a dureza diminui em ambas a superfície do material de aço e seção central do material de aço, e a diferença entre a dureza Rockwell na superfície do material de aço e na seção central do material de aço também se torna menor, a diferença na dureza Rockwell entre a superfície do material de aço e a seção central do material de aço permanece. Por exemplo, a dureza Rockwell na superfície do material de aço é HRCmáx, e a dureza Rockwell na seção central do material de aço é HRCmín. Se ΔHRC é 2,0 ou mais, a dureza na seção central do material de aço é muito baixa. Se ΔHRC é menor do que 2,0, é obtida também dureza suficiente na seção central do material de aço e, neste caso, a razão de volume de martensita temperada na seção central do material de aço é considerada como sendo 90% ou mais.

[0070] O método a seguir é usado para medir ΔHRC. A dureza Rockwell (HRC) é determinada ao conduzir o teste de dureza Rockwell (escala C) de acordo com JIS Z2245 (2011) em três locais arbitrários nas posições em uma profundidade de 2,0 mm a partir da superfície do material de aço (superfície externa no caso de um tubo de aço) após têmpera e revenimento, nas posições em uma profundidade de 2,0 mm a partir da superfície traseira do material de aço (superfície interna no caso de um tubo de aço) e nas posições do meio na direção de espessura do material de aço, respectivamente. O valor máximo da dureza obtida é considerada como HRCmáx e o valor mínimo é considerado como HRCmín, e se ΔHRC é menor do que 2,0, determina-se que a razão de volume de martensita revenida é 90% ou mais. Se ΔHRC for 2,0 ou mais, determina-se que a razão de volume de martensita revenida na posição de HRCmín é menor que 90%.

[0071] [Forma do material de aço] A forma do material de aço não é particularmente limitada. O material de aço é, por exemplo, um tubo de aço ou uma chapa de aço. No caso onde o material de aço é um tubo de aço para poço de petróleo, uma espessura de parede preferencial é 9 a 60 mm. A presente invenção é, em particular, adequada para uso como tubo de aço de poço de petróleo com uma parede pesada. Mais especificamente, mesmo se o material de aço de acordo com a presente invenção é um tubo de aço de poço de petróleo com uma parede pesada de 15 mm ou mais ou, além disso, 20 mm ou mais, o material de aço exibe uma excelente resistência e resistência SSC.

[0072] [Resistência do material de aço] Um limite inferior preferencial do limite elástico do material de aço é 654 MPa. O limite superior do limite elástico do material de aço é 860 MPa. Na presente descrição, o termo “limite elástico” significa o ponto elástico inferior (MPa).

[0073] [Método de Produção] Um método para produzir um tubo de aço de poço de petróleo será agora descrito como um exemplo de um método para produzir o material de aço descrito acima. O método para produzir um tubo de aço de poço de petróleo inclui um processo de preparação de um material de partida (processo de preparação), um processo para submeter o material de partida a trabalho a quente para produzir uma casca oca (processo de trabalho a quente) e um processo de submeter a casca oca a têmpera e revenimento para obter um tubo de aço de poço de petróleo (processo de têmpera e processo de revenimento). Cada um desses componentes é descrito em mais detalhes abaixo.

[0074] [Processo de Preparação] O aço fundido com a composição química descrita acima e satisfazendo a expressão (1) e expressão (2) é produzido. Uma matéria prima é produzida usando o aço fundido. Especificamente, a peça fundida (uma placa, lupa ou tarugo) é produzida por um processo de fundição contínua usando o aço fundido. Pode ser produzido também um lingote por um processo de produção de lingote usando o aço fundido. Como necessário, a placa, lupa ou lingote pode ser submetido a tarugação para produzir um tarugo. Uma matéria prima (uma placa, lupa ou tarugo) é produzida pelos processos descritos acima.

[0075] [Processo de trabalho a quente] A matéria prima é submetida a trabalho a quente para produzir uma casca oca. Primeiro, o tarugo é aquecido no forno de aquecimento. O tarugo que é extraído a partir do forno de aquecimento é submetido a trabalho a quente para produzir uma casca oca (tubo de aço sem costura). Por exemplo, o processo Mannesmann é realizado conforme o trabalho a quente para produzir a casca oca. Neste caso, um tarugo redondo é laminado por perfuração usando uma perfuradora. O tarugo redondo laminado por perfuração é ainda laminado a quente em uma casca oca usando um laminador contínuo, um redutor, um dimensionador ou semelhante.

[0076] A casca oca pode ser produzida também a partir do tarugo por outro método de trabalho a quente. Por exemplo, no caso de um tubo de aço de poço de petróleo de parede pesada de um comprimento curto tal como um acoplamento, uma casca oca pode ser produzida por forjamento. Pelos processos acima, uma casca oca contendo uma espessura de parede de 9 a 60 mm é produzida.

[0077] A casca oca produzida por trabalho a quente pode ser resfriada por ar (produto laminado). O tubo de aço produzido por trabalho a quente pode ser submetido a têmpera diretamente após laminação a quente sendo resfriado a temperatura normal ou a aquecimento simultâneo (reaquecimento) subsequente à laminação a quente antes de ser submetido à têmpera. No entanto, no caso de realizar a têmpera diretamente ou após aquecimento simultâneo, é preferencial parar o resfriamento durante o processo de têmpera ou conduzir resfriamento lento para fins de suprimir o trincamento por têmpera.

[0078] Em um caso onde a têmpera é realizada diretamente após laminação a quente, ou após aquecimento simultâneo subsequente à laminação a quente, para fins de eliminar tensão residual, é preferencial realizar um tratamento de alívio de tensão (tratamento SR) em um momento que é após a têmpera e antes do tratamento a quente do próximo processo. O processo de têmpera é descrito em detalhes abaixo.

[0079] [Processo de Têmpera] A têmpera é realizada sobre a casca oca após o trabalho a quente. A temperatura de têmpera preferencial é de 850 a 1000°C.

[0080] De preferência, o resfriamento forçado é iniciado em uma taxa de resfriamento de 5°C/seg ou mais antes da temperatura no último ponto de resfriamento se tornar temperatura Ar3 ou menos. Nesse caso, é fácil aumentar ainda mais o limite elástico.

[0081] A têmpera pode ser realizada uma pluralidade de vezes. No caso de realizar a têmpera uma pluralidade de vezes, de preferência, após a têmpera e antes de realizar a têmpera no próximo estágio, é realizado um tratamento SR para fins de remover a tensão residual que é gerada pela têmpera. A ocorrência de trincas retardadas após a têmpera pode ser evitada pelo tratamento SR. No caso de realizar um tratamento SR, uma temperatura de tratamento preferencial é 600°C ou menos. Neste caso, a formação de austenita grosseira pode ser suprimida.

[0082] [Processo de Revenimento] O revenimento é realizado após a condução da têmpera descrita acima. O limite elástico do material de aço pode ser ajustado pelo revenimento. Um limite inferior preferencial da temperatura de revenimento é 650°C. Um limite superior preferencial da temperatura de revenimento é 730°C.

[0083] Foi descrito um método para produzir um tubo de aço descrito como um exemplo do método de produção supracitado. No entanto, o material de aço da presente invenção pode ser uma placa de aço ou outra forma, e um método para produzir a placa de aço também inclui de forma similar um processo de preparação, um processo de trabalho a quente, um processo de têmpera e um processo de revenimento.

EXEMPLOS

[0084] [Método para produzir material de teste] Foi produzido aço fundido com um peso de 180 kg tendo as composições químicas ilustradas na Tabela 1.

[0085] [Tabela 1] TABELA 1

[0086] Foram produzidos lingotes usando o aço fundido descrito acima. Os lingotes foram laminados a quente para produzir placas de aço. As espessuras das placas de aço foram mostradas na Tabela 2.

[0087] [Tabela 2]

[0088] As temperaturas de têmpera e revenimento mostradas na Tabela 2 foram realizadas nas respectivas placas de aço após laminação a quente. Após têmpera, o revenimento na temperatura de revenimento mostrada na Tabela 2 foi realizado nas respectivas placas de aço. No revenimento, as temperaturas de revenimento foram ajustadas de forma que os limites elásticos das placas de aço dos aços 1, 2, 10, 11 e 22 se tornam equivalentes ao limite elástico do grau T95 conforme especificado nos padrões API (limite elástico de 655 a 760 MPa), e os limites elásticos das placas de aço de outros aços se torna equivalente ao limite elástico do grau C110 conforme especificado nos padrões API (limite elástico de 760 a 862 MPa). O tempo de retenção na temperatura de revenimento foi 60 minutos para cada placa de aço. As placas de aço do aço 1 a aço 22 foram produzidas pelos processos de produção acima.

[0089] [Teste de limite elástico (YS) e resistência à tração (TS)] Amostras de teste de tensão de barra redonda com um diâmetro de 6,35 mm e um comprimento paralelo de 35 mm foram preparadas a partir da parte central com respeito à espessura de cada placa de aço após a têmpera e revenimento descritos acima. A direção axial de cada amostra de teste de tensão foi paralela à direção de laminação das placas de aço. Foi realizado um teste de tensão na atmosfera em temperatura normal (25°C) usando cada amostra de teste de barra redonda e foram obtidos o limite elástico YS (MPa) e resistência à tração (TS) nas posições respectivas. Observe que, nos exemplos presentes, um ponto elástico inferior obtido pelo teste de tensão foi definido como limite elástico (YS) para cada número de teste.

[0090] [Testes de Avaliação] [Teste de Determinação de Microestrutura] Um teste de dureza Rockwell (HRC) de acordo com JIS Z 2245 (2011) foi realizado em cada placa de aço após a têmpera e revenimento descritos acima. Especificamente, a dureza Rockwell (HRC) foi determinada em três locais arbitrários nas posições em uma profundidade de 2,0 mm a partir da superfície do material de aço, nas posições em uma profundidade de 2,0 mm a partir da superfície traseira do material de aço (superfície interna no caso de um tubo de aço) e nas posições do meio na direção de espessura do material de aço, respectivamente. Quando o ΔHRC de diferença entre o valor máximo e valor mínimo da dureza Rockwell nos nove pontos foi menor do que 2,0, a razão de volume de martensita revenida na posição de HRCmín foi considerada como sendo 90% ou mais, e foi determinado que a placa de aço relevante foi aprovada no teste. Quando o ΔHRC de diferença foi 2,0 ou mais, a razão de volume de martensita revenida na posição de HRCmín foi considerada como sendo menor do que 90% e foi determinado que a placa de aço relevante foi reprovada no teste. As determinações relativas a aprovado ou reprovado são mostradas na Tabela 2.

[0091] [Teste DCB] Usando cada placa de aço, foi realizado um teste DCB de acordo com o Método D de NACE TM0177-96 e foi avaliada a resistência SSC. Especificamente, três das amostras de teste DCB ilustradas na FIG. 3A foram extraída a partir de uma seção no centro da espessura de parede de cada placa de aço. Uma cunha mostrada na FIG. 3B foi preparada ainda a partir de cada placa de aço. Um espessura t da cunha era de 2,92 mm. Observe que os números na FIG. 3A e FIG. 3B indicam comprimento (a unidade está em “mm”) de cada parte correspondente.

[0092] A cunha foi conduzida entre os braços da amostra do teste DCB. Posteriormente, a amostra de teste DCB na qual a cunha foi conduzida foi colocada em uma autoclave. Uma solução líquida obtida pela mistura de uma solução salina a 5% desgaseificada, ácido acético e acetato de sódio e ajustando para pH 3,5 foi vertida na autoclave de forma que uma porção de gás permaneceu na autoclave. Posteriormente, o gás de sulfeto de hidrogênio a 10 atm foi carregado sob pressurização dentro da autoclave para agitar a fase líquida e o gás de sulfeto de hidrogênio em elevada pressão foi saturado na solução líquida.

[0093] Após vedação da autoclave que tinha sido submetida aos processos descritos acima, a autoclave foi retida durante 336 horas a 25°C enquanto agitava- se a solução líquida. Então, a autoclave foi despressurizada e as amostras de teste DCB foram retiradas.

[0094] Foi inserido um pino em um furo formado na ponta dos braços de cada amostra de teste DCB que foi obtida e foi aberta uma porção de entalhe com uma máquina de teste de tensão, e foi medida uma cunha que libera tensão P. Além disso, o entalhe na amostra de teste DCB foi liberada no nitrogênio líquido e foi medido um comprimento de propagação de trincamento a durante a imersão. O comprimento de propagação de trincamento a foi medido visualmente utilizando paquímetros. Foi determinado um valor Kissc (MPa^m) de tenacidade de fratura usando a expressão (4) com base na cunha de liberação de tensão P obtida e no comprimento de propagação de trincamento a.

[0095] [Expressão 1]

[0096] Na expressão (4), h representa a altura (mm) de cada braço da amostra de teste DCB, B representa a espessura (mm) da amostra de teste DCB, e Bn representa a espessura da malha (mm) da amostra de teste DCB. Esses são definidos no Método D de NACE TM0177-96.

[0097] O valor Kissc (MPa^m) de tenacidade de fratura foi determinado para três amostras de teste DCB para cada número de teste. Para cada placa de aço, a média de valores de tenacidade de fratura para as três amostras de teste DCB foi definida como o valor KISSC (MPa^m) de tenacidade de fratura da placa de aço relevante. Os valores KISSC de tenacidade de fratura obtidos são mostrados na Tabela 2. Para as placas de aço dos aços 1, 2, 10, 11 e 22 (equivalentes ao grau T95 dos padrões API), se o valor KISSC de tenacidade de fratura definido acima foi 47 MPa^m ou mais, a resistência SSC foi determinada como boa. Para outros aços (equivalentes ao grau C110 dos padrões API), se o valor KISSC de tenacidade de fratura definido acima foi 35 MPa^m ou mais, a resistência SSC foi determinada como boa. Observe que, a folga entre os braços quando a cunha foi conduzida antes da imersão no banho do teste influencia o valor KISSC. Consequentemente, a medição atual da folga entre os braços foi realizada no avanço usando um micrômetro e foi confirmado também que a folga estava dentro do intervalo nos padrões API.

[0098] [Resultados do Teste] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 2.

[0099] As composições químicas das placas de aço feitas dos aços 1 a 9 e 22 foram adequadas e satisfizeram a expressão (1) e expressão (2). Além disso, visto que ΔHRC foi menor do que 2,0, as placas de aço foram aprovadas na determinação de microestrutura e martensita contribuiu com 90% ou mais em razão de volume da microestrutura. Em resultado, os valores KISSC dos aços 1, 2 e 22 foram 47 MPa^m ou mais, e os valores KISSc dos aços 3 a 9 foram 35 MPa^m ou mais, indicando excelente resistência SSC. Observe que os limites elásticos dos aços 1 e 2 foram 654 MPa ou mais e os limites elásticos dos aços 3 a 9 foram 760 MPa ou mais.

[0100] Por outro lado, na placa de aço feita do aço 10, F1 foi menor do que o limite inferior da expressão (1). Sendo assim, visto que a temperabilidade diminuiu e ΔHRC foi 2,0 ou mais, a placa de aço foi reprovada na determinação de microestrutura e a razão de volume da martensita revenida na microestrutura foi menor do que 90%. Consequentemente, o valor KISSC foi menor do que 47 MPa^m e a resistência SSC foi baixa. Considera-se que o valor KISSC de tenacidade de fratura foi baixo, pois a microestrutura era uma estrutura heterogênea contendo uma grande quantidade de bainita juntamente com a martensita revenida.

[0101] Na placa de aço feita do aço 11, F2 foi menor do que o limite inferior da expressão (2). Em resultado, o valor KISSC foi menor do que 47 MPa^m e a resistência SSC foi baixa. Considera-se que a razão do teor dos elementos que melhoram a resistência SSC (C, Mo e Co) ao teor de Mn e Cr foi muito baixa e, consequentemente, a resistência SSC foi baixa.

[0102] Na placa de aço feita do aço 12, o teor de Mo foi baixo. Em resultado, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0103] Na placa de aço feita do aço 13, o teor de Co foi baixo. Em resultado, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0104] Na placa de aço feita do aço 14, o teor de Mn foi baixo. Em resultado, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0105] Na placa de aço feita do aço 15, o teor de Cr foi baixo. Em resultado, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0106] Na placa de aço feita do aço 16, o teor de Co foi muito elevado, e F1 foi menor do que o limite inferior da expressão (1). Sendo assim, visto que a temperabilidade diminuiu e ΔHRC foi 2,0 ou mais, a placa de aço foi reprovada na determinação de microestrutura e a razão de volume da martensita na microestrutura foi menor do que 90%. Consequentemente, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0107] Na placa de aço feita do aço 17, o teor de C e o teor de Co foram muito elevados, e F1 foi menor do que o limite inferior da expressão (1). Sendo assim, visto que a temperabilidade diminuiu e ΔHRC foi 2,0 ou mais, a placa de aço foi reprovada na determinação de microestrutura e a razão de volume da martensita na microestrutura foi menor do que 90%. Consequentemente, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0108] A placa de aço feita do aço 18 não continha Co, e F2 foi menor do que o limite inferior da expressão (2). Consequentemente, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0109] Na placa de aço feita do aço 19, F1 foi menor do que o limite inferior da expressão (1). Sendo assim, visto que a temperabilidade diminuiu e ΔHRC foi 2,0 ou mais, a placa de aço foi reprovada na determinação de microestrutura e a razão de volume da martensita revenida na microestrutura foi menor do que 90%. Consequentemente, o valor KIssC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa. Considera-se que o valor KISSC de tenacidade de fratura foi baixo, pois a microestrutura era uma estrutura heterogênea contendo uma grande quantidade de bainita juntamente com a martensita revenida.

[0110] Na placa de aço feita do aço 20, F2 foi menor do que o limite inferior da expressão (2). Em resultado, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa. Considera-se que a razão do teor dos elementos que melhoram a resistência SSC (C, Mo e Co) ao teor de Mn e Cr foi muito baixa e, consequentemente, a resistência SSC foi baixa.

[0111] Na placa de aço feita do aço 21, o teor de C foi muito elevado. Sendo assim, visto que a temperabilidade diminuiu e ΔHRC foi 2,0 ou mais, a placa de aço foi reprovada na determinação de microestrutura e a razão de volume da martensita na microestrutura foi menor do que 90%. Consequentemente, o valor KISSC foi menor do que 35 MPa^m e a resistência SSC foi baixa.

[0112] Uma modalidade da presente invenção foi descrita acima. No entanto, a modalidade descrita acima é meramente um exemplo para implementar a presente invenção. Consequentemente, a presente invenção não está limitada à modalidade descrita acima, e a modalidade descrita acima pode ser modificada adequadamente e implementada dentro de uma variação que não se desvia do escopo técnico da presente invenção.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0113] O material de aço de acordo com a presente invenção é amplamente aplicável à materiais utilizados em um ambiente ácido e de preferência é utilizável como um material de aço para poços de petróleo que é utilizado em um ambiente de poço de petróleo, e ainda de preferência, é utilizável como tubos de aço de poço de petróleo, tal como revestimento, tubulação e oleodutos.

Claims

1. Material de aço, caracterizado por compreender uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0,10 a menos do que 0,90%, P: 0,05% ou menos, S: 0,01% ou menos, Al: 0,01 a 0,1%, N: 0,010% ou menos, Cr: 0,1 a 2,5%, Mo: 0,35 a 3,0%, Co: 0,50 a 3,0%, Cu: 0 a 0,5%, Ni: 0 a 0,5%, Ti: 0 a 0,03%, Nb: 0 a 0,15%, V: 0 a 0,5%, B: 0 a 0,003%, Ca: 0 a 0,004%, Mg: 0 a 0,004%, Zr: 0 a 0,004%; e metal de terras raras: 0 a 0,004%, com um equilíbrio sendo Fe e impurezas, e satisfazendo as expressões (1) e (2) e, a microestrutura compreendendo, em razão de volume, 90% ou mais de martensita revenida: C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 - Co/6 + α > 0,50 (1) (3C + Mo + 3Co)/(3Mn + Cr) > 1,0 (2) B Eficaz = B - 11(N - Ti/3,4)/14 (3) onde, α na expressão (1) é 0,250 quando B eficaz em% em massa definido pela expressão (3) é 0,0003% ou mais, e é 0 quando o B eficaz é menor do que 0,0003%, onde, um teor em% em massa de um elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na expressão (1) a expressão (3).

2. Material de aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou mais tipos de elementos da composição química são selecionados de um grupo que consiste em: Cu: 0,02 a 0,5%, e Ni: 0,02 a 0,5%.

3. Material de aço, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um ou mais tipos de elementos da composição química são selecionados de um grupo que consiste em: Ti: 0,003 a 0,03%, Nb: 0,003 a 0,15%, e V: 0,005 a 0,5%.

4. Material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o teor de B da composição química está na faixa de: B: 0,0003 a 0,003%.

5. Material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um ou mais tipos de elementos da composição química são selecionados de um grupo que consiste em: Ca: 0,0003 a 0,004%, Mg: 0,0003 a 0,004%, Zr: 0,0003 a 0,004%, e metal de terras raras: 0,0003 a 0,004%.

6. Tubo de aço de poço de petróleo, caracterizado por compreender: uma composição química de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, uma microestrutura compreendendo, em razão de volume, 90% ou mais de martensita revenida, e uma espessura de parede de 15 mm ou mais.