BR112019005395B1 - Material de aço, tubo de aço de poço de petróleo e método para produzir material de aço - Google Patents

Material de aço, tubo de aço de poço de petróleo e método para produzir material de aço Download PDF

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Abstract

São fornecidos um material de aço e um tubo de aço de poço de petróleo que têm um alto limite elástico em um intervalo de 862 a menos de 965 MPa e também possuem excelente resistência SSC. Um material de aço de acordo com a presente invenção contém uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,25 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,025% ou menos, S: 0,0100% ou menos, Al: 0,005 a 0,100%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,50%, Ti: 0,002 a 0,050%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,002 a 0,010% e O: 0,0100% ou menos, com o balanço sendo Fe e impurezas. O material de aço também contém uma quantidade de C dissolvido dentro de um intervalo de 0,010 a 0,050% em massa. O material de aço também contém um limite elástico que está dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, e um índice de rendimento é de 90% ou mais.

Description

CAMPO TÉCNICO
[0001] A presente invenção refere-se a um material de aço, um tubo de aço de poço de petróleo e um método para produzir o material de aço, e mais particularmente, refere-se a um material de aço e um tubo de aço de poço de petróleo adequado para uso em um ambiente ácido, e um método para produzir o material de aço.
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 elástico é 80 a 95 ksi, ou seja, 551 a 655 MPa) e grau 95 ksi (limite elástico é 95 a 110 ksi, ou seja, 655 a 758 MPa) estão sendo amplamente utilizados e solicitações recentes estão começando a serem feitas para tubos de aço de poço de petróleo de grau 110 ksi (limite elástico é 110 a 125 ksi, ou seja, 758 a 862 MPa) e grau 125 ksi (limite elástico é 125 a 140 ksi, ou seja, 862 a 965 MPa).
[0003] A maioria dos poços profundos está em um ambiente ácido contendo sulfeto de hidrogênio corrosivo. Tubos de aço de poço de petróleo que são usados nesses ambientes ácidos precisam ter não apenas uma elevada resistência, mas também precisam ter resistência à trincamento pela tensão dos sulfetos (de acordo com este documento, mencionado como “resistência SSC”).
[0004] A tecnologia para melhorar a resistência SSC de materiais de aço como tipificado por tubos de aço de poço de petróleo é divulgada na Publicação de Pedido de Patente Japonesa n°. 62-253720 (Literatura Patentária 1), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n°. 59-232220 (Literatura Patentária 2), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n°. 6-322478 (Literatura Patentária 3), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 8-311551 (Literatura Patentária 4), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 2000-256783 (Literatura Patentária 5), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 2000-297344 (Literatura Patentária 6), Publicação do Pedido de Patente Japonesa n° 2005350754 (Literatura Patentária 7), Publicação Nacional do Pedido de Patente Internacional n° 2012-519238 (Literatura Patentária 8) e Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 2012- 26030 (Literatura Patentária 9).
[0005] A Literatura Patentária 1 propõe um método para melhorar a resistência SSC do aço para poços de petróleo, reduzindo as impurezas, como Mn e P. A Literatura Patentária 2 propõe um método para melhorar a resistência SSC do aço realizando a têmpera duas vezes para refinar os grãos.
[0006] A Literatura Patentária 3 propõe um método para melhorar a resistência SSC de um material de aço de grau 125 ksi, refinando a microestrutura de aço por meio de um tratamento térmico usando aquecimento por indução. A Literatura Patentária 4 propõe um método para melhorar a resistência SSC de tubos de aço de grau 110 a 140 ksi, aumentando a temperabilidade do aço ao usar um processo de têmpera direta e aumentando também a temperatura de revenimento.
[0007] A Literatura Patentária 5 e a Literatura Patentária 6 propõem, cada uma delas, um método para melhorar a resistência SSC de um aço para produtos tubulares petrolíferos de baixa liga de grau 110 a 140 ksi, controlando as formas dos carbetos. A Literatura Patentária 7 propõe um método para melhorar a resistência SSC do material de aço de grau 125 ksi (862 MPa) ou superior, controlando a densidade de deslocamento e o coeficiente de difusão de hidrogênio para os valores desejados. A Literatura Patentária 8 propõe um método para melhorar a resistência SSC do aço de grau 125 ksi (862 MPa), submetendo um aço de baixa liga contendo 0,3 a 0,5% de C a várias etapas de têmpera. A Literatura Patentária 9 propõe um método para controlar as formas ou o número de carbetos, empregando um processo de revenimento composto por um tratamento térmico de dois estágios. Mais especificamente, na Literatura Patentária 9, é proposto um método que aumenta a resistência SSC do aço de grau 125 ksi (862 MPa) ao suprimir a densidade numérica de grandes partículas de M3C ou partículas de M2C.
LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA PATENTÁRIA
[0008] Literatura Patentária 1: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 62-253720 Literatura Patentária 2: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 59- 232220 Literatura Patentária 3: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 6- 10 322478 Literatura Patentária 4: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 8- 311551 Literatura Patentária 5: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2000-256783 15 Literatura Patentária 6: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2000-297344 Literatura Patentária 7: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2005-350754 Literatura Patentária 8: Publicação Nacional do Pedido de Patente 20 Internacional N° 2012-519238 Literatura Patentária 9: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2012-26030
[0009] No entanto, mesmo se as técnicas divulgadas nas Literaturas Patentárias 1 a 9 supracitadas forem aplicadas, no caso de tubos de aço de poço de óleo com um limite elástico de 125 ksi (YS é 862 MPa) ou mais, não é possível obter uma excelente resistência SSC de forma estável em alguns casos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO
[0010] Um objetivo da presente invenção é fornecer um material de aço e um tubo de aço de poço de petróleo com um limite elástico alto dentro de um intervalo de 862 MPa a menos do que 965 MPa (125 a menos do que 140 ksi) e excelente resistência SSC.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA
[0011] Um material de aço de acordo com a presente invenção contém uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,25 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,025% ou menos, S: 0,0100% ou menos, Al: 0,005 a 0,100%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,50%, Ti: 0,002 a 0,050%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,002 a 0,010%, O: 0,0100% ou menos, V: 0 a 0,30%, Nb: 0 a 0,100%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 0,50%, W: 0 a 0,50%, Ni: 0 a 0.50%, e Cu: 0 a 0,50% com o balanço sendo Fe e impurezas. O material de aço de acordo com a presente invenção contém uma quantidade de C dissolvido dentro de um intervalo de 0,010 a 0,050% em massa. Um limite elástico do material de aço está dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, e um índice de rendimento do material de aço é de 90% ou mais.
[0012] Um método para produzir um material de aço de acordo com a presente invenção inclui um processo de preparação, um processo de têmpera e um processo de revenimento. No processo de preparação, é preparado um material de aço intermediário contendo a composição química supracitada. No processo de têmpera, após o processo de preparação, o material de aço intermediário que está a uma temperatura no intervalo de 800 a 1000°C é resfriado a uma taxa de resfriamento de 300°C/min ou mais. No processo de têmpera, o material de aço intermediário após a têmpera é mantido por 10 a 180 minutos a uma temperatura no intervalo de 670°C para um ponto Ac1, e depois é resfriado de 600 a 200°C a uma taxa média de resfriamento de 5 a 100°C/seg. EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO
[0013] O material de aço e um tubo de aço de poço de petróleo de acordo com a presente invenção possuem um limite elástico alto dentro de um intervalo de 862 MPa a menos do que 965 MPa (125 a menos do que 140 ksi) e excelente resistência SSC.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0014] [FIG. 1] A FIG. 1 é uma vista ilustrando a relação entre a quantidade de C dissolvido e um valor K1SSC de tenacidade de fratura para os respectivos números de teste. [FIG. 2] A FIG. 2 é uma vista ilustrando a relação entre a quantidade de C dissolvido e um valor K1SSC de tenacidade de fratura para os respectivos números de teste dos exemplos. [FIG. 3A] A FIG. 3A mostra uma vista lateral e uma vista em corte transversal de uma amostra de teste DCB (Feixe de Cantilever Duplo) que é usada em um teste DCB nos exemplos. [FIG. 3B] A FIG. 3B é uma vista em perspectiva de uma cunha que é usada no teste DCB nos exemplos.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES
[0015] Os presentes inventores conduziram investigações e estudos com relação a um método para obter tanto um alto limite elástico no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e resistência SSC em um material de aço e um tubo de aço de poço de petróleo, e obtiveram os seguintes resultados.
[0016] (a) Em um material de aço que possui alta resistência, a densidade de deslocamento do material de aço aumenta à medida que a resistência aumenta. Por outro lado, deslocamentos obstruem o hidrogênio. Portanto, se a densidade de deslocamento do material de aço aumentar, a quantidade de hidrogênio que o material de aço obstrui aumentará. Como resultado, a concentração de hidrogênio do material de aço aumentará e a resistência SSC do material de aço diminuirá. Em outras palavras, se a densidade de deslocamento do material de aço for reduzida, a quantidade de hidrogênio que o material de aço obstrui irá diminuir. Como resultado, a concentração de hidrogênio do material de aço diminuirá e a resistência SSC do material de aço aumentará.
[0017] (b) Por outro lado, a fim de aumentar o limite elástico (YS), é eficaz aumentar a densidade de deslocamento do material de aço. Contudo, como descrito acima, se a densidade de deslocamento do material de aço for aumentada, a resistência SSC do material de aço diminuirá. Por outro lado, se os deslocamentos do material de aço forem impedidos de se tornarem deslocamentos móveis, o desaparecimento dos deslocamentos pode ser inibido e, assim, uma diminuição na densidade de deslocamento pode ser suprimida. Neste caso, a resistência do material de aço pode ser mantida. Portanto, os presentes inventores conceberam o aumento o limite elástico de um material de aço ao realizar deslocamentos dos deslocamentos sésseis do material de aço.
[0018] Especificamente, os presentes inventores conduziram estudos relativos a transformar os deslocamentos em deslocamentos sésseis de C dissolvido por meio de C que é dissolvido no material de aço (doravante mencionado como "C dissolvido"). Como resultado, os presentes inventores descobriram que quando a quantidade de C dissolvido em um material de aço é ajustada, existem casos em que não só o limite elástico do material de aço aumenta, mas a resistência SSC do material de aço também aumenta. Em outras palavras, ajustando a quantidade de C dissolvido em um material de aço, a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada enquanto se mantém a densidade de deslocamento do material de aço.
[0019] Portanto, os presentes inventores concluíram que, para obter tanto resistência como resistência SSC elevadas de maneira compatível em um material de aço, é necessário alcançar o equilíbrio entre a densidade de deslocamento e a densidade de deslocamento séssil de C dissolvido, controlando adequadamente a quantidade de C dissolvido. Portanto, os presentes inventores conduziram investigações e estudos adicionais sobre um método para alcançar o equilíbrio em relação à densidade de deslocamento ao controlar adequadamente a quantidade de C dissolvido.
[0020] [Relação entre a quantidade de C dissolvido e resistência SSC] O aço contendo a composição química mostrada na Tabela 1 foi submetido a laminação a quente e foram produzidas placas de aço com uma espessura de 15 mm.
[0021] [Tabela 1]
Figure img0001
[0022] Após serem submetidas a laminação a quente, cada placa de aço são deixadas resfriar para trazer as temperaturas da placa de aço para a temperatura normal. A placa de aço foi então aquecida para 920°C para têmpera e foi submetida a revenimento a 690°C. Após o revenimento, a placa de aço foi 5 resfriada até à temperatura ambiente. As respectivas taxas de resfriamento (°C/seg) após o revenimento foram conforme mostra a Tabela 2. O resfriamento após o revenimento foi realizado utilizando um aparelho de resfriamento a água do tipo chuveiro.
[0023] [Tabela 2]
Figure img0002
[0024] Após o resfriamento, cada placa de aço foi submetida a um teste de tração com base em um método de teste que é descrito posteriormente. Além disso, a quantidade de C dissolvido (% em massa) foi calculada com base em um método de teste e método de cálculo que são descritos posteriormente. Observe que, a quantidade de C dissolvido foi calculada com base na diferença entre o 15 teor de C da placa de aço relevante e a quantidade de C que precipitou como carbetos (doravante também mencionada como "quantidade de C precipitado") como descrito no método de teste descrito posteriormente. A quantidade de C precipitado foi calculada com base na quantidade residual e concentração na cementita de cada Fe, Cr, Mn e Mo, bem como a quantidade residual de cada um 5 dos V e Nb. A quantidade residual (% em massa) e a concentração (% em massa) na cementita dos respectivos elementos foram mostradas na Tabela 3.
[0025] [Tabela 3]
Figure img0003
[0026] Além disso, um teste de DCB foi realizado com base em um método de teste que é descrito posteriormente, e um valor K1SSC de tenacidade de fratura 10 (MPa^m) foi determinado para cada número de teste. A FIG. 1 é uma vista que ilustra a relação entre a quantidade de C dissolvido e o valor K1SSC de tenacidade de fratura para cada número de teste.
[0027] Referindo-se à FIG. 1, o valor K1SSC de tenacidade de fratura aumentou de acordo com um aumento na quantidade de C dissolvido. Quando a 15 quantidade de C dissolvido foi de 0,010% em massa ou mais, o valor K1SSC de tenacidade de fratura tornou-se 30,0 MPa^m ou mais, indicando excelente resistência SSC.
[0028] Portanto, os presentes inventores estudaram a relação entre a quantidade de C dissolvido e a resistência SSC em mais detalhes. A FIG. 2 é uma vista que mostra a relação entre a quantidade de C dissolvido e a resistência SSC para cada número de teste dos exemplos que são descritos posteriormente. A FIG. 2 foi criado de forma semelhante à FIG. 1 usando a quantidade de C dissolvido (% em massa) e o valor K1SSC de tenacidade de fratura (MPa^m) com respeito a materiais de aço que, entre os materiais de aço dos exemplos que são descritos mais adiante, foram materiais de aço contendo uma composição química dentro do intervalo da presente invenção e para quais condições de produção, exceto um tempo de espera, em um processo de revenimento e uma taxa de resfriamento no processo de revenimento estava dentro de uma intervalo preferencial da presente invenção.
[0029] Referindo-se à FIG. 2, quando a quantidade de C dissolvido foi de 0,010% em massa ou mais, o valor K1SSC de tenacidade de fratura tornou-se 30,0 MPa^m ou mais, indicando excelente resistência SSC. Por outro lado, quando a quantidade de C dissolvido foi maior que 0,050% em massa, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor que 30,0 MPa^m. Em outras palavras, foi esclarecido que quando a quantidade de C dissolvido é muito alta, inversamente, a resistência SSC diminui.
[0030] A razão pela qual a resistência SSC diminui quando a quantidade de C dissolvido é muito alta, como descrito acima, não foi esclarecida. Contudo, no que diz respeito ao intervalo da composição química e YS (limite elástico) da presente invenção, pode-se obter uma excelente resistência SSC se a quantidade de C dissolvido se tornar 0,050% em massa ou menos.
[0031] Portanto, ajustando a composição química e as condições de revenimento para obter um YS dentro do intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e também fazendo a quantidade de C 0,010 a 0,050% em massa dissolvida, o valor K1SSC de tenacidade de fratura torna-se 30,0 MPa^m ou mais e pode ser obtida uma excelente resistência SSC. Por conseguinte, na presente invenção, a quantidade de C dissolvido é definida dentro do intervalo de 0,010 a 0,050% em massa.
[0032] Note-se que, a fim de controlar adequadamente a quantidade de C dissolvido e alcançar o equilíbrio em relação à densidade de deslocamento, a microestrutura do material de aço é feita de uma microestrutura que é composta principalmente de martensita temperada e bainita temperada. O termo “composto principalmente de martensita temperada e bainita temperada” significa que a relação de volume total de martensita temperada e bainita temperada é de 90% ou mais. Quando a microestrutura do material de aço é composta principalmente de martensita temperada e bainita temperada, no material de aço da presente invenção, o YS está no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi), e um índice de rendimento YR (razão entre o YS e a resistência à tração TS) é de 90% ou mais.
[0033] Um material de aço de acordo com a presente invenção que foi concluído com base nos resultados acima contém uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,25 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,025% ou menos, S: 0,0100% ou menos, Al: 0,005 a 0,100%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,50%, Ti: 0,002 a 0,050%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,002 a 0,010%, O: 0,0100% ou menos, V: 0 a 0,30%, Nb: 0 a 0,100%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 0,50%, W: 0 a 0,50%, Ni: 0 a 0.50%, e Cu: 0 a 0,50% com o balanço sendo Fe e impurezas. O material de aço de acordo com a presente invenção contém uma quantidade de C dissolvido dentro de um intervalo de 0,010 a 0,050% em massa. Um limite elástico está dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, e um índice de rendimento é de 90% ou mais.
[0034] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em V: 0,01 a 0,30% e Nb: 0,002 a 0,100%.
[0035] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ca: 0,0001 a 0,0100%, Mg: 0,0001 a 0,0100% e Zr: 0,0001 a 0,0100%.
[0036] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Co: 0,02 a 0,50% e W: 0,02 a 0,50%.
[0037] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ni: 0,02 a 0,50%, e Cu: 0,01 a 0,50%.
[0038] O material de aço supracitado pode ser um tubo de aço de poço de petróleo que contém a composição química supracitada e contém 0,010 a 0,050% em massa de C dissolvido e tem um limite elástico no intervalo de 862 a menos de 965 MPa e um índice de rendimento de 90 % ou mais.
[0039] O tubo de aço de poço de petróleo pode ser um tubo de aço que é usado para um tubo de linha ou pode ser um tubo de aço usado para produtos tubulares petrolíferos (OCTG). O tubo de aço de poço de petróleo pode ser um tubo de aço sem costura. Os produtos tubulares petrolíferos são, por exemplo, revestimento ou tubulação.
[0040] Se o tubo de aço de poço de petróleo de acordo com a presente invenção contém a composição química supracitada, o tubo de aço de poço de petróleo exibirá excelente resistência e excelente resistência SSC mesmo se a espessura de parede for 15 mm ou mais.
[0041] O termo “excelente resistência SSC” supracitado significa, especificamente, que um valor K1SSC (MPa^m) é 30,0 MPa^m ou mais em um teste DCB realizado de acordo com o “Método D” descrito na NACE TM0177- 2005 usando uma autoclave na qual uma solução obtida misturando uma solução salina a 5% desgaseificada e 4g/L de acetato de sódio e ajustando para pH 3,5 usando ácido clorídrico e uma mistura gasosa constituída por 10% de H2S gasoso e 90% de gás CO2 a uma pressão total de 1 atm foram selados.
[0042] Além disso, o termo "quantidade de C dissolvido" supracitado significa a diferença entre a quantidade de C (% em massa) em carbonetos no material de aço e o teor de C da composição química do material de aço. A quantidade de C em carbetos no material de aço é determinada pela Fórmula (1) para a Fórmula (5) usando uma concentração de Fe <Fe>a, uma concentração de Cr <Cr>a, uma concentração de Mn <Mn>a, uma concentração de Mo <Mo>a, uma concentração de V <V>a e uma concentração de Nb <Nb>a em carbetos (cementita e carbetos do tipo MC) obtidos como resíduo quando a análise do resíduo de extração é realizada no material de aço e uma concentração de Fe <Fe>b, uma concentração de Cr <Cr>b, uma concentração de Mn <Mn>b e uma concentração de Mo <Mo>b em cementita obtida realizando análise pontual por EDS com relação à cementita identificada por meio da observação TEM de um filme de réplica obtido por um método de extração de réplica. <Mo>c = (<Fe>a+<Cr>a+<Mn>a)x<Mo>b/(<Fe>b+<Cr>b+<Mn>b) (1) <Mo>d = <Mo>a-<Mo>c (2) <C>a = (<Fe>a/55,85+<Cr>a/52+<Mn>a/53,94+<Mo>c/95,9)/3x12 (3) <C>b = (<V>a/50,94+<Mo>d/95,9+<Nb>a/92,9)x12 (4) (quantidade de C dissolvido) = <C>-(<C>a+<C>b) (5) Note que, na presente descrição, o termo “cementita” significa carbetos contendo um teor de Fe de 50% em massa ou mais.
[0043] O método para produzir um material de aço de acordo com a presente invenção inclui um processo de preparação, um processo de têmpera e um processo de revenimento. No processo de preparação, é preparado um material de aço intermediário contendo a composição química supracitada. No processo de têmpera, após o processo de preparação, o material de aço intermediário que está a uma temperatura no intervalo de 800 a 1000°C é resfriado a uma taxa de resfriamento de 300°C/min ou mais. No processo de revenimento, o material de aço intermediário após têmpera é mantido a uma temperatura em um intervalo de 670°C para o ponto Ac1 durante 10 a 180 minutos e, posteriormente, o material de aço intermediário é resfriado em uma taxa de resfriamento média de 5 a 100°C/seg em relação ao resfriamento de 600°C a 200°C.
[0044] O processo de preparação do método de produção supracitado pode incluir um processo de preparação de matéria-prima para preparar uma matéria-prima contendo a composição química supracitada e um processo de trabalho a quente de submeter a matéria-prima a trabalho a quente para produzir uma matéria-prima intermediária.
[0045] De acordo com isto, o material de aço e o tubo de aço de poço de petróleo de acordo com a presente invenção serão descritos abaixo em detalhes. O símbolo “%” em relação a um elemento significa “percentual em massa”, exceto se especificamente declarado em contrário.
[0046] [Composição Química] A composição química do material de aço de acordo com a presente invenção contém os seguintes elementos.
[0047] C: 0,25 a 0,50% Carbono (C) aumenta a temperabilidade e aumenta a resistência do aço. Se o teor de C é maior do que 0,25% ou mais, na condição que os teores de outros elementos estão dentro do intervalo definido na presente invenção, o limite elástico pode ser feito de 862 MPa ou mais. C também promove a esferoidização de carbetos durante o revenimento no processo de produção e aumenta a resistência SSC do material de aço. Se os carbetos estiverem dispersos, a resistência do material de 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 material de aço diminuirá e é provável a ocorrência de trincamento na têmpera. Portanto, o teor de C está dentro do intervalo de 0,25 a 0,50%. Um limite superior preferencial do teor de C é 0,45% e mais preferencialmente 0,40%.
[0048] Si: 0,05 a 0,50% 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 resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Si está dentro do intervalo de 0,05 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Si é 0,15% e mais 14/47 preferencialmente 0,20%. Um limite inferior preferencial do teor de Si é 0,45% e mais preferencialmente 0,40%.
[0049] Mn: 0,05 a 1,00% Manganês (Mn) desoxida o material de aço. O Mn também melhora a temperabilidade. Se o teor de Mn for muito baixo, esses efeitos não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Mn for muito alto, o Mn segrega as bordas do grão juntamente com impurezas como P e S. Nesse caso, a resistência SSC do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Mn está dentro de um intervalo de 0,05 a 1,00%. Um limite inferior preferencial do teor de Mn é 0,25% e mais preferencialmente 0,30%. Um limite superior preferencial do teor de Mn é 0,90% e mais preferencialmente é 0,80%.
[0050] P: 0,025% ou menos Fósforo (P) é uma impureza. P segrega nas bordas de grãos e diminui a resistência SSC do material de aço. Portanto, o teor de P é 0,025% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de P é 0,020% e mais preferencialmente 0,015%. De preferência, o teor de P é o mais baixo possível. O limite inferior do teor de P é, por exemplo, 0,003%.
[0051] S: 0,0100% ou menos Enxofre (S) é uma impureza. S segrega nas bordas de grãos e diminui a resistência SSC do material de aço. Portanto, o teor de S é de 0,0100% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de S é 0,0050% e mais preferencialmente 0,0030%. De preferência, o teor de S é o mais baixo possível. O limite inferior do teor de S é, por exemplo, 0,0003%.
[0052] Al: 0,005 a 0,100% Alumínio (Al) desoxida o material de aço. Se o teor de Al for muito baixo, esse efeito não é obtido e a resistência SSC do material de aço diminui. Por outro lado, se o teor de Al for muito alto, surgem inclusões baseadas em óxido grosseiro e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Al está dentro de um intervalo de 0,005 a 0,100%. 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 0,080% e mais preferencialmente 0,060%. Na presente descrição, o teor de “Al” significa “Al solúvel em ácido”, ou seja, o teor de “Al sol.”.
[0053] Cr: 0,30 a 1,50% O cromo (Cr) melhora a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. Cr também aumenta a resistência ao amolecimento do revenimento e permite o revenimento em alta temperatura. Em resultado, a resistência SSC do material de aço diminui. Se o teor de Cr for muito baixo, esses efeitos não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Cr for muito alto, a tenacidade e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Cr está dentro de um intervalo de 0,30 a 1,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Cr é 0,35% e mais preferencialmente 0,40%. Um limite superior preferencial do teor de Cr é 1,30%.
[0054] Mo: 0,25 a 1,50% Molibdênio (Mo) melhora a temperabilidade do material aço. Mo também forma carbetos finos e aumenta a resistência ao amolecimento por revenimento do material de aço. Em resultado, Mo aumenta a resistência SSC pelo revenimento em elevada temperatura. Se o teor de Mo for muito baixo, esses efeitos não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Mo for muito alto, os efeitos supracitados são saturados. Portanto, o teor de Mo está dentro de um intervalo de 0,25 a 1,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Mo é 0,50% e mais preferencialmente é 0,65%. Um limite superior preferencial do teor de Mo é 1,20% e mais preferencialmente 1,00%.
[0055] Ti: 0,002 a 0,050% Titânio (Ti) forma nitretos e refina os grãos cristalinos pelo efeito de pinagem. Em resultado, a resistência do material de aço aumenta. Se o teor de Ti for muito baixo, esse efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Ti for muito alto, os nitretos de Ti se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Ti está dentro de um intervalo de 0,002 a 0,050%. Um limite inferior preferencial do teor de Ti é 0,003% e mais preferencialmente 0,005%. Um limite superior preferencial do teor de Ti é 0,030% e mais preferencialmente 0,020%.
[0056] B: 0,0001 a 0,0050% O Boro (B) se dissolve no aço, aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. Este efeito não é obtido se o teor de B for muito baixo. Por outro lado, se o teor de B for muito alto, formam-se nitretos grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de B está dentro de um intervalo de 0,0001 a 0,0050%. 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 0,0035% e mais preferencialmente é 0,0025%.
[0057] N: 0,002 a 0,010% Nitrogênio (N) é inevitavelmente contido. N forma nitretos grosseiros e diminui a resistência SSC do material de aço. Portanto, o teor de N está dentro do intervalo de 0,002 a 0,010%. Um limite superior preferencial do teor de N é 0,005% e mais preferencialmente 0,004%. De preferência, o teor de N é o mais baixo possível. No entanto, em um caso em que uma certa quantidade de Ti está contida, uma quantidade de 0,002% ou mais de N é contida para causar o refinamento de grãos pela precipitação de nitretos finos.
[0058] O: 0,0100% ou menos Oxigênio (O) é uma impureza. Oxigênio (O) forma óxidos grosseiros e reduz a resistência à corrosão do material de aço. Portanto, o teor de O é 0,0100% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de O é 0,0030% e mais preferencialmente é 0,0020%. De preferência, o teor de O é o mais baixo possível. O limite inferior do teor de O é, por exemplo, 0,0003%.
[0059] 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 17/47 permitidos dentro de um intervalo que não afeta de forma adversa o material de aço da presente invenção.
[0060] [Quanto aos elementos opcionais] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos do elemento selecionado do grupo que consiste em V e Nb como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e aumenta a resistência SSC do material de aço.
[0061] V: 0 a 0,30% O Vanádio (V) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se estiver contido, V combina-se com C ou N para formar carbetos, nitretos ou carbonitretos e semelhantes (doravante mencionados como “carbonitretos ou semelhantes”). Esses carbonitretos e semelhantes refinam a subestrutura do material de aço pelo efeito de pinagem e melhoram a resistência SSC do aço. V também forma carbetos finos durante o revenimento. Os carbetos finos aumenta a resistência ao amolecimento no revenimento do material de aço e aumentam a resistência do material de aço. Além disso, como V também forma carbetos do tipo MC esféricos, o V suprime a formação de carbetos do tipo M2C acicular e, assim, aumenta a resistência SSC. Se mesmo uma pequena quantidade de V é contida, esses efeitos são obtidos até certo ponto. Contudo, se o teor de V for muito alto, a tenacidade do material de aço diminui. Portanto, o teor de V está dentro do intervalo de 0 a 0,30%. Um limite inferior preferencial do teor de V é 0,01% e mais preferencialmente é 0,02%. Um limite superior preferencial do teor de V é 0,15% e mais preferencialmente é 0,12%.
[0062] Nb: 0 a 0,100% O Nióbio (Nb) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se contido, o Nb forma carbonitretos e semelhantes. Esses carbonitretos e semelhantes refinam a subestrutura do material de aço pelo efeito de pinagem e aumentam a resistência SSC do material de aço. Além disso, como Nb também forma carbetos do tipo MC esféricos, o Nb suprime a formação de carbetos do tipo M2C acicular e, assim, aumenta a resistência SSC. Se mesmo uma pequena quantidade de Nb é contida, esses efeitos são obtidos até certo ponto. No entanto, se o teor de Nb for muito alto, formam-se nitretos em excesso e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Nb está dentro do intervalo de 0 a 0,100%. Um limite inferior preferencial do teor de Nb é de 0,002%, mais preferencialmente é de 0,003% e ainda mais preferencialmente é de 0,007%. Um limite superior preferencial do teor de Nb é menor que 0,050%, mais preferencialmente é 0,025% e ainda mais preferencialmente é 0,020%.
[0063] Um total dos teores de V e Nb supracitados é de preferência 0,2% ou menos, e ainda mais preferencialmente é 0,15% ou menos.
[0064] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos do elemento selecionado do grupo que consiste em Ca, Mg e Zr como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e aumenta a resistência SSC do material de aço.
[0065] Ca: 0 a 0,0100% O Cálcio (Ca) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se contido, o Ca refina sulfetos no material de aço e aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Ca é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Ca for muito alto, os óxidos do material aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Ca está dentro do intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Ca é de 0,0001%, mais preferencialmente é de 0,0003% e ainda mais preferencialmente é de 0,0006%. Um limite superior preferencial do teor de Ca é 0,0025% e mais preferencialmente 0,0020%.
[0066] Mg: 0 a 0,0100% O Magnésio (Mg) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se contido, Mg neutraliza S no material de aço ao formar sulfetos e aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Mg é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Mg for muito alto, os óxidos do material aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Mg está dentro do intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Mg é de 0,0001%, mais preferencialmente é de 0,0003%, ainda mais preferencialmente é de 0,0006%, e ainda mais preferencialmente é de 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de Mg é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.
[0067] Zr: 0 a 0,0100% O Zircônio (Zr) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se contido, o Zr refina sulfetos no material de aço e aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Zr é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Zr for muito alto, os óxidos do material aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Zr está dentro do intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Zr é 0,0001%, mais preferencialmente é 0,0003% e ainda mais preferencialmente é 0,0006%. Um limite superior preferencial do teor de Zr é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.
[0068] No caso em que dois ou mais tipos de elementos selecionados do grupo acima mencionado contendo Ca, Mg e Zr estão contidos em combinação, a quantidade total destes elementos é de preferência de 0,01% ou menos, e mais preferencialmente é de 0,005% ou menos.
[0069] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos do elemento selecionado do grupo que consiste em Co e W como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional que forma um revestimento de corrosão protetora em um ambiente de sulfeto de hidrogênio e suprime a penetração de hidrogênio. Por meio disso, cada um desses elementos aumenta a resistência SSC do material de aço.
[0070] Co: 0 a 0,50% O cobalto (Co) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Se contido, a Co forma um revestimento de proteção contra corrosão em um ambiente de sulfeto de hidrogênio e suprime a penetração de hidrogênio. Por meio disto, Co aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Co é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Co for muito alto, a temperabilidade do material de aço diminuirá e a resistência do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Co está dentro do intervalo de 0 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Co é 0,02% e mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de Co é 0,45% e mais preferencialmente 0,40%.
[0071] W: 0 a 0,50% O Tungstênio (W) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se contido, a W forma um revestimento de proteção contra corrosão em um ambiente de sulfeto de hidrogênio e suprime a penetração de hidrogênio. Por meio disto, W aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de W é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de W for muito alto, formam-se carbetos grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de W está dentro do intervalo de 0 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de W é 0,02% e mais preferencialmente 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de W é 0,45% e mais preferencialmente é 0,40%.
[0072] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos do elemento selecionado do grupo que consiste em Ni e Cu como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e aumenta a temperabilidade do aço.
[0073] Ni: 0 a 0,50% O Níquel (Ni) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se contido, Ni aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Ni é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Ni for muito elevado, o Ni promoverá a corrosão local e a resistência SSC diminuirá. Portanto, o teor de Ni está dentro do intervalo de 0 a 0,50%. 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%.
[0074] Cu: 0 a 0,50% O Cobre (Cu) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Se contido, Cu aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Cu é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Cu for muito elevado, a temperabilidade será muito alta e a resistência SSC diminuirá. Portanto, o teor de Cu está dentro do intervalo de 0 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Cu é de 0,01%, mais preferencialmente é de 0,02% e ainda mais preferencialmente é de 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de Cu é 0,35% e mais preferencialmente 0,25%.
[0075] [Quantidade de C dissolvido] Na presente invenção, a quantidade de C dissolvido está dentro do intervalo de 0,010 a 0,050% em massa. Se a quantidade de C dissolvido for inferior a 0,010% em massa, a imobilização de deslocamentos do cristal será insuficiente e a resistência SSC do material de aço diminuirá. Por outro lado, se a quantidade de C dissolvido for maior do que 0,050% em massa, inversamente, a resistência SSC do material de aço diminuirá. Portanto, a quantidade de C dissolvido está dentro do intervalo de 0,010 a 0,050% em massa. Um limite inferior preferencial da quantidade de C dissolvido é 0,020% em massa e mais preferencialmente 0,030% em massa.
[0076] Uma quantidade de C dissolvido dentro do intervalo supracitado é obtida, por exemplo, controlando o tempo de espera para o revenimento e controlando a taxa de resfriamento após o revenimento. A razão é como descrito a seguir.
[0077] No processo de revenimento, se o tempo de espera durante o revenimento for curto, o revenimento será insuficiente. Nesse caso, a precipitação de carbetos no material de aço será insuficiente e a quantidade de C dissolvido será muito alta. Em resultado, a resistência SSC do material de aço diminui. Por outro lado, se o tempo de espera durante o revenimento for muito longo, esses efeitos serão saturados. Portanto, o tempo de espera durante o revenimento está no intervalo de 10 a 180 minutos.
[0078] No processo de revenimento, se a taxa de resfriamento para resfriamento após o revenimento for lenta, o C dissolvido irá reprecipitar enquanto a temperatura estiver diminuindo. Nos métodos convencionais para produzir material de aço, visto que o resfriamento após o revenimento foi realizado permitindo que o material de aço esfrie, a taxa de resfriamento tem sido lenta. Consequentemente, a quantidade de C dissolvido foi quase 0% em massa. Portanto, na presente modalidade, a taxa de resfriamento após o revenimento é aumentada e é obtida uma quantidade de C dissolvido no intervalo de 0,010 a 0,050% em massa.
[0079] O método de resfriamento é, por exemplo, um método que realiza o resfriamento forçado de uma casca oca continuamente a partir da temperatura de revenimento para desse modo diminuir continuamente a temperatura da superfície do material de aço. Exemplos desse tipo de tratamento de resfriamento contínuo incluem um método que esfria o material de aço por imersão em um banho de água, e um método que esfria o material de aço de forma acelerada, com resfriamento a água de chuveiro, resfriamento por nebulização ou por ar forçado.
[0080] A taxa de resfriamento após o revenimento é medida em uma região que é mais lentamente resfriada dentro de uma seção transversal do material de aço que é revenido (por exemplo, no caso de resfriamento forçado de ambas as superfícies, a taxa de resfriamento é medida na parte central da espessura do material de aço). Especificamente, em um caso em que o material de aço é uma placa de aço, a taxa de resfriamento após o revenimento pode ser medida inserindo um termopar tipo bainha no centro da espessura da placa de aço e medindo a temperatura. Em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, a taxa de resfriamento após o revenimento pode ser medida inserindo um termopar tipo bainha no centro da espessura da parede do tubo de aço e medindo a temperatura. Além disso, em um caso de resfriamento forçado de apenas uma superfície de um lado do material de aço, a temperatura da superfície no lado resfriado não forçado do material de aço pode ser medida por meio de um termômetro infravermelho do tipo sem contato.
[0081] A região de temperatura de 600°C a 200°C é uma região de temperatura em que a difusão de C é comparativamente rápida. Portanto, a taxa média de resfriamento na região de temperatura de 600°C a 200°C é 5°C/seg ou mais. Um limite inferior preferencial da taxa de resfriamento após o revenimento é 10°C/seg, e mais preferencialmente é 15°C/seg.
[0082] Por outro lado, se a taxa de resfriamento após o revenimento for muito rápida, haverá muito pouco do C que se dissolveu após ser retido durante os precipitados de revenimento. Em resultado, em alguns casos, a quantidade de C dissolvido é excessiva. Portanto, a taxa de resfriamento após o revenimento não é superior a 100°C/seg. Um limite superior preferencial da taxa de resfriamento após o revenimento é 50°C/seg, e mais preferencialmente é 40°C/seg.
[0083] Neste caso, a quantidade de C dissolvido pode estar dentro do intervalo de 0,010 a 0,050% em massa.
[0084] [Método para calcular a quantidade de C dissolvido] O termo "quantidade de C dissolvido" significa a diferença entre a quantidade de C (% em massa) em carbonetos no material de aço e o teor de C da composição química do material de aço. A quantidade de C em carbetos no material de aço é determinada pela Fórmula (1) para a Fórmula (5) usando uma concentração de Fe <Fe>a, uma concentração de Cr <Cr>a, uma concentração de Mn <Mn>a, uma concentração de Mo <Mo>a, uma concentração de V <V>a e uma concentração de Nb <Nb>a em carbetos (cementita e carbetos do tipo MC) obtidos como resíduo quando a análise do resíduo de extração é realizada no material de aço e uma concentração de Fe <Fe>b, uma concentração de Cr <Cr>b, uma concentração de Mn <Mn>b e uma concentração de Mo <Mo>b em cementita obtida realizando análise pontual por EDS com relação à cementita identificada por meio da observação TEM de um filme de réplica obtido por um método de extração de réplica. <Mo>c = (<Fe>a+<Cr>a+<Mn>a)x<Mo>b/(<Fe>b+<Cr>b+<Mn>b) (1) <Mo>d = <Mo>a-<Mo>c (2) <C>a = (<Fe>a/55,85+<Cr>a/52+<Mn>a/53,94+<Mo>c/95,9)/3x12 (3) <C>b = (<V>a/50,94+<Mo>d/95,9+<Nb>a/92,9)x12 (4) (quantidade de C dissolvido) = <C>-(<C>a+<C>b) (5) Note que, na presente descrição, o termo “cementita” significa carbetos contendo um teor de Fe de 50% em massa ou mais. Abaixo, o método para calcular a quantidade de C dissolvido é descrito em detalhes.
[0085] [Determinação do teor de C do material de aço] No caso em que o material de aço é um material de placa, uma amostra de análise tendo a forma de um fragmento usinado é retirada de uma parte central da espessura da chapa. O teor de C (% em massa) é analisado por um método de absorção por infravermelho por combustão de fluxo de oxigénio. O valor resultante foi considerado como sendo o teor de C (<C>) do material de aço.
[0086] [Cálculo da quantidade de C que precipita como carbonetos (quantidade C precipitada)] A quantidade de C precipitado é calculada pelos seguintes procedimentos de 1 a 4. Especificamente, no procedimento 1, é realizada uma análise de resíduos de extração. No procedimento 2, um método de réplica de extração usando um microscópio eletrônico de transmissão (mencionado neste documento como “TEM”), e uma análise de concentração de elementos (mencionado neste documento como “análise EDS”) de elementos em cementita é realizada por espectrometria de raios-x por energia dispersiva (doravante denominado como “EDS”). No procedimento 3, o teor de Mo é ajustado. No procedimento 4, a quantidade de C precipitado é calculada.
[0087] [Procedimento 1. Determinação das quantidades residuais de Fe, Cr, Mn, Mo, V e Nb por análise de resíduos de extração] No procedimento 1, carbetos no material de aço são capturados como resíduo, e os teores de Fe, Cr, Mn, Mo, V e Nb no resíduo são determinados. Aqui, o termo “carbetos” é um termo genérico para cementita (carbetos do tipo M3C) e carbetos do tipo MC. O procedimento específico é o que se segue. Em um caso onde o material de aço é um material de placa, uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 6 mm e um comprimento de 50 mm é extraída de uma porção central da espessura de placa. No caso em que o material de aço é um tubo de aço, uma amostra de teste cilíndrica com um diâmetro de 6 mm e um comprimento de 50 mm é extraída de uma parte central da espessura da parede do tubo de aço de maneira que o centro da espessura da parede torna-se o centro da seção transversal. A superfície da amostra de teste extraída é polida para remover cerca de 50 μm por eletropolimento preliminar para obter uma superfície recém-formada. A amostra de teste eletropolida é submetida à eletrólise em uma solução eletrolítica de 10% de acetilacetona + 1% de tetra- amônio + metanol. A solução eletrolítica após a eletrólise é passada através de um filtro de 0,2-μm para capturar resíduos. O resíduo obtido é submetido à decomposição ácida, e as concentrações de Fe, Cr, Mn, Mo, V e Nb são determinadas em unidades de percentual em massa por espectrometria de emissão óptica por ICP (plasma indutivamente acoplado). As concentrações são definidas como <Fe>a, <Cr>a, <Mn>a, <Mo>a, <V>a e <Nb>a, respectivamente.
[0088] [Procedimento 2. Determinação do teor de Fe, Cr, Mn e Mo em cementita pelo método de réplica de extração e EDS] No procedimento 2, o teor de cada um dos Fe, Cr, Mn e Mo na cementita é determinado. O procedimento específico é o que se segue. Uma amostra de microteste é cortada de uma parte central da espessura da chapa em um caso onde o material de aço é um material de placa, e é cortado de uma parte central da espessura da parede em um caso onde o material de aço é um tubo de aço e a superfície da amostra de microteste é finalizada por polimento espelhado. A amostra de teste é imersa durante 10 minutos em um reagente de gravação nital a 3% para gravar a superfície. A sua superfície é coberta com uma película de carbono depositada. A amostra de teste cuja superfície é coberta com o filme depositado é imersa em um reagente de gravação nital a 5% e mantida nela durante 20 minutos para fazer com que a película depositada se solte. O filme depositado que é descascado é limpo com etanol e depois é recolhido com uma tela de folha e seco. O filme depositado (filme de réplica) é observado usando um TEM, e a análise pontual por EDS é realizada em relação a 20 partículas de cementita. A concentração de cada um dos elementos Fe, Cr, Mn e Mo é determinada em unidades de percentual em massa, considerando-se o total dos elementos de liga, excluindo carbono na cementita como 100%. As concentrações são determinadas para 20 partículas de cementita, e os valores médios aritméticos para os respectivos elementos são definidos como: <Fe>b, <Cr>b, <Mn>b e <Mo>b.
[0089] [Procedimento 3. Ajuste da quantidade de Mo] Em seguida, a concentração de Mo nos carbetos é determinada. Neste caso, Fe, Cr, Mn e Mo concentram-se na cementita. Por outro lado, V, Nb e Mo concentram-se em carbetos do tipo MC. Em outras palavras, o Mo é concentrado em cementita e carbetos do tipo MC por meio de revenimento. Portanto, a quantidade de Mo é calculada separadamente para cementita e para carbetos do tipo MC. Note que, em alguns casos, uma parte de V também se concentra em cementita. No entanto, a quantidade de V que se concentra na cementita é insignificantemente pequena em comparação com a quantidade de V que se concentra em carbetos do tipo MC. Portanto, ao determinar a quantidade de C dissolvido, V é considerado como concentrado apenas em carbetos do tipo MC.
[0090] Especificamente, a quantidade de Mo que precipita como cementita (<Mo>c) é calculada pela fórmula (1). <Mo>c = (<Fe>a+<Cr>a+<Mn>a)x<Mo>b/(<Fe>b+<Cr>b+<Mn>b) (1)
[0091] Por outro lado, a quantidade de Mo que precipita como carbetos do tipo MC (<Mo>d) é calculada em unidades de percentual em massa pela Fórmula (2). <Mo>d = <Mo>a-<Mo>c (2)
[0092] [Procedimento 4. Cálculo da quantidade de C precipitada] A quantidade de C precipitada é calculada como o total da quantidade de C que precipita como cementita (<C>a) e a quantidade de C precipitando como carbetos do tipo MC (<C>b). <C>a e <C>b são calculados em unidades de percentual em massa pela Fórmula (3) e Fórmula (4), respectivamente. Note que, a Fórmula (3) é uma fórmula que é derivada do fato de que a estrutura da cementita é uma estrutura do tipo M3C (M inclui Fe, Cr, Mn e Mo). <C>a = (<Fe>a/55,85+<Cr>a/52+<Mn>a/53,94+<Mo>c/95,9)/3x12 (3) <C>b = (<V>a/50,94+<Mo>d/95,9+<Nb>a/92,9)x12 (4)
[0093] Assim, a quantidade de C precipitada é <C>a + <C>b.
[0094] [Cálculo da Quantidade de C dissolvido] A quantidade de C dissolvido (doravante também mencionada como “<C>c”) é calculada em unidades de percentual em massa pela fórmula (5) como uma diferença entre o teor de C (<C>) e a quantidade precipitada de C do material de aço. <C>c = <C>-(<C>a+<C>b) (5)
[0095] [Microestrutura] A microestrutura do material de aço da presente invenção é composta principalmente de martensita revenida e bainita revenida. Mais especificamente, a razão volumétrica de martensita revenida e/ou bainita revenida na microestrutura é de 90% ou mais. Em outras palavras, o total das razões volumétricas de martensita revenida e bainita revenida na microestrutura é de 90% ou mais. O balanço da microestrutura é, por exemplo, austenita revenida ou semelhantes. Se a microestrutura do material de aço contendo a composição química supracitada contiver martensita revenida e bainita revenida em uma quantidade equivalente a uma taxa de volume total de 90% ou mais, o YS será 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi ) e o YR será de 90% ou mais. Portanto, na presente modalidade, se o YS for 862 a menos de 965 MPa (125 a menos do que 140 ksi) e o YR for 90% ou mais, assume-se que o total das razões volumétricas de martensita revenida e bainita revenida na microestrutura é de 90% ou mais. De preferência, a microestrutura é composta apenas por martensita revenida e/ou bainita revenida.
[0096] Note que, o seguinte método pode ser adotado no caso de determinar o total das razões volumétricas de martensita revenida e bainita revenida por observação. Em um caso em que o material de aço é um material de placa, uma pequena peça tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção de laminação e 10 mm na direção da largura da placa é cortada de uma porção central da espessura da placa. No caso em que o material de aço é um tubo de aço, uma pequena peça tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção do eixo do tubo e 10 mm na direção circunferencial do tubo é cortada de uma porção central da espessura da parede. Depois de polir a superfície de observação para obter uma superfície espelhada, a pequena peça é imersa por cerca de 10 segundos em um reagente de gravação nital para revelar a microestrutura por gravação. A superfície de observação gravada é observada por meio de uma imagem secundária de elétrons obtida usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV). A observação é realizada para 10 campos visuais, com cada campo visual sendo definido como 400 μm2 (ampliação de x5000). Em cada campo visual, a martensita revenida e a bainita revenida são identificadas com base no contraste. O total das frações de área de martensita revenida e bainita revenida que são identificadas é tomado como a fração de área de martensita revenida e bainita revenida de cada campo visual. Na presente modalidade, o valor da média aritmética dos totais das frações de área de martensita revenida e bainita revenida determinada em cada campo visual é tomado como a razão volumétrica de martensita revenida e bainita revenida.
[0097] [Forma do material de aço] A forma do material de aço da presente modalidade não é particularmente limitada. O material de aço é, por exemplo, um tubo de aço ou uma chapa de aço. Em um caso onde o material de aço é um tubo de aço de poço de petróleo, a espessura de parede preferencial é de 9 a 60 mm. A presente invenção é particularmente adequada para uso como um tubo de aço de poço de petróleo de 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 tendo uma parede espessa de 15 mm ou mais ou, além disso, 20 mm ou mais, o material de aço exibe uma excelente resistência e resistência SSC.
[0098] [YS e YR de material de aço] O YS do material de aço da presente modalidade é 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi), e o YR do material de aço é 90% ou mais. Na presente descrição, "YS" significa a tensão quando o alongamento de 0,65% é obtido em um teste de tração. Em suma, a resistência do material de aço da presente modalidade é grau 125 ksi. Embora o material de aço da presente modalidade tenha uma resistência tão elevada, o material de aço também possui uma excelente resistência SSC, satisfazendo as condições relativas à composição química, quantidade de C dissolvido e microestrutura, as quais são descritas acima.
[0099] [Resistência SSC do material de aço] A resistência SSC do material de aço da presente modalidade pode ser avaliada por um teste DCB realizado de acordo com o “Método D” descrito no documento NACE TM0177-2005. A solução líquida utilizada é obtida misturando uma solução salina a 5% desgaseificada e 4 g/L de acetato de sódio e ajustando para pH 3,5 utilizando ácido clorídrico. O gás carregado dentro da autoclave é uma mistura gasosa de 10% de gás de H2S e 90% de gás de CO2 a uma pressão total de 1 atm. Posteriormente, uma amostra de teste DCB no qual uma cunha foi acionada é colocada dentro do recipiente e é mantida por três semanas a 24°C enquanto agita a solução líquida e também insufla continuamente na mistura gasosa supracitada. O valor K1SSc (MPa^m) do material de aço da presente modalidade, determinado nas condições anteriores, é de 30,0 MPa^m ou mais.
[0100] [Método de Produção] O método para produzir um material de aço da presente invenção inclui um processo de preparação, um processo de têmpera e um processo de revenimento. O processo de preparação pode incluir um processo de preparação de matéria-prima e um processo de trabalho a quente. Na presente modalidade, um método para produzir um tubo de aço de poço de petróleo será descrito como um exemplo de um método para produzir o material de aço. O método para produzir um tubo de aço de poço de petróleo inclui um processo de preparação de uma casca oca (processo de preparação), 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 processos é descrito em detalhes abaixo.
[0101] [Processo de Preparação] No processo de preparação, é preparado um material de aço intermediário contendo a composição química supracitada. O método para produzir o material de aço intermediário não é particularmente limitado desde que o material de aço intermediário tenha a composição química supracitada. como usado neste documento, o termo “material de aço intermediário” refere-se a um material de aço em forma de placa em um caso onde o produto final é uma placa de aço, e refere-se a uma casca oca em um caso onde o produto final é um tubo de aço.
[0102] O processo de preparação pode preferencialmente incluir um processo no qual uma matéria-prima é preparada (processo de preparação de matéria-prima), e um processo no qual a matéria-prima é submetida a trabalho a quente para produzir um material de aço intermediário (processo de trabalho a quente). Em seguida, um caso em que o processo de preparação inclui o 31/47 processo de preparação da matéria-prima e o processo de trabalho a quente é descrito em detalhe.
[0103] [Processo de preparação da matéria-prima] No processo de preparação da matéria-prima, uma matéria-prima é produzida usando aço fundido contendo a composição química supracitada. Especificamente, a peça fundida (uma placa, lupa ou tarugo) é produzida por uma 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 desbaste para produzir um tarugo. A matéria prima (uma placa, lupa ou tarugo) é produzida pelo processo descrito acima.
[0104] [Processo de trabalho a quente] No processo de trabalho a quente, a matéria-prima que foi preparada é submetida a trabalho a quente para produzir um material de aço intermediário. No caso em que o material de aço é um tubo de aço, o material de aço intermediário corresponde a uma casca oca. Primeiro, o tarugo é aquecido no forno de aquecimento. Embora a temperatura de aquecimento não seja particularmente limitada, por exemplo, a temperatura de aquecimento está dentro de um intervalo de 1100 a 1300°C. 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. Quando se realiza a laminação por perfuração, embora a razão de perfuração não seja particularmente limitada, a razão de perfuração está, por exemplo, dentro de um intervalo de 1 a 4. O tarugo redondo que foi submetido a laminação por perfuração é ainda laminado a quente para formar uma casca oca usando um laminador contínuo, um redutor, um moinho de dimensionamento ou semelhante. A redução cumulativa de área no processo de trabalho a quente é, por exemplo, de 20 a 70%.
[0105] Uma casca oca pode ser produzida também a partir do tarugo por outro método de trabalho a quente. Por exemplo, no caso de um material de aço de poço de petróleo de um comprimento curto tal como um acoplamento, uma casca oca pode ser produzida por forjamento. Uma casca oca com uma espessura de parede de 9 a 60 mm é produzida pelo processo acima.
[0106] 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 direta após laminação a quente sem ser resfriado à temperatura normal, ou pode ser submetido a têmpera após sofrer aquecimento suplementar (reaquecimento) após laminação a quente. No entanto, no caso de realizar a têmpera direta ou têmpera após aquecimento suplementar, é preferencial parar o resfriamento pela metade durante o processo de têmpera ou conduzir resfriamento lento para fins de suprimir o trincamento por têmpera.
[0107] Em um caso onde a têmpera direta é realizada após laminação a quente, ou a têmpera é realizada após aquecimento suplementar após a 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.
[0108] No processo de têmpera, o material de aço intermediário que foi preparado é submetido a têmpera. Na presente descrição, o termo "têmpera" significa resfriamento rápido do material de aço intermediário que está a uma temperatura não inferior ao ponto A3. A temperatura de têmpera preferencial é de 800 a 1000°C. Em um caso em que a têmpera direta é realizada após o trabalho a quente, a temperatura de têmpera corresponde à temperatura da superfície do material intermediário que é medida por um termômetro colocado no lado de saída do aparelho que realiza o trabalho final a quente. Além disso, em um caso em que a têmpera é realizada após o aquecimento suplementar ser realizado após o trabalho a quente, a temperatura de têmpera corresponde à temperatura do forno que realiza o aquecimento suplementar.
[0109] O método de têmpera, por exemplo, resfria continuamente a casca oca a partir da temperatura inicial de têmpera e diminui continuamente a temperatura da superfície da casca oca. O método para realizar o tratamento de resfriamento contínuo não é particularmente limitado. O método de realizar o tratamento de resfriamento contínuo é, por exemplo, um método que esfria a casca oca imergindo a casca oca em um banho de água ou um método que resfria acasca oca de forma acelerada por resfriamento de água de chuveiro ou resfriamento por nebulização.
[0110] Se a taxa de resfriamento durante a têmpera é muito lenta, a microestrutura não se torna uma que é composta principalmente de martensita e bainita, e a propriedade mecânica definida no presente pedido não é obtida. Portanto, a taxa de resfriamento durante a têmpera (taxa média de resfriamento ao resfriar de 800°C para 500°C) é de 300°C/min ou mais. Um limite inferior preferencial da taxa de resfriamento durante a têmpera é 450°C/min, e mais preferencialmente é 600°C/min.
[0111] De preferência, a têmpera é realizada após realizar uma pluralidade de vezes o aquecimento da casca oca na zona de austenita. Neste caso, a resistência SSC do material de aço aumenta, pois os grãos de austenita são refinados antes da têmpera. O aquecimento na zona de austenita pode ser repetido uma pluralidade de vezes ao realizar a têmpera uma pluralidade de vezes, ou o aquecimento na zona de austenita pode ser repetido uma pluralidade de vezes ao realizar a normalização e têmpera. A seguir, o processo de revenimento será descrito em detalhes.
[0112] [Processo de Revenimento] O processo de revenimento é realizado submetendo o material de aço intermediário a revenimento após realizar a têmpera supracitada. A temperatura de revenimento é ajustada de forma adequada de acordo com a composição química do material de aço e YS que deve ser obtido. Em outras palavras, em relação ao material de aço intermediário (casca oca) contendo a composição química da presente modalidade, a temperatura de revenimento é ajustada de modo a ajustar o YS do material de aço dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi).
[0113] Uma temperatura de revenimento preferencial está em um intervalo de 670°C no ponto Ac1. Se a temperatura de revenimento for 670°C ou mais, carbetos são esferoidizados de forma suficiente e a resistência SSC é adicionalmente melhorada.
[0114] Se o tempo de espera para revenimento (tempo de revenimento) for muito curto, a quantidade de C dissolvido torna-se excessiva porque a precipitação de carbetos não se processa. Mesmo se o tempo de revenimento for excessivo, um efeito que dissolve C é saturado. Por conseguinte, para controlar a quantidade de C dissolvido dentro de um intervalo apropriado, o tempo de revenimento está dentro de um intervalo de 10 a 180 minutos. Um limite inferior preferencial do tempo de revenimento é 15 minutos. Observe que, em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, em comparação com outras formas, variações de temperatura em relação ao tubo de aço podem ocorrer durante a retenção para revenimento. Por conseguinte, em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, o tempo revenimento é preferencialmente ajustado dentro de um intervalo de 15 a 180 minutos.
[0115] Convencionalmente, o resfriamento após o revenimento não foi controlado. No entanto, se a taxa de resfriamento for lenta, quase todo o C que se dissolveu reprecipitará enquanto a temperatura estiver diminuindo. Em outras palavras, a quantidade de C dissolvido será aproximadamente 0% em massa. Portanto, na presente modalidade, o resfriamento após o revenimento é acelerado. Por este meio, a quantidade de C dissolvido da presente invenção é obtida.
[0116] O método de resfriamento é, por exemplo, um método que realiza resfriamento forçado de uma casca oca continuamente a partir da temperatura de revenimento para desse modo diminuir continuamente a temperatura da superfície do material de aço. Exemplos desse tipo de tratamento de resfriamento contínuo incluem um método que esfria a casca oca por imersão em um banho de água, e um método que esfria o material de aço de forma acelerada, com resfriamento a água de chuveiro, resfriamento por nebulização ou por ar forçado.
[0117] A taxa de resfriamento após o revenimento é medida em uma região que é mais lentamente resfriada dentro de uma seção transversal do material de aço intermediário revenido (por exemplo, no caso de resfriamento forçado de ambas as superfícies, a taxa de resfriamento é medida na parte central da espessura do material de aço intermediário). A região de temperatura de 600°C a 200°C é uma região de temperatura em que a difusão de C é comparativamente rápida. Portanto, a taxa média de resfriamento na região de temperatura de 600°C a 200°C é 5°C/seg ou mais. Um limite inferior preferencial da taxa de resfriamento após o revenimento é 10°C/seg, e mais preferencialmente é 15°C/seg.
[0118] Por outro lado, se a taxa de resfriamento após o revenimento for muito rápida, haverá muito pouco do C que se dissolveu após ser retido durante os precipitados de revenimento. Em resultado, em alguns casos, a quantidade de C dissolvido é excessiva. Nesse caso, a resistência SSC do aço diminui inversamente. Portanto, a taxa de resfriamento após o revenimento não é superior a 100°C/seg. Um limite superior preferencial da taxa de resfriamento após o revenimento é 50°C/seg, e mais preferencialmente é 40°C/seg.
[0119] Foi descrito um método para produzir um tubo de aço descrito como um exemplo do método de produção supracitado. Contudo, o material de aço da presente invenção pode ser uma placa de aço ou outra forma. Um método para produzir uma placa de aço ou um material de aço de outra forma também inclui um processo de preparação, um processo de têmpera e um processo de revenimento, similarmente ao método de produção supracitado.
EXEMPLOS
[0120] Foram produzidos aços fundidos com um peso de 180 kg tendo as composições químicas mostradas na Tabela 4.
[0121] [Tabela 4]
Figure img0004
Figure img0005
[0122] Foram produzidos lingotes usando os aços fundidos supracitados. Os lingotes foram laminados a quente para produzir placas de aço tendo uma espessura de 20 mm.
[0123] Após laminação a quente, a placas de aço de cada número de teste foi resfriada para trazer a temperaturas da placa de aço para a temperatura normal (25°C).
[0124] Depois de deixar esfriar, as placas de aço foram reaquecidas para trazer a temperatura da placa de aço à temperatura de resfriamento (920°C, que está na zona monofásica da austenita), e foram mantidas por 20 minutos. Após enxague, as placas de aço foram imersas em um banho de água e temperadas. Neste momento, a taxa média de resfriamento de 800°C a 500°C foi de 900°C/min. Com respeito ao Número de Teste 23, após manter a temperatura de têmpera, a placa de aço foi resfriada por imersão em um banho de óleo. Neste momento, a taxa média de resfriamento de 800°C a 500°C foi de 180°C/min.
[0125] Após a têmpera, as placas de aço respectivas foram submetidas a revenimento. No revenimento, a temperatura de revenimento foi ajustada de forma que as placas de aço se tornam de grau 125 ksi como especificado nos padrões API (limite elástico de 862 a menos de 965 MPa). Após a realização de um tratamento térmico nas respectivas temperaturas de revenimento, as placas de aço foram resfriadas. Para o resfriamento, foi realizado o resfriamento controlado por resfriamento de nebulização de ambos os lados da placa de aço. Note que um termopar do tipo K do tipo bainha foi inserido antecipadamente em uma porção central da espessura da placa da placa de aço, e a temperatura foi medida em relação ao revenimento e ao resfriamento subsequente. A temperatura de revenimento (°C) e tempo de revenimento (min), bem como a taxa média de resfriamento de 600°C a 200°C posteriormente, ou seja, a taxa de resfriamento (°C/seg) após o revenimento são mostrados na Tabela 5. Note que, o ponto Ac1 do material de aço em cada um do Número de Teste 1 para o Número de Teste 23 era 750°C, e a temperatura de revenimento foi ajustada de modo a ser menor que o ponto Ac1.
[0126] [Tabela 5] TABELA 5
Figure img0006
[0127] [Resultados da Avaliação] [Testes de YS e TS] Um teste de tensão foi realizado de acordo com ASTM E8. 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 da 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 da placa 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 (MPa) nas posições respectivas. Note que, nos exemplos presentes, a tensão no momento de 0,65% de alongamento obtido no teste de tensão definido como o YS para cada número de teste. Além disso, a maior tensão durante o alongamento uniforme foi tomada como a TS. Uma razão entre o YS e a TS foi adotada como o YR (%).
[0128] [Teste de Determinação de Microestrutura] Com respeito às microestruturas das presentes modalidades, exceto o Número de Teste 23, visto que o YS estava em um intervalo de 862 a menos do que 965 MPa (125 a menos do que 140 ksi) e o YR foi de 90% ou mais, determinou-se que o total das razões de volume de martensita revenida e bainita revenida foi 90% ou mais. No caso do Número de Teste 23, considera-se que a ferrita se formou.
[0129] [Quantidade de teste de medição de C dissolvido] A quantidade de C dissolvido (% em massa) foi medida e calculada pelo método de medição descrito acima. Note que, o TEM usado foi JEM-2010 fabricado pela JEOL Ltd., a tensão de aceleração foi ajustada para 200 kV, e para a análise de ponto EDS a corrente de irradiação foi de 2,56 nA, e a medição foi realizada durante 60 segundos em cada ponto. As regiões de observação para a observação do TEM foram 8 μm x 8 μm, e a observação foi realizada com respeito a 10 campos visuais arbitrários. As quantidades residuais de cada elemento e as concentrações de cada elemento na cementita que foram usadas para calcular a quantidade de C dissolvido foram listadas na Tabela 6.
[0130] [Tabela 6] TABELA 6
Figure img0007
[0131] [Teste DCB] Usando cada placa de aço, foi realizado um teste DCB de acordo com o “Método D” de NACE TM0177-2005, e foi avaliada a resistência SSC. Especificamente, três das amostras de teste DCB ilustrada na FIG. 3A foram extraídas a partir de uma porção central da espessura de parede de cada placa de aço. A FIG. 3A é uma vista lateral e uma vista em seção transversal de uma amostra de teste DCB. As amostras de teste de DCB foram tiradas de maneira que a direção longitudinal de cada amostra de teste de DCB fosse paralela à direção de laminação. Uma cunha ilustrada na FIG. 3B foi preparada ainda a partir de cada placa de aço. A FIG. 3B é uma vista em perspectiva da cunha. Uma espessura t da cunha foi de 3,10 mm.
[0132] 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 um recipiente. Uma solução líquida obtida pela mistura de uma solução salina a 5% desgaseificada e 4g/L de acetato de sódio e ajustando para pH 3,5 com ácido clorídrico foi vertida no recipiente de forma que uma porção de gás permaneceu no recipiente. Depois disso, uma mistura gasosa consistindo de 10% de H2S gasoso e 90% de CO2 gasoso foi carregada a uma pressão total de 1 atm dentro da autoclave para agitar a fase líquida, e a mistura gasosa foi saturada na solução líquida.
[0133] Após selar o recipiente que havia sido submetido ao processo descrito acima, o recipiente foi mantido por três semanas a 24°C enquanto agitava a solução líquida e também insuflava continuamente na mistura gasosa supracitada. Posteriormente, os corpos de prova do DCB foram retirados de dentro do recipiente.
[0134] 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” com respeito à propagação de trincamento que ocorreu durante a imersão. O comprimento de propagação de trincamento “a” foi medido visualmente utilizando paquímetros. Foi determinado um valor K1SSC (MPa^m) de tenacidade de fratura usando a Fórmula (6) com base na cunha de liberação de tensão P obtida e no comprimento de propagação de trincamento “a”.
[0135]
Figure img0008
[0136] Na Fórmula (6), 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. Estes são definidos no "Método D" da NACE TM0177-96.
[0137] Para cada número de teste, foi determinado o valor K1SSC (MPa^m) de tenacidade de fratura das três amostras de teste DCB. Para cada número de teste, a média aritmética dos valores de tenacidade de fratura das três amostras de teste DCB foi definida como o valor K1SSC (MPa^m) de tenacidade de fratura do número de teste relevante. Os valores K1SSC de tenacidade de fratura obtidos são mostrados na Tabela 5. Se o valor K1SSC de tenacidade de fratura que foi definido como descrito acima foi de 30,0 MPa^m ou mais, determinou-se que a resistência SSC era boa. Observe que, a folga entre os braços quando a cunha foi conduzida antes da imersão no banho do teste influencia o valor K1SSC. 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.
[0138] [Resultados do Teste] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 5.
[0139] Com referência à Tabela 4 e Tabela 5, as composições químicas das placas de aço dos Números de Teste 1 a 13 foram apropriadas, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi), e o YR foi 90% ou mais. Além disso, a quantidade de C dissolvido estava dentro do intervalo de 0,010 a 0,050% em massa. Em resultado, o valor K1SSC foi 30,0 MPa^m ou menos e foi exibida uma excelente resistência SSC.
[0140] Por outro lado, para as placas de aço dos Números de Teste 14 e 15, embora as composições químicas fossem apropriadas, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, a taxa de resfriamento após o revenimento foi muito lenta. Consequentemente, a quantidade de C dissolvido foi menos que 0,010% em massa. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0141] Para a placas de aço do Número de Teste 16, embora as composições químicas fossem apropriadas, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, o tempo de revenimento foi muito curto. Consequentemente, a quantidade de C dissolvido foi menor que 0,050% em massa. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0142] Para a placa de aço do Número de Teste 17, embora a composição química fosse apropriada, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, a taxa de resfriamento após o revenimento foi muito rápida. Consequentemente, a quantidade de C dissolvido foi menor que 0,050% em massa. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0143] Para a placa de aço do Número de Teste 18, embora a quantidade de C dissolvido estivesse no intervalo de 0,010 a 0,050% em massa, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, o teor de Cr era muito baixo. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0144] Para a placa de aço do Número de Teste 19, embora a quantidade de C dissolvido estivesse dentro do intervalo de 0,010 a 0,050% em massa, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, o teor de Mo era muito baixo. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0145] Para a placa de aço do Número de Teste 20, embora a quantidade de C dissolvido estivesse no intervalo de 0,010 a 0,050% em massa, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, o teor de Mn era muito alto. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0146] Para a placa de aço do Número de Teste 21, embora a quantidade de C dissolvido estivesse no intervalo de 0,010 a 0,050% em massa, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, o teor de N era muito alto. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0147] Para a placa de aço do Número de Teste 22, embora a quantidade de C dissolvido estivesse dentro do intervalo de 0,010 a 0,050% em massa, o YS estava no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi) e o YR era 90% ou mais, o teor de Si era muito alto. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida.
[0148] Para a placa de aço do Número de Teste 23, embora a composição química fosse adequada, a quantidade de C dissolvido estivesse no intervalo de 0,010 a 0,050% em massa e o YS estivesse no intervalo de 862 a menos de 965 MPa (125 a menos de 140 ksi), o YR era menor do que 90%. Em resultado, o valor K1SSC de tenacidade de fratura foi menor do que 30,0 MPa^m e a excelente resistência SSC não foi exibida. Considera-se que a razão era que a ferrita misturada na microestrutura porque a taxa de resfriamento após a têmpera era lenta.
[0149] 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 5 modalidade acima, e a modalidade acima pode ser modificada adequadamente e implementada dentro de uma variação que não se desvia da essência da presente invenção.
APLICABILIDADE INDUSTRIAL
[0150] O material de aço de acordo com a presente invenção é 10 amplamente aplicável à materiais utilizados em um ambiente ácido e de preferência pode ser utilizado como um material de aço para poços de petróleo que é utilizado em um ambiente de poço de petróleo, e ainda de preferência, pode ser utilizado como tubos de aço de poço de petróleo, tal como revestimento, tubulação e oleodutos.

Claims (12)

1. Material de aço, caracterizado pelo fato de que compreende: uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,25 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,025% ou menos, S: 0,0100% ou menos, Al: 0,005 a 0,100%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,50%, Ti: 0,002 a 0,050%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,002 a 0,010%, O: 0,0100% ou menos, V: 0 a 0,30%, Nb: 0 a 0,100%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 0,50%, W: 0 a 0,50%, Ni: 0 a 0.50%, e Cu: 0 a 0,50%, com o balanço sendo Fe e impurezas, uma quantidade de C dissolvido dentro de um intervalo de 0,010 a 0,050% em massa, um limite elástico dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, e um índice de rendimento de 90% ou mais, a resistência ao escoamento e a razão de escoamento são terminadas de acordo com a ASTM E8, a 25 °C; e o valor de Kissc do material de aço é de 30,0 MPaVm ou maior.
2. Material de aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em: V: 0,01 a 0.30%, e Nb: 0,002 a 0,100%.
3. Material de aço, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo que consiste em: Ca: 0,0001 a 0,0100%, Mg: 0,0001 a 0.0100%, e Zr: 0,0001 a 0,0100%.
4. Material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo que consiste em: Co: 0,02 a 0,50%, e W: 0,02 a 0,50%.
5. Material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo que consiste em: Ni: 0,02 a 0,50%, e Cu: 0,01 a 0,50%.
6. Material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o material de aço é um tubo de aço de poço de petróleo.
7. Método para produzir um tubo de aço, caracterizado por compreender: um processo de preparação para preparar um material de aço intermediário contendo uma composição consistindo em, % de massa, C: 0,25 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,025% ou menos, S: 0,0100% ou menos, Al: 0,005 a 0,100%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,50%, Ti: 0,002 a 0,050%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,002 a 0,010%, O: 0,0100% ou menos, V: 0 a 0,30%, Nb: 0 a 0,100%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 0,50%, W: 0 a 0,50%, Ni: 0 a 0.50%, e Cu: 0 a 0,50%, com o balanço sendo Fe e impurezas, um processo de têmpera de, após o processo de preparação, o material de aço intermediário que está a uma temperatura no intervalo de 800 a 1000°C de modo que a taxa de resfriamento durante a têmpera, a qual é uma taxa média de resfriamento quando resfriada de 800°C para 500°C, é de 300°C/min ou maior; e um processo de revenimento de manter o material de aço intermediário após têmpera a uma temperatura em um intervalo de 670°C para o ponto Ac1 durante 10 a 180 minutos e, posteriormente, o material de aço intermediário é resfriado em uma taxa de resfriamento média em uma região de temperatura de 600°C a 200°C de 5 a 100°C/seg.
8. Método para produzir um material de aço, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o processo de preparação inclui: um processo de preparação de matéria-prima contendo uma composição química consistindo de, em % de massa, C: 0,25 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,025% ou menos, S: 0,0100% ou menos, Al: 0,005 a 0,100%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,50%, Ti: 0,002 a 0,050%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,002 a 0,010%, O: 0,0100% ou menos, V: 0 a 0,30%, Nb: 0 a 0,100%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 0,50%, W: 0 a 0,50%, Ni: 0 a 0,50%, e Cu: 0 a 0,50%, com o balanço sendo Fe e impurezas, e um processo de trabalho a quente de submeter a matéria-prima a trabalho a quente para produzir um material de aço intermediário.
9. Método para produzir um material de aço, de acordo com as reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em: V: 0,01 a 0,30%, e Nb: 0,002 a 0,100%.
10. Método para produzir um material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em: Ca: 0,0001 a 0,0100%, Mg: 0,0001 a 0,0100%, e Zr: 0,0001 a 0,0100%.
11. Método para produzir um material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em: Co: 0,02 a 0,50%, e W: 0,02 a 0,50%.
12. Método para produzir um material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em: Ni: 0,02 a 0,50%, e Cu: 0,01 a 0,50%.
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