BR112019015630A2 - Tubo de aço soldado com costura longitudinal - Google Patents

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BR112019015630A2
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Fujiyama Naoto
Kojima Kazuhiro
Shinohara Yasuhiro
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Nippon Steel Corporation
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Abstract

a presente invenção refere-se a um tubo de aço excelente em tenacidade da parte do metal da solda a uma baixa temperatura obtida por soldagem a arco submerso na direção longitudinal a partir tanto do lado da superfície interna quanto do lado da superfície externa tendo resistências da classe x60 a x70. o tubo de aço da presente invenção é um tubo que tem zonas de soldagem soldadas em uma direção longitudinal em uma superfície interna e uma superfície externa, onde a resistência á tração do metal base é 480 a 620 mpa, o metal da solda tem uma composição predeterminada de constituintes, quando %x expressa o teor de um elemento x no metal da solda, pcm definido por pcm=%c+%si/30+(%mn+%cu+%cr)/20+%ni/60+%mo/15+ %v/10+5%b é 0,2% ou menos, ceq definido por ceq=%c+%mn/6+(%cr+%mo+%v)/5+ (%ni+%cu)/15 é 0,35 a 0,45%, e ¿' definido por ¿' =(1,5¿(%o-0,89%al)+3,4¿%n-%ti)¿1000 é -20 a 40, e %al/%o é 0,3 a 0,8.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para TUBO DE AÇO SOLDADO COM COSTURA LONGITUDINAL.
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se a um tubo de aço que é soldado por soldagem a arco submerso na direção longitudinal a partir das superfícies interna e externa e que tem uma resistência da classe API5L X60 a X70 (limites de elasticidade padrão de 413 MPa a 482 MPa).
ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] Como método de transporte a longa distância de petróleo bruto e gás natural, os oleodutos estão crescendo em importância. Como tubulação tronco para transporte a distância, o padrão American Petroleum Institute (API) 5L X65 (limite de elasticidade padrão mínimo de 448 MPa) se tornou a base do projeto. A quantidade real de uso é também grande.
[003] O tubo de aço para uso em oleodutos é geralmente produzido conformando-se uma chapa de aço e soldando-se com costura as partes adjacentes da chapa de aço na direção longitudinal desde as superfícies interna e externa. A soldagem com costura é geralmente completada soldando-se por pontos parte da ranhura por soldagem a arco e então se usando a soldagem a arco submerso para soldar o tubo de aço uma camada de cada vez a partir da superfície interna e da superfície externa. A soldagem por pontos é completamente apagada pela soldagem a arco submerso executada subsequentemente.
[004] Como exemplos de tubos de aço assim produzidos, podem ser mencionados o tubo de aço UOE e o tubo de aço JCOE. As juntas soldadas do oleoduto precisam ter uma maior tenacidade do ponto de vista de melhoria da eficiência do transporte devido a locais de perfuração mais frios e maiores pressões.
[005] A PTL 1 refere-se a um tubo de aço soldado da classe do
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2/32 padrão API X65 a X70 e descreve fazer-se o metal da solda uma estrutura ferrita acicular fina usando-se um grande número de TiO como núcleos e alcançando tanto alta resistência quanto excelente tenacidade.
LISTA DE CITAÇÕES
LITERATURA DE PATENTE [006] PTL 1 - Publicação de Patente Japonesa Não examinada No. 2013-49895
SUMÁRIO
PROBLEMA TÉCNICO [007] O tubo de aço para uso em oleodutos é frequentemente usado para poços de petróleo em mar profundo e locais frios e está sendo crescentemente tornado mais espesso. Para soldar chapas de aço grossas, é necessária uma grande entrada de calor de soldagem como soldagem a arco submerso. Em soldagens com grande entrada de calor, geralmente a queda da tenacidade na zona afetada pelo calor (referida abaixo como a HAZ) é um problema que requer uma solução.
[008] A presente invenção cobre um tubo de aço soldado com costura longitudinal tendo uma resistência da classe do padrão API X60 a X70 obtido conformando-se uma chapa de aço grossa com espessura de 6 a 40 mm e tendo zonas de soldagem soldadas com costura na direção longitudinal a partir das superfícies interna e externa e tem como seu problema técnico obter um tubo de aço com excelente tenacidade da parte da solda metálica a uma baixa temperatura mesmo se se fizer o tubo de aço soldando-se uma chapa de aço grossa com uma entrada de calor de soldagem de 15 a 110 kJ/cm.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA [009] Na soldagem a arco submerso, os constituintes do metal da solda da parte se costura longitudinal são afetadas pela diluição do
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3/32 metal base, então os constituintes de parte do metal da solda têm que ser projetados em combinação com o metal base. Especificamente, o controle da quantidade de Al, da quantidade de Ti, da quantidade de O e da quantidade de N se torna importante.
[0010] A microestrutura do metal da solda é determinada substancialmente pelas quantidades dos elementos de ligação. Considerandose os constituintes do metal base, se o metal base tem uma resistência da classe X60 a X70, é dada à solda metálica uma estrutura principalmente de ferrita acicular. Note que, se a resistência do metal base se tornar maior, é dada à solda metálica uma estrutura bainita. Se a resistência do metal base for da classe X60 a X70, para melhorar a tenacidade da parte do metal da solda, por exemplo, é necessário conduzir estudos sobre o projeto pensando de maneira diferente do caso em que a resistência do metal base é da classe X80.
[0011] Os inventores descobriram que fazer-se os constituintes do metal da solda considerando-se o efeito da diluição pelo metal base ser adequado e fazer-se um parâmetro a', que é descoberto com base nas razões estequiométricas de Al, O, Ti, e N e mostra a capacidade efetiva para formar ferrita acicular, e a razão da quantidade de Al e da quantidade de O serem valores adequados correspondentes à quantidade de O no metal da solda, é possível melhorar a tenacidade da parte do metal da solda. Eles também prosseguiram com os estudos e completaram a presente invenção. A essência é como segue:
[0012] (1) Um tubo de aço soldado com costura longitudinal tendo zonas de soldagem soldadas em uma superfície interna e uma superfície externa em uma direção longitudinal, a composição química do metal base do tubo de aço contendo, em % em massa, C: 0,01 a 0,1%, Si: 0,03 a 0,5%, Mn: 0,5 a 2,0%, P: 0,015% ou menos, S: 0,01% ou menos, Al: menos de 0,01%, Ti: 0,005 a 0,03%, N: 0,002 a 0,006%, O: 0,005% ou menos, Mg: 0 a 0,01%, Ca: 0 a 0,005%, Ni: 0 a 0,6%,
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4/32
Cr: 0 a 0,5%, Cu: 0 a 0,5%, Mo: 0 a 0,4%, Nb: 0 a 0,06%, B: 0 a 0,002%, V: 0 a 0,06% e o saldo sendo Fe e impurezas, a resistência à tração do metal base sendo 480 a 620 Mpa, a composição química do metal da solda do tubo de aço contendo, em % em massa, C: 0,03 a 0,1%, Si: 0,03 a 0,5%, Mn: 0,5 a 2,0%, P: 0,015% ou menos, S: 0,01% ou menos, Al: 0,001 a 0,03%, Ti: 0,005 a 0,04%, N: 0,002 a 0,006%, B: 0 a 0,035%, O: 0,015 a 0,055%, Ni: 0 a 0,6%, Cr: 0 a 0,5%, Cu: 0 a 0,5%, Mo: 0 a 0,4%, V: 0 a 0,06%, Ca: 0 a 0,005%, Mg: 0 a 0,01%, Nb: 0 a 0,06% e o saldo sendo Fe e impurezas, onde quando %X expressa o teor de um elemento X no metal da solda, Pcm definido por Pcm=%C+%Si/30+(%Mn+%Cu+%Cr)/20+%Ni/60+%Mo/15+%V/10+ 5%B is 0,2% ou menos, Ceq definido por Ceq=%C+%Mn/6+(%Cr+%Mo+%V)/5+(%Ni+ %Cu)/15 é 0,35 a 0,45%, a' definido por oc'=(1,5x(%0-0,89%AI)+3,4x%N-%Ti)x1000 satisfaz 1000x%0-10<oc'<1000x%0+1, e %AI/%O satisfaz 0,3 a 0,8.
[0013] (2) O tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com o item (1), onde a estrutura do metal da solda compreende, em razão de área, ferrita acicular 70% ou mais, ferrita na borda do grão 15% ou menos, e constituinte martensita-austenita 3% ou menos. [0014] (3) O tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com o item (1) ou (2), onde a resistência à tração do metal da solda é 1.05 vezes ou mais a resistência à tração do metal base.
[0015] (4) O tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com qualquer um dos itens (1) a (3), onde a energia de absorção Charpy do metal da solda a -10Ό é 100 J ou mai s.
[0016] (5) O tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com qualquer um dos itens (1) a (4), onde a energia de absorção Charpy do metal da solda a 1300χ%0-60(Ό) é 100J ou mais EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0017] De acordo com a presente invenção, é possível obter um
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5/32 tubo de aço soldado com costura longitudinal tal como um tubo de aço UOE e um tubo de aço JCOE que tenha uma resistência da norma API da classe X60 a X70 e excelente em tenacidade da parte do metal da solda a uma baixa temperatura.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0018] A FIG. 1 apresenta vistas explicando as quantidades do metal de solda e da tenacidade a baixa temperatura, onde (a) mostra a relação entre a quantidade de O e a' e (b) mostra a relação entre a' e a ener4gia de absorção a -10Ό.
[0019] A FIG. 2 apresenta exemplos de estruturas do metal da solda, onde (a) e (b) mostram as estruturas do metal da solda dos tubos de ao soldado com costura longitudinal da presente invenção e (c) e (d) mostram as estruturas do metal da solda dos tubos de aço soldados com costura longitudinal de exemplos convencionais.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES [0020] Abaixo serão explicadas em detalhes modalidades da presente invenção.
[0021] Para iniciar, será explicada a composição química do metal da solda. Note que, abaixo, o % relativo à composição química será considerado como indicando % em massa.
[0022] C: 0,03 a 0,10% [0023] C é um elemento necessário para garantir a resistência do aço. 0,03% ou mais devem estar contidos. Se a quantidade de C for grande, na parte da costura da solda, facilmente ocorre a fratura da solda a alta temperatura, então o limite superior é feito ser 0,10%. O teor de C é preferivelmente 0,05 a 0,065%.
[0024] Si: 0,03 a 0,50% [0025] Si evita bolhas, então 0,03% ou mais devem estar contidos. Se a quantidade de Si for grande, o constituinte martensita-austenita se forma facilmente, e a tenacidade a baixa temperatura é feita dete
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6/32 riorar notavelmente, então o limite superior é feito ser 0,50%. O teor de Si é preferivelmente 0,15% a 0,25%.
[0026] Mn: 0,5 a 2,0% [0027] Mn age como um elemento que melhora a capacidade de endurecimento. Para fazer o metal da solda uma estrutura principalmente de ferrita acicular, 0,5% ou mais têm que estar contidos. Se a quantidade de Mn for grande, MnS bruto é formado e se torna pontos de partida de fraturas, então o limite superior é feito ser 2,0%. O teor de Mn é preferivelmente 1,2% a 1,5%.
[0028] P: 0,015% ou menos (incluindo 0%) [0029] S: 0,010% ou menos (incluindo 0%) [0030] P e S são impurezas e elementos que provocam a deterioração da tenacidade da junta. P é restrito a 0,015% ou menos, enquanto S é restrito a 0,010% ou menos. Os teores desses elementos são preferivelmente os menores possíveis. Preferivelmente, o teor de P é 0,008% ou menos. Preferivelmente, o teor de S é 0,003% ou menos.
[0031] Al: 0,001 a 0,030% [0032] Al age como um elemento desoxidante e é necessário para o controle da quantidade de oxigênio para provocar a dispersão dos óxidos de Ti eficazes como locais para a formação de núcleos de ferrita acicular. Se considerar-se a diluição pelo metal base, 0,001% ou mais têm que estar contidos. Se a quantidade de Al estiver acima de 0,030%, a formação de óxidos é inibida e a tenacidade não pode ser garantida, então o limite superior é feito ser 0,030%. Preferivelmente, o teor de Al é 0,010% a 0,015%.
[0033] Ti: 0,05 a 0,040% [0034] Ti reage com o oxigênio no metal da solda para formar óxidos de Ti que agem como núcleos para ferrita acicular. Esses óxidos são feitos se dispersarem finamente em grandes quantidades no metal
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7/32 da solda, então 0,005% ou mais têm que estar contidos. Se a quantidade de Ti se torna excessiva, os óxidos de Ti aglomeram e embrutecem e a capacidade de formar núcleos de ferrita acicular falha. Além disso, os óxidos de Ti se tornam pontos de partida de fraturas resultando no fato de a tenacidade não ser capaz de ser obtida, então o limite superior é feito ser 0,040%. Preferivelmente, o teor de Ti é 0,009% a 0,015%.
[0035] N: 0,002 a 0,006% [0036] N é um elemento eficaz para ajustar a quantidade de Ti eficaz para formar estruturas ferrita aciculares, então 0,002% ou mais têm que estar contidos. Entretanto, se estiver acima de 0,006%, a solução sólida de N que permanece sem reagir com o Ti faz a tenacidade cair notavelmente, então o limite superior é preferivelmente feito ser 0,.006%. Preferivelmente o teor de N é 0,003% a 0,004%.
[0037] B: 0 a 0,035% ou menos [0038] B promove a formação de ferrita acicular pelo B no estado de solução sólida que suprime a formação de ferrita nas bordas dos grãos do metal da solda. B não precisa estar contido, mas para obter esse efeito, 0,0001% ou mais estão preferivelmente contidos. Se o teor de B exceder 0,035%, a resistência se torna muito alta e a tenacidade cai, então o limite superior é feito ser 0,035%. B pode ser adicionado ao metal da solda a partir de qualquer metal base de chapa grossa, fluxo ou fio. Por exemplo, se o metal base for aço ao qual B não é adicionado, um fluxo contendo óxidos de B pode ser usado. O teor de B é preferivelmente 0,0005% a 0,010%.
[0039] O: 0,015 a 0,055% [0040] O é um elemento necessário para formar óxidos que agem como núcleos para ferrita acicular. Por essa razão, 0,015% ou mais têm que estar contidos. Se o teor de O estiver acima de 0,055%, a tenacidade cai devido a uma formação excessiva, aglomeração, e em
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8/32 brutecimento dos óxidos, então o seu limite superior é feito ser 0,055%. Preferivelmente, o teor de O é de 0,020% a 0,030%.
[0041] Ni: 0 a 0,60% [0042] Ni é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal da solda sem provocar uma queda na tenacidade. Ni não está necessariamente contido. Se exceder 0,60%, o efeito se torna saturado, então o limite superior é feito ser 0,60%.
[0043] Cr: 0 a 0,50% [0044] Cr é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal da solda. A inclusão de Cr não é essencial. Se seu teor estiver acima de 0,50%, o efeito se torna saturado, então o limite superior do teor de Cr é feito ser 0,50%.
[0045] Cu: 0 a 0,50% [0046] Cu é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal da solda. A inclusão de Cu não é essencial. Se o teor de Cu estiver acima de 0,50%, o efeito se torna saturado, então o limite superior do teor de Cu é feito ser 0,50%.
[0047] Mo: 0 a 0,40% [0048] Mo é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal da solda. A inclusão de Mo não é essencial. Se o teor de Mo estiver acima de 0,405, o efeito se torna saturado, então o limite superior do teor de Mo é feito ser 0,40%.
[0049] V: 0 a 0,06% [0050] V é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal da solda. A inclusão de V não é essencial. Se o teor de V estiver acima de 0,06%, o efeito se torna saturado, então o limite superior do teor de V é feito ser 0,06%.
[0051] Ca: 0 a 0,005% [0052] Ca é um elemento eficaz para melhorar a ductilidade e o refino da estrutura pelo controle da morfologia. A inclusão de Ca não é
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9/32 essencial. Se o teor de Ca for grande, os sulfetos e óxidos se tornam mais brutos e a ductilidade e a tenacidade deterioram, então o limite superior do teor de Ca é feito ser 0,005%.
[0053] Mg: 0 a 0,010% [0054] Mg forma MgS ou MgALCri que agem como partículas fixadoras. A inclusão de Mg não é essencial. Para suprimir o crescimento dos grãos de austenita no metal da solda, 0,001% ou mais de Mg são preferivelmente incluídos. Se o teor de Mg estiver acima de 0,010%, o efeito se torna saturado, então o limite superior do teor de Mg é feito ser 0,01 %. Preferivelmente esse teor é feito ser 0,0015% a 0,0025%.
[0055] Nb: 0 a 0,06% [0056] Nb é um elemento eficaz para fazer a presença de solução sólida de B ser eficaz para melhorar a resistência e suprimir a ferrita na borda do grão. A inclusão de Nb não é essencial. Se a quantidade de Nb exceder 0,06%, ilhas de martensita se formam facilmente e a tenacidade cai, então o limite superior do teor de Nb é feito ser 0,06%. Preferivelmente o teor de Nb é 0,02%.
[0057] O saldo do metal da solda é Fe e impurezas. As impurezas significam constituintes que entram através do fio de solda, do fluxo, da chapa de aço, da meio ambiente, etc., no processo de soldagem e nos meios constituintes não intencionalmente contidos.
[0058] Especificamente, P, S, N, Sb, Sn, W, Co, As, Pb, Bi, e H podem ser mencionados. Entre esses, P e S, como explicado acima, têm que ser controlados de modo que P: 0,015% ou menos e S: 0,01% ou menos.
[0059] Em relação a outros elementos, geralmente Sb, Sn, W, Co, e As podem estar contidos em 0,1% ou menos, Pb e Bi podem estar contidos em 0,005% ou menos, e H pode estar contido em 0,0005% ou menos como impurezas inevitáveis, mas se nas faixas usuais, não têm que ser particularmente controlados.
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10/32 [0060] Os constituintes do metal da solda na presente modalidade também têm que satisfazer as relações explicadas abaixo.
[0061] Pcm: 0,2% ou menos [0062] A composição de constituintes do metal da solda tem que ser uma composição em que Pcm expresso pela fórmula a seguir se torne 0,2% ou menos. O %X na fórmula significa o teor (% em massa) do elemento X no metal da solda (o mesmo valendo para a explicação a seguir). Além disso, um elemento não adicionado ao metal da solda é contado como zero (o mesmo valendo para a explicação a seguir).
[0063] Pcm=%C+%Si/30+(%Mn+%Cu+%Cr)/20+%Ni/60+%Mo/15 +%V/10+5%B [0064] Pcm é chamado de sensibilidade da solda e avalia quantitativamente os efeitos dos constituintes químicos do material de aço na fratura a baixa temperatura. Se Pcm estiver acima de 0,2%, a fratura a baixa temperatura ocorre facilmente, então o limite superior é feito ser 0,2%.
[0065] Ceq: 0,35 a 0,45% [0066] A composição de constituintes do metal da solda tem que ser uma em que o Ceq expresso pela fórmula a seguir se torne 0,35 a 0,45%.
[0067] Ceq=%C+%Mn/6+(%Cr+%Mo+%V)/5+(%Ni+%Cu)/15 [0068] Em relação à capacidade de endurecimento devido ao efeito do calor da solda no metal base, Ceq é obtido convertendo-se respectivamente as capacidades de endurecimento dos diferentes elementos de ligação para quantidades de C e totalizando-as. Para fazer o metal da solda alcançar a resistência à tração desejada, Ceq é controlado para 0,35 a 0,45%. Preferivelmente Ceq é feito ser 0,40 a 0,43%.
[0069] a': -20<oc'<40 [0070] A composição de constituintes do metal da solda da junta
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11/32 soldada tem que ter um a' expresso pela fórmula a seguir de 20 a 40. [0071] a'=(1,5x(%0-0,89%AI)+3,4x%N-%Ti)x1000 [0072] a' é um parâmetro mostrando a capacidade efetiva de formar ferrita acicular com base nas razões estequiométricas de Al, O, e Ti, N. Controlando-se a' para a faixa de -20 a 40, a capacidade de formação de ferrita acicular é melhorada.
[0073] Se a' for menor que -20, ou as quantidades de Al e Ti se tornam excessivamente grandes ou as quantidades de N e O se tornam excessivamente pequenas, então a capacidade de formação de ferrita acicular diminui notavelmente. Se a' estiver acima de 40, ou as quantidades de Al e Ti se tornam excessivamente pequenas ou as quantidades de N e O se tornam excessivamente grandes, então a capacidade de formação de ferrita acicular diminui notavelmente.
[0074] %AI/%O: 0,30 a 0,80 [0075] %AI/%O é a razão da quantidade de Al e da quantidade de O e é um indicador que mostra o potencial de oxigênio após o término da desoxidação do alumínio. Controlando-se %AI/%O para 0,3 a 0,80, a quantidade de formação de ferrita acicular pode ser aumentada.
[0076] Se a razão %AI/%O for menor que 0,30, a quantidade de O se torna excessivamente grande e o oxigênio dissolvido que não forma óxidos de Ti diminui a limpeza do aço, então a tenacidade cai. Por outro lado, se %AI/%O estiver acima de 0,80, a quantidade de Al se torna excessivamente grande, a quantidade de O ligada com Ti é diminuída, os óxidos de TI que agem como núcleos para ferrita acicular são diminuídos e a tenacidade cai. Consequentemente, %AI/%O é feito ser 0,30 a 0,80.
[0077] A seguir será explicada a estrutura metálica preferível do metal da solda.
[0078] Fazendo-se os constituintes e parâmetros do metal da solda estarem nas faixas acima e a soldagem da chapa de aço tendo
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12/32 uma resistência da classe X60 a X70 por soldagem a arco submerso pela entrada de calor de soldagem de 15 a 110 kJ/cm, a estrutura metálica do metal da solda se torna uma estrutura compreendida principalmente de ferrita acicular. O tubo de aço UO coberto pela presente invenção tem uma espessura de chapa de 6 a 40 mm aproximadamente. Para soldar uma chapa de aço com tal espessura por soldagem a arco submerso, a soldagem é executada com uma entrada de calor de soldagem na faixa de 15 a 110 kJ/cm. Sedo assim, é determinada a taxa de resfriamento do metal da solda. A estrutura metálica do metal da solda do passe final se torna a estrutura a seguir. As razões mostradas abaixo são razões de área.
[0079] Ferrita acicular: 70% ou mais [0080] Ferrita acicular é uma ferrita em forma de pino tendo óxidos à base de Ti como núcleos. Quanto maior a razão, mais finas as unidades de fratura da parte do metal da solda. Para obter esse efeito, a ferrita acicular é feita ser preferivelmente 70% ou mais.
[0081] Ferrita nas bordas dos grãos: 15% ou menos [0082] A ferrita na borda do grão é um tipo de fase frágil. Torna-se o ponto de partida de fraturas e a causa da queda da tenacidade. Por essa razão, a ferrita na borda d grão é preferivelmente feita ser 15% ou menos.
[0083] Constituinte Martensita-Austenita: 3% ou menos [0084] Um constituinte martensita-austenita é um tipo de fase frágil. Ela tem dureza extremamente alta, então se torna o ponto de partida de fraturas e a causa da queda da tenacidade. Por essa razão, os constituintes martensita-austenita são feitos ser preferivelmente 3% ou menos.
[0085] Tamanho de grão EBSD: 10 qm ou menos [0086] O tamanho de partícula EBSD (electron back scatter diffraction) é o tamanho dos grãos de cristal que formam a base para as uni
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13/32 dades de fratura. Se o tamanho de grão EBSD for 10 μιτι ou menos, as unidades de fratura se tornam mais finas. Isto é preferível do ponto de vista de garantir a tenacidade a baixa temperatura.
[0087] Fazendo-se o metal da solda ser tal que os constituintes satisfaçam a condição acima e a soldagem com uma entrada de calor da soldagem de 15 a 110 kJ/cm, é possível obter uma junta soldada por soldagem a arco submerso com uma resistência à tração do metal da solda de 480 a 620 Mpa e uma energia de absorção Charpy a 10Ό d metal da solda medida de acordo com a JIS Z2 242 de 1q00 J ou mais.
[0088] A tenacidade a baixa temperatura difere dependendo do parâmetro a' que mostra a capacidade efetiva de formar ferrita acicular. Há uma faixa mais preferível de a' dependendo da concentração de oxigênio no metal da solda. Especificamente, é preferível que 1000x%0-10<a'<1000x%0+1 (FIG. 1). Ajustando-se a' para essa faixa, a capacidade de formação de ferrita acicular é melhorada, a tenacidade a baixa temperatura é melhorada, e uma junta soldada a arco submerso com uma energia de absorção Charpy a 1300χ%0-60(Ό) de 100J ou mais pode ser obtida.
[0089] Além disso, fazendo-se o metal da solda ter constituintes que satisfaçam a condição acima e soldando-se o mesmo com uma entrada de calor da soldagem de 15 a 110 k/cm, a dureza do metal da solda se torna maior que a dureza do metal base. Preferivelmente a diferença se torna 10 Hv ou mais em termos de dureza Vickers. Além disso, a resistência à tração do metal da solda preferivelmente se torna 1,05 vezes ou mais do valor da resistência à tração do metal base.
[0090] O metal base não é particularmente limitado em estrutura desde que a chapa de aço tenha uma classe de resistência X60 a X70 (chapa de aço com uma resistência à tração do metal base de 480 a 620 Mpa). Serão mostrados abaixo os constituintes da chapa de aço
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14/32 tendo uma resistência da classe de X60 a X70 adequadas como metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal da presente invenção [0091] C: 0,01 a 0,1% [0092] C é eficaz para melhorar a resistência do aço e está incluído em 0,01% ou mais. Se a quantidade de C for muito grande, a tenacidade a baixa temperatura do metal base e a HAZ deterioram e, além disso, a capacidade de soldagem deteriora, então a quantidade de C é feita ser 0,1% ou menos, Preferivelmente o teor de C é 0,03 a 0,07%.
[0093] Si: menos de 0,5% [0094] Si é um elemento necessário para a desoxidação. Se a quantidade de Si for grande, o constituinte martensita-austenita se forma facilmente, e a tenacidade a baixa temperatura deteriora notavelmente, então a quantidade de Si é feita ser menos de 0,5%. Preferivelmente o teor de Si é menor que 0,35%. A desoxidação é também executada pelo Al e pelo Ti, então a adição de Si não é essencial.
[0095] Mn: 0,5 a 2,0% [0096] Mn age como um elemento para melhorar a capacidade de endurecimento. Para obter esse efeito, 0,5% ou mais de Mn são incluídos. Se a quantidade de Mn for grande, a capacidade de endurecimento do aço aumenta e a tenacidade na HAZ e a capacidade de soldagem deterioram. Além disso, a segregação central da placa de aço de lingotamento contínuo é ajudada, e a tenacidade a baixa temperatura do metal base deteriora, então a quantidade de MN é feita ser 2,0% ou menos. Preferivelmente, o teor de Mn é 1,0 a 1,8%.
[0097] P: 0,015% ou menos [0098] S: 0,01% ou menos [0099] P e S são impurezas, e elementos que provocam a deterioração da tenacidade da junta. Os teores desses elementos são preferivelmente tão baixos quanto possível. O teor de P é feito ser 0,015%
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15/32 ou menos, enquanto o teor de S é feito ser 0,01% ou menos. Preferivelmente o teor de P é 0,008% ou menos. Preferivelmente o teor de S é 0,003% ou menos.
[00100] Al: menos de 0,01% [00101] Al é um elemento geralmente usado como um agente desoxidante e contido no material de aço. Se a quantidade de Al se tornar maior, as inclusões não metálicas à base de Al aumentam, a limpeza do material de aço cai, e a tenacidade deteriora, então o teor de Al é feito ser menos de 0,01 %.
[00102] Ti: 0,005 a 0,03% [00103] Ti forma TiN fino no aço. Esses sozinhos ou como inclusões compostas com óxidos de Mg (MgAhCU) agem como partículas fixadoras. Como resultado, o embrutecimento dos grãos de austenita da HAZ é suprimido, a microestrutura é refinada, e a tenacidade a baixa temperatura é melhorada. Para obter esse efeito, Ti é incluído em 0,005% ou mais. Se a quantidade de Ti se tornar maior, os óxidos de Ti aglomeram e embrutecem e a tenacidade deteriora, então o teor de Ti é feito ser 0,03% ou menos. Preferivelmente o teor de Ti é 0,01 a 0,02%.
[00104] N: 0,002 a 0,006% [00105] N é um elemento que se liga ao Ti para formar TiN e está incluído em 0,002% ou mais. Se a quantidade de N for grande, a solução sólida de N não ligada ao Ti diminui a tenacidade, então o teor de N é feito ser 0,006% ou menos. Preferivelmente, o teor é 0,003 a 0,005%.
[00106] O: 0,005% ou menos [00107] O é um elemento que forma partículas fixadoras. Entretanto, se O estiver incluído, a limpeza do aço cai, então quanto menor o teor de O, melhor. O teor de O é feito ser 0,005% ou menos. Preferivelmente o teor de O é 0,003% ou menos.
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16/32 [00108] Mg: 0 a 0,01% [00109] Mg é um elemento que forma inclusões tais como MgAl2Ü4 e MgS. MgAl2Ü4 precipita no TiN. Essas inclusões agem como partículas fixadoras. Elas suprimem o embrutecimento dos grãos de austenita da HAZ para refinar a microestrutura e melhorar a tenacidade a baixa temperatura. Se a quantidade de Mg se tornar maior, o efeito se torna saturado. Mg não tem necessariamente que estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. O teor preferível de Mg é 0 a 0,01%.
[00110] Ca: 0 a 0,005% [00111] Ca é um elemento que controla a morfologia das inclusões à base de sulfetos e melhora a tenacidade a baixa temperatura. Se a quantidade de Ca for grande, o CaO-CaS se tornam grandes grupos ou inclusões que são propensas a terem efeito prejudicial na tenacidade. Ca não tem que estar necessariamente contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. O teor preferível de Ca é 0 a 0,005%.
[00112] Ni: 0 a 0,6% [00113] Ni é um elemento capaz de aumentar a resistência do metal base sem provocar uma queda na tenacidade. Se a quantidade de Ni se tornar maior, o efeito se torna saturado. Ni não tem necessariamente que estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. O teor preferível da quantidade de NI é 0 a 0,6%. [00114] Cr: 0 a 0,5% [00115] Cr é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal base. Se a quantidade de Cr se tornar maior, o efeito se torna saturado. Cr não tem necessariamente que estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. O teor preferível de Cr é de 0 a 0,5%.
[00116] Cu:0a0,5%
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17/32 [00117] Cu é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal base. Se a quantidade de Cu aumenta, o efeito se torna saturado. Cu não tem necessariamente que estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. A quantidade preferível de Cu é de 0 a 0,5%.
[00118] Mo: 0 a 0,4% [00119] Mo é um elemento capaz de melhorar a resistência do metal base. Se o teor de Mo se tornar maior, o efeito se torna saturado e a tenacidade cai. Mo não precisa necessariamente estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. O teor preferível de Mo é de 0 a 0,4%.
[00120] Nb: 0 a 0,060% [00121] Nb é um elemento que melhora a resistência do metal base. Se a quantidade de Nb se tornar maior, o constituinte martensitaaustenita se forma mais facilmente e a tenacidade cai. Nb não tem necessariamente que estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. O teor preferível de NB é 0 a 0,40%.
[00122] B: 0 a 0,002% [00123] B é um elemento eficaz para a melhoria da capacidade de endurecimento do metal base e da supressão da formação de ferrita na borda do grão. Se a quantidade de B se tornar maior, o efeito se torna saturado. B não tem necessariamente que estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. A quantidade preferível de B é de 0 a 0,002%.
[00124] V:0a0,06% [00125] V é um elemento que melhora a resistência do metal base. Se a quantidade de V se tornar maior, a razão de rendimento pode ser aumentada pelo endurecimento da precipitação. V não tem necessariamente que estar contido no metal base do tubo de aço soldado com costura longitudinal. A quantidade preferível de V é 0 a 0,06%.
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18/32 [00126] O saldo de elementos diferentes daqueles explicados acima é compreendido de Fe e impurezas. As impurezas significam constituintes contidos nas matérias primas ou que entram no processo de produção e não intencionalmente incluídos no aço.
[00127] Especificamente, P, S, O, Sb, Sn, W, Co, As, Pb, Bi, e H podem ser mencionados. Entre esses, P, S, e O são preferivelmente controlados de modo a se tornarem as faixas preferíveis acima.
[00128] Em relação a outros elementos, geralmente Sb, Sn, W, Co, e As podem entrar em 0,1% ou menos, Pb e Bi podem entrar em 0,005% ou menos, e H pode entrar em 0,0005% ou menos como impurezas inevitáveis, mas particularmente não têm que ser controlados se estiverem nas faixas usuais.
[00129] O método de produção da chapa de aço usada como metal base não é particularmente limitado. Pode ser usado um método comum de produção da chapa de aço tendo uma resistência da classe X60 a X70. Um tubo de aço soldado com costura longitudinal é obtido unindo-se as extremidades da chapa de aço grossa que serve como metal base tendo uma espessura de 6 a 40 mm aproximadamente por soldagem a arco submerso. Um tubo de aço UOE e um tubo de aço JCOE são exemplos desse método.
[00130] O método de soldagem será explicado em detalhes.
[00131] Inicialmente, a chapa de aço grossa acima é conformada com uma ranhura de uma forma predeterminada. A forma da ranhura não é particularmente limitada. Um tubo de aço soldado com costura longitudinal pode ser produzido conformando-se uma forma de ranhura que permita a soldagem das duas superfícies superior e inferior das partes extremas da chapa de aço grossa, por exemplo, uma ranhura em forma de X, fazendo-se as partes se tocarem, completando a soldagem a arco submerso a partir da superfície interna, e então executando a soldagem a arco submerso a partir do lado da superfície ex
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19/32 terna na direção longitudinal.
[00132] Além disso, o fluxo é espalhado dentro da ranhura e o fio de aço para uso na soldagem a arco submerso é usado para ligar as extremidades por soldagem a arco submerso com grande entrada de calor com uma entrada de calor de 15 a 110 kJ/cm. O fluxo e o fio de aço não são particularmente limitados. Podem ser usados os que forem conhecidos. Ao se usar o fio de aço, como fluxo, podem ser usados fluxo de ligação conhecido, fluxo de fusão, etc. Se for possível obter os constituintes acima do metal da solda dessa forma, é obtido um metal de solda excelente em tenacidade. Além disso, de acordo com a necessidade, o fluxo pode também ser pré-aquecido antes da soldagem.
[00133] O método de soldagem a arco submerso não é particularmente limitado. A soldagem a arco submerso de múltiplos eletrodos está incluída. Qualquer método de soldagem conhecido pode ser aplicado. As condições de soldagem também não são particularmente limitadas.
EXEMPLOS [00134] A seguir serão explicados exemplos da presente invenção. As condições nos exemplos são ilustrações das condições empregadas para confirmar a capacidade de trabalho e os efeitos da presente invenção. A presente invenção não é limitada a essas ilustrações de condições. A presente invenção pode empregar várias condições desde que não se desviem da essência da presente invenção e alcancem o objetivo da presente invenção.
[00135] Materiais de aço de várias composições de constituintes foram fundidas e refinadas. O aço fundido foi lingotado continuamente em placas. Essas foram aquecidas até 11000, e então laminadas a quente. A temperatura de acabamento da laminação a quente foi feita ser 7800. Os aços foram resfriados a ar até 7500, e então resfriados
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20/32 a água desde 750Ό até uma temperatura comum para assim preparar chapas de aço com várias composições de constituintes e resistências das classes X60 a X70. A Tabela 1 mostra as espessuras, a composição dos constituintes, e a resistência à tração das chapas de aço.
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TABELA 1
Chapa de aço Espessura da chapa (mm) C Si Mn P S Al Ti Constituintes químicos (% em massa) Cr Mo V Nb B Ceq Pcm TS (MPa)
N 0 Mg Ca Cu Ni
A 38 0,061 0,17 1,62 0,007 0,0023 0,003 0,012 0,0043 0,0023 0,0019 0,14 0,12 0,14 0,09 0,02 0,39 0,17 552
B 15 0,045 0,2 1,59 0,01 0,002 0,005 0,015 0,004 0,002 0,4 0,4 0,003 0,012 0,0008 0,36 0,16 490
C 40 0,095 0,15 0,6 0,008 0,003 0,003 0,008 0,0022 0,0021 0,001 0,4 0,45 0,2 0,015 0,35 0,17 512
D 30 0,059 0,03 1,53 0,007 0,002 0,009 0,02 0,0044 0,002 0,2 0,3 0,02 0,41 0,17 580
E 35 0,069 0,125 1,7 0,008 0,003 0,003 0,012 0,0034 0,0021 0,001 0,16 0,15 0,07 0,022 0,39 0,17 542
F 25 0,065 0,12 1,21 0,008 0,003 0,004 0,005 0,004 0,002 0,3 0,3 0,3 0,013 0,37 0,16 513
G 25 0,03 0,045 1,41 0,007 0,002 0,003 0,012 0,0042 0,0025 0,3 0,25 0,01 0,05 0,34 0,12 502
H 32 0,065 0,17 1 0,01 0,002 0,006 0,025 0,0058 0,002 0,009 0,0045 0,45 0,45 0,3 0,003 0,015 0,35 0,17 493
I 6 0,012 0,2 1,8 0,009 0,003 0,005 0,009 0,0039 0,0019 0,3 0,02 0,37 0,12 521
J 35 0,049 0,15 1,32 0,012 0,002 0,003 0,013 0,0034 0,0045 0,45 0,45 0,015 0,33 0,15 501
K 20 0,04 0,13 1,2 0,007 0,0002 0,002 0,012 0,004 0,002 0,002 0,2 0,35 0,3 0,2 0,02 0,38 0,15 527
L 18 0,045 0,2 1,3 0,007 0,0005 0,003 0,009 0,0035 0,0022 0,001 0,0025 0,5 0,25 0,015 0,35 0,14 523
M 20 0,055 0,173 1,75 0,007 0,0009 0,003 0,012 0,0037 0,0023 0,002 0,0022 0,01 0,01 0,19 0,019 0,39 0,16 580
N 18 0,031 0,18 1,25 0,006 0,0006 0,002 0,011 0,0034 0,002 0,003 0,35 0,25 0,3 0,05 0,02 0,38 0,14 502
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22/32 [00136] A seguir, uma ranhura em forma de X foi formada em cada uma das chapas de aço fabricadas. Ela foi conformada em um tubo e soldada por soldagem a arco submerso no lado da superfície interna e no lado da superfície externa do tubo nessa ordem usando-se um fio e um fluxo conhecidos para obter um tubo de aço UO. No momento da soldagem, a velocidade da solda etc. foram ajustadas para dar uma entrada de calor de aproximadamente 65 kJ/cm. As composições dos constituintes de cada chapa de aço e metal de solda são mostradas usando-se as Tabelas 2 a 4.
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Tabela 2
Chapa de aço Constituintes químicos (% em massa)
C Si Mn P S Al Ti N 0 B Cu Ni Cr Mo V Nb Mg Ceq Pcm Al/O a’
Ex. 1 A 0,067 0,192 1,67 0,010 0,0030 3,0120 0,0130 3,0044 0,0180 0,0008 0,12 0,285 0,08 0,21 0,011 0,43 0,19 0,67 12,940
Ex. 2 A 0,067 0,192 1,67 0,010 0,0030 3,0135 0,0300 3,0040 0,0190 0,0008 0,12 0,285 0,08 0,21 0,011 0,43 0,19 0,71 -5,923
Ex. 3 B 0,067 0,192 1,67 0,010 0,0030 3,0120 0,0160 3,0045 0,0180 0,0008 0,12 0,285 0,08 0,21 0,011 0,43 0,19 0,67 10,280
Ex. 4 A 0,067 0,192 1,67 0,010 0,0030 3,0100 0,0070 3,0051 0,0230 0,0008 0,12 0,285 0,08 0,21 0,011 0,43 0,19 0,43 31,490
Ex. 5 A 0,060 0,240 1,55 0,008 0,0024 3,0150 0,0175 3,0043 0,0280 0,0031 0,23 0,280 0,10 0,04 0,01 0,012 0,38 0,19 0,54 19,095
Ex. 6 B 0,060 0,240 1,55 0,008 0,0024 3,0240 0,0295 3,0035 0,0330 0,0031 0,23 0,280 0,10 0,04 0,01 0,012 0,38 0,19 0,73 -0,140
Ex. 7 A 0,060 0,240 1,55 0,008 0,0024 3,0090 0,0210 3,0040 0,0270 0,0031 0,23 0,280 0,10 0,04 0,01 0,012 0,38 0,19 0,33 21,085
Ex. 8 A 0,060 0,240 1,55 0,008 0,0024 3,0120 0,0120 3,0044 0,0330 0,0031 0,23 0,280 0,10 0,04 0,01 0,012 0,38 0,19 0,36 36,440
Ex. 9 A 0,070 0,250 1,59 0,009 0,0020 3,0135 0,0280 3,0045 0,0440 0,0025 0,20 0,350 0,11 0,15 0,012 0,42 0,20 0,31 35,278
Ex. 10 B 0,070 0,250 1,59 0,009 0,0020 3,0290 0,0390 3,0024 0,0400 0,0025 0,20 0,350 0,11 0,15 0,012 0,42 0,20 0,73 -9,555
Ex. 11 A 0,070 0,250 1,59 0,009 0,0020 3,0190 0,0180 3,0044 0,0370 0,0025 0,20 0,350 0,11 0,15 0,012 0,42 0,20 0,51 27,095
Ex. 12 A 0,070 0,250 1,59 0,009 0,0020 3,0180 0,0150 3,0024 0,0390 0,0025 0,20 0,350 0,11 0,15 0,012 0,42 0,20 0,46 27,630
Ex. Comp. 1 A 0,067 0,192 1,67 0,010 0,0030 3,0138 0,0390 3,0021 0,0174 0,0008 0,12 0,285 0,08 0,21 0,011 0,43 0,19 0,79 -24,183
Ex. Comp. 2 A 0,060 0,240 1,55 0,008 0,0024 3,0190 0,0390 3,0021 0,0240 0,0031 0,23 0,280 0,10 0,04 0,01 0,012 0,38 0,19 0,79 -21,225
Ex. Comp. 3 B 0,060 0,240 1,55 0,008 0,0024 3,0130 0,0055 3,0055 0,0320 0,0031 0,23 0,280 0,10 0,04 0,01 0,012 0,38 0,19 0,41 43,845
Ex. Comp. 4 A 0,070 0,250 1,59 0,009 0,0020 3,0220 0,0399 3,0021 0,0280 0,0025 0,20 0,350 0,11 0,15 0,012 0,42 0,20 0,79 -20,130
Ex. Comp. 5 A 0,070 0,250 1,59 0,009 0,0020 3,0120 0,0190 3,0045 0,0490 0,0025 0,20 0,350 0,11 0,15 0,012 0,42 0,20 0,24 53,780
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Tabela 3 (continuação da Tabela 2)
Chapa de aço Constituintes químicos (% em massa)
C Si Mn P S Al Ti N O B Cu Ni Cr Mo V Nb Mg Ceq Pcm Al/O a’
Ex. 13 A 0,064 0,2 1,57 0,01 0,003 0,012 0,0135 0,0038 0,017 0,0008 0,15 0,31 0,13 0,14 0,011 0,41 0,18 0,71 8.900
Ex. 14 A 0,04 0,12 1,8 0,01 0,003 0,012 0,013 0,0042 0,021 0,002 0,4 0,1 0,01 0,011 0,002 0,39 0,17 0,57 16.760
Ex. 15 B 0,095 0,15 1,57 0,01 0,003 0,015 0,025 0,0038 0,02 0,15 0,31 0,015 0,39 0,19 0,75 -2.105
Ex. 16 A 0,035 0,12 1,75 0,01 0,003 0,012 0,006 0,0044 0,018 0,0008 0,3 0,14 0,011 0,41 0,15 0,67 19.940
Ex. 17 A 0,06 0,24 1,63 0,008 0,0024 0,012 0,021 0,0041 0,027 0,0031 0,4 0,4 0,02 0,39 0,19 0,44 17.420
Ex. 18 A 0,065 0,18 0,8 0,008 0,0024 0,01 0,019 0,0044 0,027 0,0031 0,5 0,35 0,015 0,37 0,17 0,37 23.110
Ex. 19 A 0,03 0,24 1,63 0,008 0,0024 0,008 0,012 0,0038 0,026 0,0031 0,4 0,4 0,05 0,03 0,02 0,37 0,17 0,31 29.240
Ex. 20 B 0,08 0,22 1,3 0,008 0,0024 0,011 0,012 0,0044 0,03 0,0025 0,35 0,3 0,25 0,03 0,012 0,4 0,2 0,37 33.275
Ex. 21 A 0,061 0,2 1,6 0,009 0,002 0,014 0,018 0,0042 0,038 0,002 0,15 0,3 0,2 0,19 0,012 0,44 0,19 0,37 34.590
Ex. 22 B 0,035 0,2 1,65 0,009 0,002 0,015 0,02 0,004 0,04 0,002 0,2 0,19 0,015 0,003 0,39 0,16 0,38 33.575
Ex. 23 A 0,061 0,031 1,8 0,009 0,002 0,012 0,017 0,0038 0,038 0,002 0,15 0,3 0,2 0,01 0,012 0,43 0,19 0,32 36.900
Ex. 24 A 0,08 0,2 1,55 0,009 0,002 0,018 0,017 0,0042 0,037 0,001 0,15 0,3 0,15 0,012 0,4 0,19 0,49 28.750
Ex. Comp. 6 A 0,05 0,11 1,8 0,01 0,003 0,012 0,013 0,0042 0,018 0,0005 0,4 0,5 0,2 0,13 0,011 0,48 0,19 0,67 12.260
Ex. Comp. 7 A 0,07 0,4 1,65 0,01 0,003 0,012 0,013 0,0038 0,018 0,0034 0,15 0,27 0,3 0,02 0,011 0,44 0,22 0,67 10.900
Ex. Comp. 8 B 0,064 0,12 1,57 0,01 0,003 0,025 0,013 0,0038 0,02 0,31 0,13 0,011 0,37 0,16 1,25 -3.455
Ex. Comp. 9 A 0,064 0,12 1,57 0,01 0,003 0,006 0,013 0,0038 0,022 0,0008 0,15 0,31 0,13 0,14 0,011 0,41 0,18 0,27 24.910
Ex. Comp. 10 A 0,055 0,24 1,75 0,008 0,0024 0,019 0,019 0,0043 0,028 0,001 0,15 0,28 0,1 0,4 0,01 0,012 0,48 0,2 0,68 12.255
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Tabela 4 (continuação da Tabela 3)
Chapa de aço Constituintes químicos (% em massa)
C Si Mn P s Al Ti N 0 B Cu Ni Cr Mo V Nb Mg Ceq Pcm Al/O a’
Ex. Comp. 18 A 0,02 0,2 1,57 0,01 0,003 0,012 3,0135 3,0038 0,017 3,0008 0,15 0,31 0,13 0,14 0,011 0,37 0,14 0,71 8.900
Ex. Comp. 19 A 0,15 0,12 1,4 0,01 0,003 0,012 0,013 3,0042 0,021 0,002 0,4 0,02 0,01 0,011 0,002 0,42 0,26 0,57 16.760
Ex. Comp. 20 A 0,06 0,24 1,63 0,008 3,0024 0,006 0,021 3,0041 0,012 3,0031 0,4 0,4 0,015 0,39 0,19 0,5 2.930
Ex. Comp. 21 A 0,055 0,18 1,7 0,008 3,0024 0,019 0,027 3,0044 0,06 3,0031 0,5 0,02 0,012 0,44 0,19 0,32 52.595
Ex. Comp. 22 A 0,06 0,24 1,63 0,008 3,0024 0,012 0,003 3,0041 0,027 3,0031 0,4 0,4 0,015 0,39 0,19 0,44 35.420
Ex. Comp. 23 A 0,055 0,18 1,7 0,008 3,0024 0,01 0,05 3,0044 0,027 3,0031 0,5 0,02 0,012 0,44 0,19 0,37 -7.890
Ex. Comp. 24 A 0,045 0,2 1,57 0,01 0,003 0,04 3,0135 3,0038 0,054 3,0008 0,15 0,31 0,13 0,14 0,011 0,002 0,39 0,16 0,74 27.020
Ex. Comp. 25 A 0,045 0,2 1,57 0,01 0,003 0,012 3,0135 0,008 0,017 3,0008 0,15 0,31 0,13 0,14 0,011 0,39 0,16 0,71 23.180
Ex. 25 C 0,052 0,15 1,35 0,01 0,002 0,008 0,008 3,0048 0,016 0,35 0,3 0,25 0,03 0,012 0,38 0,16 0,5 21.640
Ex. 26 D 0,065 0,23 1,2 0,009 3,0024 0,012 0,013 3,0035 0,022 0,15 0,3 0,35 0,3 0,012 0,43 0,18 0,55 15.880
Ex. 27 E 0,053 0,48 1,4 0,008 3,0024 0,014 0,015 3,0025 0,019 3,0001 0,4 0,3 0,015 0,43 0,18 0,74 3.310
Ex. 28 F 0,045 0,2 1,41 0,01 0,003 0,013 0,008 3,0045 0,02 0,25 0,3 0,3 0,01 0,012 0,001 0,38 0,16 0,65 19.945
Ex. 29 G 0,07 0,12 1 0,012 0,003 0,014 0,012 3,0038 0,025 0,003 0,4 0,45 0,3 0,15 0,012 0,38 0,19 0,56 19.730
Ex. 130 H 0,061 0,18 1,21 0,01 0,003 3,0125 0,02 3,0045 0,028 3,0001 0,4 0,5 0,2 0,13 0,011 0,39 0,18 0,45 20.613
Ex. 31 I 0,06 0,09 1,85 0,01 0,003 0,018 0,009 0,003 0,03 3,0005 0,15 0,31 0,13 0,14 0,011 0,002 0,45 0,19 0,6 22.170
Ex. 32 J 0,051 0,3 1,34 0,011 3,0024 0,01 0,01 3,0038 0,025 0,002 0,4 0,1 0,3 0,01 0,011 0,38 0,18 0,4 27.070
Ex. 33 K 0,068 0,21 1,42 0,01 3,0024 0,015 0,013 3,0044 0,035 0,5 0,55 0,011 0,37 0,18 0,43 34.435
Ex. 34 L 0,039 0,23 1,5 0,012 3,0024 0,025 0,02 3,0029 0,054 0,4 0,3 0,21 0,012 0,42 0,17 0,46 37.485
Ex. 35 M 0,05 0,25 1,49 0,01 3,0024 0,012 0,018 3,0035 0,04 3,0002 0,4 0,45 0,25 0,01 0,012 0,41 0,18 0,3 37.880
Ex. 36 N 0,055 0,34 1,45 0,01 3,0024 0,015 0,022 0,004 0,038 0,001 0,5 0,012 0,4 0,17 0,39 28.575
25/32
Petição 870190072776, de 30/07/2019, pág. 56/68
26/32 [00137] Após a soldagem a arco submerso, foram medidas as razões de área (%) da estrutura do metal da solda (total de ferrita acicular, ferrita na borda do grão, e constituinte martensita-austenita), o tamanho do grão EBSD da parte do metal da solda, a resistência à tração do metal da solda, a diferença de dureza do metal da solda e do metal base, e a absorção de energia do teste de impacto Charpy. As Tabelas 5 a 7 mostram os resultados. A razão AF, a razão GBF, e a razão MA nas Tabelas 5 a 7 mostram respectivamente as razões de área da ferrita acicular, da ferrita na borda do grão, e do constituinte martensita-austenita na estrutura do metal da solda.
Petição 870190072776, de 30/07/2019, pág. 57/68
Tabela 5
Razão AF Razão GBF Razão MA Tam. de grão EBSD TS(WM) ΔΗ (Hv) Absorção de energia -10Ό (J) Absorção de energia Charpy (J)
Ex. 1 96,1 2,3 1,2 3,2 602 17 243 201 (@-45Ό)
Ex. 2 83,5 10,3 1,3 7,6 613 20 185
Ex. 3 94 4,2 1,5 4 602 38 235 192 (@-45Ό)
Ex. 4 86,2 8,3 1,4 6,9 608 19 141
Ex. 5 91,3 5,3 1,3 5,1 585 11 225 185 (@-30Ό)
Ex. 6 78,5 14,3 1,9 8,9 535 15 175
Ex. 7 93,1 3,6 1,4 4,9 586 11 234 181 (@-30Ό)
Ex. 8 82,2 12,5 1,5 6,7 585 11 153
Ex. 9 86,5 9,7 1,4 7,1 593 14 143 109 (@-20Ό)
Ex. 10 75,9 14,5 1,6 9,5 593 35 110
Ex. 11 84,5 9,8 1,5 6,8 606 18 139 105 (@-20Ό)
Ex. 12 73,4 14,6 1,7 9 611 20 121
Comp. Ex. 1 68,5 17,9 1,8 12,5 602 17 88
Comp. Ex. 2 67 19,4 1,9 15,6 585 11 79
Comp. Ex. 3 69,4 20,9 1,8 20,4 535 15 81
Comp. Ex. 4 39 21 1,9 19,2 593 14 53
Comp. Ex. 5 59,4 19,8 2,1 22,5 593 14 42
27/32
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Tabela 6 (continuação da tabela 5)
Razão AF Razão GBF Razão MA Tam. de grão EBSD TS (WM) ΔΗ (Hv) Absorção de energia -10Ό (J) Absorção de energia Charpy (J)
Ex. 13 94 3 1,4 3,9 584 11 241 185 (@-45<C)
Ex. 14 87,4 8,7 1,2 4,9 590 13 235 181 (@-45<C)
Ex. 15 80,5 7,2 2,4 6,7 542 18 180
Ex. 16 84,3 6,2 1,5 5,9 611 19 232 171 (@-45<C)
Ex. 17 94,5 3,5 1,4 3,7 619 16 221 179 (@-30<C)
Ex. 18 91,9 4,1 1,2 4,6 529 13 239 180 (@-30<C)
Ex. 19 85 8,9 1,2 6,1 579 22 164
Ex. 20 89,5 5 2,2 6 611 11 171
Ex. 21 84,4 9,8 1,4 7 610 19 142 115 (@-20<C)
Ex. 22 86,8 8,7 1,2 6,9 543 18 150 103 (@-20<C)
Ex. 23 83,1 9 1,4 8,1 606 18 131 108 (@-20<C)
Ex. 24 80,5 10,5 2,4 9 598 15 132 106 (@-20<C)
Ex. Comp. 6 90,5 4,2 1,2 4,7 726 58 92
Ex. Comp. 7 91 3,8 2,8 4,9 647 32 89
Ex. Comp. 8 53,1 10,8 1,5 25,4 521 11 59
Ex. Comp. 9 60,1 15,9 1,2 21 584 11 41
28/32
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Razão AF Razão GBF Razão MA Tam. de grão EBSD TS (WM) ΔΗ (Hv) Absorção de energia -10Ό (J) Absorção de energia Charpy (J)
Ex. Comp. 10 87,6 6,9 1,3 8,1 668 39 95
Ex. Comp. 11 88,1 7,2 1,4 6 625 24 96
Ex. Comp. 12 50,4 16,2 1,5 22,5 532 14 41
Ex. Comp. 13 55,9 20,3 1,2 24 585 11 33
Ex. Comp. 14 78,5 18,5 1,4 8,9 429 -41 89
Ex. Comp. 15 83,3 9,8 3,2 8,3 648 53 92
Ex. Comp. 16 40,5 21,1 1,3 24,5 610 19 20
Ex. Comp. 17 52,4 25,5 1,2 23 610 19 18
29/32
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Tabela 7 (continuação da Tabela 6)
Razão AF Razão GBF Razão MA Tam. de grão EBSD TS(WM) A)G5H(H Absorção de energia -10Ό (J) Absorção de energia Charpy
Ex. Comp. 18 81 11 1,5 7,8 513 -13 89
Ex. Comp. 19 86 9 5,1 8,1 582 10 81
Ex. Comp. 20 68 18 1,2 18,5 589 12 51
Ex. Comp. 21 71 11 1,3 9,5 619 22 80
Ex. Comp. 22 67 19 1,1 19,1 539 9 50
Ex. Comp. 23 73 10 1,3 9,4 619 36 71
Ex. Comp. 24 71 9 1,2 9,7 548 15 79
Ex. Comp. 25 80 8 1,4 8,9 588 22 76
Ex. 25 84 9,1 1,3 5,1 567 18 192
Ex. 26 94 2,5 1,2 4,8 625 15 241 180 (@-45<C)
Ex. 27 85 2,1 1,2 5,9 607 22 234
Ex. 28 80 10,5 1,1 5,2 570 19 229 178 (@-45<C)
Ex. 29 95 3,1 1,2 5,1 547 15 235 179 (@-30Ό)
Ex. 30 94 2,5 1,3 4,5 554 20 229 171 (@-30<C)
30/32
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31/32 [00138] A absorção de energia do teste de impacto Charpy foi medida como segue.
[00139] Em uma seção transversal da espessura da chapa paralela à direção que inclui a HAZ e o metal da solda, foi retirado um corpo de prova do teste Charpy do centro da parte do metal da solda 2 mm abaixo da camada de superfície da chapa de aço. De acordo com a JIS Z2242, um teste de impacto Charpy foi executado a -10Ό para medir a absorção de energia. A absorção de energia foi descoberta executando-se o teste de impacto Charpy três vezes e obtendo-se o seu valor médio. Uma amostra com um valor de menos de 100J foi considerada como pobre em tenacidade. Algumas amostras foram também medidas para a absorção de energia Charpy a uma temperatura diferente de -10Ό.
[00140] As razões de área das estruturas foram medidas como segue:
[00141] Uma 1/2 parte da largura do cordão de solda na posição a % da espessura a partir da camada de superfície no segundo passe foi retirada como um corpo de prova. Essa foi polida, e então corroída com corrosão Nital e corrosão LePera. A estrutura revelada foi observada por um microscópio ótico em uma faixa de 1000 pm x 1000 pm. 10 campos da estrutura foram medidos. As imagens obtidas foram analisadas e as razões médias de área das estruturas foram calculadas.
[00142] O tamanho de grão EBSD foi obtido por análise EBSD de 20 campos em uma faixa de 500 pm x 500 pm e tirando-se a média dos tamanhos dos grãos de cristal quando divididos em seções de uma diferença de orientação de cristal de 15°.
[00143] Como mostrado nas Tabelas 5 a 7, os exemplos da invenção que satisfazem a composição de constituintes de uma junta soldada da presente invenção tiveram uma absorção de energia Charpy
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10¾ de 100J ou mais e uma excelente tenacidade da parte do metal da solda.
[00144] Em oposição a isso, exemplos comparativos que não satisfazem a composição de constituintes de uma junta soldada da presente invenção tiveram uma absorção de energia Charpy a -10Ό de menos de 100 J e uma baixa tenacidade da parte do metal da solda e da junta soldada.
[00145] Além disso, nos exemplos da invenção, uma alta absorção de energia Charpy foi obtida de acordo com as quantidades de O no metal da solda mesmo a -20Ό, -30Ό, e -45Ό.
[00146] A FIG. 2 dá exemplos de estruturas do metal da solda, (a) e (b) mostram as estruturas dos exemplos da invenção, enquanto (c) e (d) mostram as estruturas de exemplos comparativos. Nos exemplos da invenção, verifica-se que as estruturas do metal da solda são feitas mais finas.
APLICABILIDADE INDUSTRIAL [00147] De acordo com a presente invenção, é possível fornecer um tubo de aço soldado com costura longitudinal excelente em tenacidade da parte do metal da solda mesmo se ligar uma chapa de aço grossa com uma grande entrada de calor da soldagem. Consequentemente, a presente invenção t4em alta aplicabilidade industrial.

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Tubo de aço soldado com costura longitudinal caracterizado pelo fato de que tem uma zona de solda soldada em uma superfície interna e em uma superfície externa em uma direção longitudinal, a composição química de um metal base do tubo de aço contendo, em % em massa,
    C: 0,01 a 0,1%,
    Si: menos de 0,5%,
    Mn: 0,5 a 2,0%,
    P: 0,015% ou menos,
    S: 0,01% ou menos,
    Al: menos de 0,01%,
    Ti: 0,005 a 0,03%,
    N: 0,002 a 0,006%,
    O: 0,005% ou menos,
    Mg: 0 a 0,01%,
    Ca: 0 a 0,005%,
    Ni: 0 a 0,6%,
    Cr: 0 a 0,5%,
    Cu: 0 a 0,5%,
    Mo: 0 a 0,4%,
    Nb: 0 a 0,06%,
    B: 0 a 0,002%,
    V: 0 a 0,06% e o saldo sendo Fe e impurezas, a resistência à tração do metal base sendo 480 a 620 Mpa, a composição química de um metal de solda do tubo de aço contendo, em % em massa,
    C: 0,03 a 0,1%,
    Si: 0,03 a 0,5%,
    Petição 870190072776, de 30/07/2019, pág. 64/68
  2. 2/3
    Μη: 0,5 a 2,0%,
    Ρ: 0,015% ou menos,
    S: 0,01% ou menos,
    Al: 0,001 a 0,03%,
    Ti: 0,005 a 0,04%,
    N: 0,002 a 0,006%,
    B: 0 a 0,035%,
    O: 0,015 a 0,055%,
    Ni: 0 a 0,6%,
    Cr: 0 a 0,5%,
    Cu: 0 a 0,5%,
    Mo: 0 a 0,4%,
    V: 0 a 0,06%,
    Ca: 0 a 0,005%,
    Mg: 0 a 0,01%,
    Nb: 0 a 0,06% e o saldo sendo Fe e impurezas, onde quando %X expressa o teor de um elemento X no metal da solda,
    Pcm definido por
    Pcm=%C+%Si/30+(%Mn+%Cu+%Cr)/20+%Ni/60+ %Mo/15+%V/10+5%B é 0.2% ou menos,
    Ceq definido por
    Ceq=%C+%Mn/6+(%Cr+%Mo+%V)/5+(%Ni+%Cu)/15 é
    0,35 a 0,45%, a' definido por oc'=(1,5x(%0-0,89%AI)+3,4x%N-%Ti)x1000 é -20 a 40, e %AI/%O é 0,3 a 0,8.
    2. Tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a' satisfaz
    Petição 870190072776, de 30/07/2019, pág. 65/68
  3. 3/3
    1000χ%0-10<α'<1000x%0+1.
    3. Tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a estrutura do metal da solda compreende, em razão de área, ferrita acicular 70%ou mais, ferrita na borda do grão 15% ou menos, e constituinte martensita-austenita 3% ou menos, e tem um tamanho de grão EBSD de 10 μπΊ ou menos.
  4. 4. Tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a resistência à tração do metal da solda é 1,05 ou mais da resistência à tração do metal base.
  5. 5. Tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dureza do metal da solda é maior que a dureza do metal base e a sua diferença é de 10 Hv ou mais.
  6. 6. Tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a absorção de energia Charpy do metal da solda a -10Ό é 100 J ou mais.
  7. 7. Tubo de aço soldado com costura longitudinal de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a absorção de energia Charpy do metal da solda a 1300x%060(G) é 100 J ou mais.
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