BR112019017105A2 - tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos e método de produção do mesmo - Google Patents
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Abstract
um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos que é excelente em tenacidade à baixa temperatura, resistência à corrosão por dióxido de carbono, resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto e resistência à rachadura sob tensão por sulfeto é descrito. o tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência que tem uma resistência ao escoamento de 862 mpa ou mais contém, em %, em massa, c :0,05% ou menos, si: 0,5% ou menos, mn: 0,15 a 1,0%, p :0,030% ou menos, s :0,005% ou menos, cr: 14,5 a 17,5%, ni: 3,0 a 6,0%, mo: 2,7 a 5,0%, cu: 0,3 a 4,0%, w :0,1 a 2,5%, v: 0,02 a 0,20%, al: 0,10% ou menos, n: 0,15% ou menos, b: 0,0005 a 0,0100%, e o saldo é fe e impurezas inevitáveis, e em que o c, si, mn, cr, ni, mo, cu, e n satisfazem uma fórmula específica, e o cu, mo, w, cr, e ni satisfazem uma fórmula específica. o tubo de aço inoxidável tem mais de 45% de fase de martensita, 10 a 45% de fase de ferrita e 30% ou menos de fase de austenita retida. os grãos de ferrita têm um tamanho de grão de cristal máximo de 500 µm ou menos como medido em uma inspeção de uma região contínua de 100 mm2 supondo que os grãos tendo uma diferença de orientação de cristal de não mais de 15° representem os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (ebsd).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para TUBO DE AÇO INOXIDÁVEL SEM COSTURA DE ALTA RESISTÊNCIA PARA PRODUTOS TUBULARES PETROLÍFEROS E MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO.
CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se a um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência preferido para uso em aplicações de poços de petróleo e poços de gás como em poços de petróleo bruto e poços de gás natural (mais adiante neste documento, simplesmente chamado de produtos tubulares petrolíferos). Particularmente, a invenção refere-se a um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência preferido para uso nos produtos tubulares petrolíferos e tendo excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono em um ambiente corrosivo severo de alta temperatura contendo gás dióxido de carbono (CO2) e íons de cloro (Cl ), e excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto (resistência à SCC) sob alta temperatura, e excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto (resistência à SSC) sob temperatura ambiente em um ambiente contendo sulfeto de hidrogênio (H2S). Como usado no presente documento, alta resistência significa resistência com uma resistência ao escoamento na ordem de 125 ksi, especificamente uma resistência ao escoamento de 862 MPa ou mais.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] O aumento do preço de óleos crus, e a crescente escassez de recursos petrolíferos levaram ao desenvolvimento ativo de campos petrolíferos profundos que era impensável no passado, e campos de petróleo e campos de gás de um ambiente corrosivo severo, ou um ambiente ácido como também é chamado, em que 0 sulfeto de hidrogênio e outros gases corrosivos estão presentes. Tais campos de petróleo e campos de gás são tipicamente muito profundos, e envolvem
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2/40 um ambiente corrosivo severo de alta temperatura de uma atmosfera contendo CO2, Cl· e H2S. Os materiais de tubos de aço para produtos tubulares petrolíferos destinados ao uso em tal ambiente exigem alta resistência, e excelente resistência à corrosão (resistência à corrosão por dióxido de carbono, resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto e resistência à rachadura sob tensão por sulfeto).
[003] Os produtos tubulares petrolíferos usados para mineração de campos de petróleo e campos de gás de um ambiente contendo gás dióxido de carbono (CO2) íons de cloro (Cl·), e similares frequentemente usam tubos de aço inoxidável martensítico com 13% de Cr. Os aços inoxidáveis martensíticos de 13Cr modificados com um teor de carbono reduzido e teores aumentados de outros componentes como Ni e Mo também vêm sendo amplamente utilizados nos últimos anos.
[004] Por exemplo, PTL 1 descreve um aço inoxidável martensítico modificado (tubo) que aprimora a resistência à corrosão de um aço inoxidável martensítico de 13Cr (tubo). O aço inoxidável (tubo) descrito em PTL 1 é um aço inoxidável martensítico que tem excelente resistência à corrosão e excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto, e contém, em %, em peso, C: 0,005 a 0,05%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 0,1 a 1,0%, P: 0,025% ou menos, S: 0,015% ou menos, Cr: 10 a 15%, Ni: 4,0 a 9,0%, Cu: 0,5 a 3%, Mo: 1,0 a 3%, Al: 0,005 a 0,2%, N: 0,005 a 0,1%, e 0 saldo é Fe e impurezas inevitáveis, em que 0 equivalente de Ni (Ni eq.) satisfaz 40C + 34N + Ni + 0,3Cu 1,1 Cr - 1,8Mo = -10. O aço inoxidável martensítico tem uma fase de martensita temperada, uma fase de martensita e uma fase de austenita retida, em que a fração total da fase de martensita temperada e a fase de martensita é 60% ou mais e 90% ou menos, e 0 restante é a fase de austenita retida. Isso aprimora a resistência à corrosão e a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto em um ambi
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3/40 ente contendo gás dióxido de carbono úmido, e em um ambiente contendo sulfeto de hidrogênio úmido.
[005] Houve o desenvolvimento de produtos tubulares petrolíferos destinados ao uso em um ambiente corrosivo de temperaturas ainda mais altas (tão altas quanto 200°C). Entretanto, com a técnica descrita em PTL 1, a resistência à corrosão desejada não pode ser suficientemente garantida de maneira estável em tal ambiente corrosivo de alta temperatura.
[006] Isso gerou uma demanda por um tubo de aço para produtos tubulares petrolíferos que têm excelente resistência à corrosão e excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto mesmo quando usado em um ambiente corrosivo de alta temperatura. Para esta finalidade, uma ampla variedade de tubos de aço inoxidável martensítico é proposta.
[007] Por exemplo, PTL 2 descreve um tubo de aço inoxidável de alta resistência que tem excelente resistência à corrosão de uma composição contendo, em %, em massa, C: 0,005 a 0,05%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 0,2 a 1,8%, P: 0,03% ou menos, S: 0,005% ou menos, Cr: 15,5 a 18%, Ni: 1,5 a 5%, Mo: 1 a 3,5%, V: 0,02 a 0,2%, N: 0,01 a 0,15%, e O: 0,006% ou menos, em que o Cr, Ni, Mo, W, e C satisfazem uma expressão relacionai específica, e o Cr, Mo, Si, C, Mn, Ni, Cu, e N satisfazem uma expressão relacionai específica. O tubo de aço inoxidável tem uma estrutura que tem uma fase de martensita como uma fase básica e contém 10 a 60% de fase de ferrita e pode conter adicionalmente 30% ou menos de fase de austenita, por volume. Dessa forma, o tubo de aço inoxidável pode ter resistência à corrosão suficiente mesmo em um ambiente corrosivo severo contendo CO2- e Cl’ de uma temperatura tão alta quanto 230°C, e um tubo de aço inoxidável de alta resistência e alta tenacidade para produtos tubulares petrolíferos pode ser produzido de maneira estável.
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4/40 [008] PTL 3 descreve um tubo de aço inoxidável de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos que têm alta tenacidade e excelente resistência à corrosão. A técnica descrita em PTL 3 produz um tubo de aço de uma composição contendo, %, em massa, C: 0,04% ou menos, Si: 0,50% ou menos, Mn: 0,20 a 1,80%, P: 0,03% ou menos, S: 0,005% ou menos, Cr: 15,5 a 17,5%, Ni: 2,5 a 5,5%, V: 0,20% ou menos, Mo: 1,5 a 3,5%, W: 0,50 a 3,0%, Al: 0,05% ou menos, N: 0,15% ou menos, e O: 0,006% ou menos, em que Cr, Mo, W, e C satisfazem uma expressão relacionai específica, e Cr, Mo, W, Si, C, Mn, Cu, Ni, e N satisfazem uma expressão relacionai específica, e o Mo e W satisfazem uma expressão relacionai específica. O tubo de aço inoxidável de alta resistência tem uma estrutura que tem uma fase de martensita como uma fase básica e contém 10 a 50% de fase de ferrita por volume. A técnica permite a produção de um tubo de aço inoxidável de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos tendo resistência à corrosão suficiente mesmo em um ambiente corrosivo severo à alta temperatura contendo CO2-, Cl - e H2S.
[009] PTL 4 descreve um tubo de aço inoxidável de alta resistência que tem excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto e excelente resistência à corrosão por gás dióxido de carbono à alta temperatura. A técnica descrita em PTL 4 produz um tubo de aço de uma composição contendo, %, em massa, C: 0,05% ou menos, Si: 1,0% ou menos, S: menos de 0,002%, Cr: mais de 16% e 18% ou menos, Mo: mais de 2% e 3% ou menos, Cu: 1 a 3,5%, Ni: 3% ou mais e menos que 5%, Al: 0,001 a 0,1%, e O: 0,01% ou menos, em que 0 Mn e N satisfazem uma relação específica em uma fase de 1% ou menos de Mn, e 0,05% ou menos de N. O tubo de aço inoxidável de alta resistência tem uma estrutura que é principalmente uma fase de martensita, e que contém 10 a 40% de fase de ferrita, e 10% ou menos de fase retida γ por volume. A técnica permite a produção de um tubo de aço
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5/40 inoxidável de alta resistência tendo excelente resistência à corrosão. A resistência à corrosão é suficiente mesmo em um ambiente de gás dióxido de carbono de uma temperatura tão alta quanto 200°C, e o tubo de aço inoxidável tem resistência à rachadura sob tensão por sulfeto suficiente mesmo a temperaturas com gás ambiente reduzidas.
[0010] PTL 5 descreve um aço inoxidável para produtos tubulares petrolíferos que tem uma tensão de prova de 758 MPa ou mais. O de aço inoxidável tem uma composição contendo, em % em massa, C: 0,05% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,01 a 0,5%, P: 0,04% ou menos, S: 0,01% ou menos, Cr: mais de 16,0 a 18,0%, Ni: mais de 4,0 a 5,6%, Mo: 1,6 a 4,0%, Cu: 1,5 a 3,0%, Al: 0,001 a 0,10%, e N: 0,050% ou menos, em que Cr, Cu, Ni, e Mo satisfazem uma relação específica, e (C + N), Mn, Ni, Cu, e (Cr + Mo) satisfazem uma relação específica. O aço inoxidável tem uma estrutura com uma fase de martensita, e 10 a 40% por volume de fase de ferrita, em que a proporção da fase de ferrita que cruza uma pluralidade de segmentos imaginários de 50 pm de comprimento a partir da superfície na direção da espessura e dispostos em linhas sobre uma região de 200 pm em um passo de 10 pm é maior que 85%. Dessa forma, o aço inoxidável para produtos tubulares petrolíferos tem excelente resistência à corrosão em um ambiente à alta temperatura e excelente resistência à SCC à temperatura ambiente.
[0011] PTL 6 descreve contendo, em %, em massa, C: 0,05% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,15 a 1,0%, P: 0,030% ou menos, S: 0,005% ou menos, Cr: 15,5 a 17,5%, Ni: 3,0 a 6,0%, Mo: 1,5 a 5,0%, Cu: 4,0% ou menos, W: 0,1 a 2,5%, e N: 0,15% ou menos, para satisfazer -5,9 x (7,82 + 27C - 0,91 Si + 0,21 Mn - 0,9Cr + Ni - 1,1 Mo + 0,2Cu + 11N) - 13,0, Cu + Mo + 0,5W ~ 5,8, e Cu + Mo + W + Cr + 2Ni = 34,5. Dessa forma, o tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência pode ter excelente resistência à corrosão, incluindo excelente
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6/40 resistência à corrosão por dióxido de carbono em um ambiente à alta temperatura contendo CO2- e Cl· tão alta quanto 200°C, e excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto e excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto em um ambiente corrosivo contendo H2S.
LISTA DE REFERÊNCIAS
LITERATURA DE PATENTES [0012] PTL 1: JP-A-H10-1755 [0013] PTL 2: JP-A-2005-336595 [0014] PTL 3: JP-A-2008-81793 [0015] PTL 4: WO2010/050519 [0016] PTL 5: WO2010/134498 [0017] PTL 6: JP-A-2015-110822
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
PROBLEMA TÉCNICO [0018] Visto que 0 desenvolvimento de campos de petróleo e campos de gás de um ambiente corrosivo severo continua, é necessário que os tubos de aço para produtos tubulares petrolíferos tenham alta resistência, excelente tenacidade à baixa temperatura e excelente resistência à corrosão, incluindo resistência à corrosão por dióxido de carbono e resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto (resistência à SCC) e resistência à rachadura sob tensão por sulfeto (resistência à SSC), mesmo em um ambiente corrosivo severo de alta temperatura contendo CO2, Cl·- e H2S.
[0019] Entretanto, não se pode dizer que as técnicas descritas em PTL 2 a PTL 5 são satisfatórias em termos de fornecer excelente tenacidade à baixa temperatura e resistência à SSC suficiente em um ambiente com uma alta pressão parcial de H2S. Isso se deve ao fato de que os grãos de cristal em um material de tubo de aço aquecido antes da perfuração para aprimorar a trabalhabilidade a quente aumentam
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7/40 de tamanho quando a temperatura de aquecimento for muito alta, e não conseguem fornecer um alto valor de tenacidade à baixa temperatura. Com uma baixa tenacidade à baixa temperatura, o tubo de aço inoxidável não pode ser usado em climas frios. Quando a temperatura de aquecimento for muito baixa, a falta de ductilidade causa rachadura nas superfícies internas e externas do tubo de aço durante a fabricação do tubo. Em produtos tubulares petrolíferos que usam tal tubo de aço, resistência à SSC suficiente não pode ser obtida no caso em que íons corrosivos se acumulam na rachadura do aço, ou se concentram à medida que a corrosão progride. Um alto valor de tenacidade à baixa temperatura não pode ser obtido com a técnica descrita em PTL 6.
[0020] A presente invenção destina-se a fornecer soluções para os problemas anteriormente mencionados da técnica relacionada, e um objetivo da presente invenção é fornecer um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos tendo alta resistência e excelente tenacidade à baixa temperatura e excelente resistência à corrosão incluindo excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono, e excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto e excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto, mesmo em um ambiente corrosivo severo como descrito acima. A invenção também se destina a fornecer um método para a produção de tal tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência.
[0021] Como usado no presente documento, alta resistência significa uma resistência ao escoamento de 125 ksi (862 MPa) ou mais.
[0022] Como usado no presente documento, excelente tenacidade à baixa temperatura significa ter uma energia de absorção de 100 J ou mais a -40°C como medido em um teste de impacto de Charpy realizado com uma peça de teste em entalhe em forma de V (10 mm de espessura) de acordo com J IS Z 2242.
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8/40 [0023] Como usado no presente documento, excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono significa que uma peça de teste imersa em uma solução de teste (solução aquosa a 20%, em massa, de NaCI; temperatura de líquido: 200°C; atmosfera de gás COzde 30 atm) carregado em uma autoclave tem uma taxa de corrosão de 0,125 mm/y ou menos após 336 horas na solução.
[0024] Como usado no presente documento, excelente resistência à corrosão sob tensão por sulfeto significa que uma peça de teste imersa em uma solução de teste (uma solução aquosa a 20%, em massa, de NaCI; temperatura de líquido: 100°C; uma atmosfera de gás COzde 30 atm, e atmosfera de H2S de 0,1 atm) que tem um pH ajustado de 3,3 com a adição de uma solução aquosa de ácido acético e acetato de sódio em uma autoclave não sofre rachadura mesmo após 720 horas sob uma tensão aplicada igual a 100% do limite de escoamento.
[0025] Como usado no presente documento, excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto significa que uma peça de teste imersa em uma solução de teste (uma solução aquosa a 20%, em massa, de NaCI; temperatura de líquido: 25°C; uma atmosfera de gás CÜ2de 0,9 atm, e atmosfera de H2S de 0,1 atm) que tem um pH ajustado de 3,5 com a adição de uma solução aquosa de ácido acético e acetato de sódio em uma autoclave não sofre rachadura mesmo após 720 horas sob uma tensão aplicada igual a 90% do limite de escoamento.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA [0026] Para atingir os objetivos acima, os presentes inventores realizaram estudos intensivos de tubos de aço inoxidável de uma composição contendo Cr a partir da perspectiva de resistência à corrosão, no que refere-se a vários fatores que podem afetar a tenacidade à baixa temperatura a -40°C. Os estudos revelaram que um tubo de aço
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9/40 inoxidável sem costura de alta resistência que tem excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono e excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto à alta temperatura, em um ambiente corrosivo de alta temperatura contendo CO2-, Cl· e H2S de 200°C, e em um ambiente corrosivo de uma atmosfera contendo CO2, Cl· e H2S sob uma tensão aplicada perto da resistência ao escoamento pode ser obtido quando 0 tubo de aço inoxidável tiver uma estrutura compósita que contém mais de 45% de fase de martensita como uma fase primária, 10 a 45% de fase de ferrita e 30% ou menos de fase de austenita retida como uma fase secundária, por volume.
[0027] Outra constatação é que a trabalhabilidade a quente melhora com uma composição contendo mais de uma determinada quantidade de boro, e que, com tal composição, 0 crescimento de grãos durante 0 aquecimento pode ser reduzido sem causar defeitos devido à ductilidade reduzida, mesmo quando um material de tubo de aço for aquecido a uma temperatura de 1200°C ou menos para a produção de um tubo de aço sem costura, como será descrito posteriormente. Com a estrutura fina, a tenacidade à baixa temperatura melhora.
[0028] Após estudos adicionais, os presentes inventores constataram que 0 ajuste dos teores de C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N para satisfazer a seguinte fórmula (1) é importante para fornecer a estrutura compósita desejada em uma composição contendo 14,5 %, em massa, ou mais de Cr.
Fórmula (1)
-5,9 x (7,82 + 27C - 0,91 Si + 0,21 Mn - 0,9Cr + Ni - 1,1 Mo + 0,2Cu + 11N) > 13,0, [0029] em que C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N representam 0 teor de cada elemento (% em massa).
[0030] O lado esquerdo da fórmula (1) representa um valor experimentalmente determinado pelos presentes inventores como um índi
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10/40 ce que inclui a probabilidade de ocorrência da fase de ferrita. Os presentes inventores constataram que o ajuste da quantidade e do tipo dos elementos de liga para satisfazer a fórmula (1) é importante para obter a estrutura compósita desejada.
[0031] Verificou-se também que a geração excessiva de austenita retida pode ser reduzida, e a alta resistência e resistência à rachadura sob tensão por sulfeto desejadas podem ser fornecidas com o ajuste dos teores de Cu, Mo, W, Cr e Ni para satisfazer a seguinte fórmula (2).
Fórmula (2)
Cu + Mo + W + Cr + 2Ni < 34,5, [0032] em que Cu, Mo, W, Cr, e Ni representam o teor de cada elemento (% em massa).
[0033] Outra constatação é que uma excelente tenacidade à baixa temperatura com uma energia de absorção de Charpy a -40°C de 100 J ou mais pode ser obtida quando um material de tubo de aço antes da perfuração for aquecido a uma temperatura de 1200°C ou menos durante a produção de um tubo de aço sem costura.
[0034] Em relação aos motivos pelos quais uma composição que tem um alto teor de Cr de 14,5 %, em massa, ou mais, uma estrutura compósita contendo uma fase de martensita principalmente, uma fase de ferrita e uma fase de austenita retida como uma fase secundária, e contendo Cr, Mo, e W, cada um, em uma quantidade não menor que uma quantidade específica pode ter não só excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono como também excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto e excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto, os presentes inventores consideram o seguinte.
[0035] A fase de ferrita fornece excelente resistência à corrosão alveolar, e precipita-se de maneira laminar na direção de laminação,
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11/40 ou seja, a direção axial do tubo. Como a estrutura laminar é paralela à direção da tensão aplicada em um teste de rachadura sob tensão por sulfeto e um teste de corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto, as rachaduras se propagam de uma maneira que divide a estrutura laminar em duas partes. Consequentemente, a propagação de rachadura é suprimida, e a resistência à SSC e a resistência à SCC melhoram.
[0036] Uma excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono ocorre quando a composição contiver um teor de carbono reduzido de 0,05 %, em massa, ou menos, e 14,5 %, em massa, ou mais de Cr, 3,0 %, em massa, ou mais de Ni e 2,7 %, em massa, ou mais de Mo.
[0037] A presente invenção baseia-se nessas constatações, e foi concluída após estudos adicionais. Especificamente, o fundamento da presente invenção é da seguinte forma.
[0038] [1] Um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos, sendo que o tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência tem uma resistência ao escoamento de 862 MPa ou mais com uma composição que compreende, em %, em massa, C :0,05% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,15 a 1,0%, P :0,030% ou menos, S :0,005% ou menos, Cr: 14,5 a 17,5%, Ni: 3,0 a 6,0%, Mo: 2,7 a 5,0%, Cu: 0,3 a 4,0%, W :0,1 a 2,5%, V: 0,02 a 0,20%, Al: 0,10% ou menos, N: 0,15% ou menos, B: 0,0005 a 0,0100%, e o saldo é Fe e impurezas inevitáveis, e em que o C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N satisfazem a fórmula (1) abaixo, e o Cu, Mo, W, Cr, e Ni satisfazem a fórmula (2) abaixo, [0039] em que o tubo de aço inoxidável tem uma estrutura que contém mais de 45% de fase de martensita como uma fase primária, 10 a 45% de fase de ferrita e 30% ou menos fase de austenita retida como uma fase secundária, por volume, e [0040] em que os grãos de ferrita têm um tamanho de grão de cristal máximo de 500 pm ou menos como medido em uma inspeção de
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12/40 uma região contínua de 100 mm2 supondo que os grãos tendo uma diferença de orientação de cristal de não mais de 15° representem os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD).
Fórmula (1)
-5,9 x (7,82 + 27C - 0,91 Si + 0,21 Mn - 0,9Cr + Ni - 1,1 Mo + 0,2Cu + 11N) > 13,0, [0041] em que C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu e N representam o teor de cada elemento (% em massa).
Fórmula (2)
Cu + Mo + W + Cr + 2Ni < 34,5, [0042] em que Cu, Mo, W, Cr e Ni representam o teor de cada elemento (% em massa).
[0043] [2] O tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos de acordo com o item [1], em que a composição compreende adicionalmente, em %, em massa, pelo menos um selecionado a partir de Nb: 0,02 a 0,50%, Ti: 0,02 a 0,16% e Zr: 0,02 a 0,50%.
[0044] [3] O tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos de acordo com o item [1] ou [2], em que a composição compreende adicionalmente, em %, em massa, pelo menos um selecionado a partir de REM: 0,001 a 0,05%, Ca: 0,001 a 0,005%, Sn: 0,05 a 0,20%, e Mg: 0,0002 a 0,01%.
[0045] [4] O tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos de acordo com qualquer um dos itens [1] a [3], em que a composição compreende adicionalmente, em %, em massa, pelo menos um selecionado a partir de Ta: 0,01 a 0,1%, Co: 0,01 a 1,0%, e Sb:0,01 a 1,0%.
[0046] [5] Um método de produção do tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos de qualquer um dos itens [1] a [4],
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13/40 [0047] o método que compreende:
[0048] aquecer um material de tubo de aço a uma temperatura de aquecimento de 1200°C ou menos;
[0049] trabalhar o material de tubo de aço a quente para produzir um tubo de aço sem costura de um formato predeterminado; e [0050] arrefecer bruscamente e temperar o tubo de aço sem costura trabalhado a quente em sucessão.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0051] A presente invenção pode fornecer um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência com alta resistência e excelente tenacidade à baixa temperatura e, ainda, com excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono, excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto e excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto, mesmo em um ambiente corrosivo severo como descrito acima.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES [0052] Um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos da presente invenção é um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência que tem uma resistência ao escoamento de 862 MPa ou mais, e uma energia de absorção a -40°C de 100 J ou mais como medido por um teste de impacto de Charpy, e tem uma composição que compreende, em %, em massa, C :0,05% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,15 a 1,0%, P :0,030% ou menos, S :0,005% ou menos, Cr: 14,5 a 17,5%, Ni: 3,0 a 6,0%, Mo: 2,7 a 5,0%, Cu: 0,3 a 4,0%, W :0,1 a 2,5%, V: 0,02 a 0,20%, Al: 0,10% ou menos, N: 0,15% ou menos, B: 0,0005 a 0,0100%, e o saldo é Fe e impurezas inevitáveis, em que o C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N satisfazem a fórmula (1) abaixo, e o Cu, Mo, W, Cr, e Ni satisfazem a fórmula (2) abaixo.
Fórmula (1)
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-5,9 x (7,82 + 27C - 0,91 Si + 0,21 Μη - 0,9Cr + Ni - 1,1 Mo + 0,2Cu + 11N) > 13,0, [0053] em que C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N representam o teor de cada elemento (% em massa).
Fórmula (2)
Cu + Mo + W + Cr + 2Ni < 34,5, [0054] em que Cu, Mo, W, Cr, e Ni representam o teor de cada elemento (% em massa).
[0055] O tubo de aço sem costura é produzido mediante o aquecimento de um material de tubo de aço a uma temperatura de aquecimento de 1200°C ou menos, e os grãos de ferrita têm um tamanho de grão máximo de 500 pm ou menos como medido em uma inspeção de uma região contínua de 100-mm2 supondo que os grãos tendo uma diferença de orientação de cristal de não mais de 15° representem os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD). [0056] As razões para especificar a composição do tubo de aço da presente invenção são as seguintes. Na descrição a seguir,% significa porcentagem em massa, exceto onde especificado em contrário.
[0057] C: 0,05% ou menos [0058] O carbono é um elemento importante para aumentar a resistência do aço inoxidável martensítico. Na presente invenção, o carbono está contido em uma quantidade, de preferência, de 0,005% ou mais para fornecer a resistência desejada. Um teor de C de mais de 0,05% deteriora a resistência à corrosão por dióxido de carbono, e a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto. Por esse motivo, o teor de C é 0,05% ou menos. De preferência, o limite inferior de teor de C é 0,005%, e o limite superior de teor de C é 0,04%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de C é 0,005%, e o limite superior de teor de C é 0,02%.
[0059] Si: 0,5% ou menos
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15/40 [0060] O silício é um elemento que atua como um agente desoxidante. Esse efeito é obtido com um teor de Si de 0,1% ou mais. Um teor de Si em excesso de 0,5% deteriora a trabalhabilidade a quente. Por esse motivo, o teor de Si é 0,5% ou menos. De preferência, o limite inferior de teor de Si é 0,2%, e o limite superior de teor de Si é 0,3%. [0061] Mn: 0,15 a 1,0% [0062] O manganês é um elemento que aumenta a resistência do aço. Na presente invenção, o manganês precisa estar contido em uma quantidade de 0,15% ou mais para fornecer a resistência desejada. Um teor de Mn em excesso de 1,0% deteriora a tenacidade. Por esse motivo, o teor de Mn é 0,15 a 1,0%. De preferência, o limite inferior de teor de Mn é 0,20%, e o limite superior de teor de Mn é 0,5%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de Mn é 0,20%, e o limite superior de teor de Mn é 0,4%.
[0063] P: 0,030% ou menos [0064] Na presente invenção, o fósforo deve estar, de preferência, contido na menor quantidade possível, pois esse elemento deteriora a resistência à corrosão, incluindo resistência à corrosão por dióxido de carbono, resistência à corrosão alveolar e resistência à rachadura sob tensão por sulfeto. Entretanto, um teor de P de 0,030% ou menos é aceitável. Por esse motivo, o teor de P é, de preferência, 0,030% ou menos, de preferência, 0,020% ou menos, com mais preferência, 0,015% ou menos.
[0065] S: 0,005% ou menos [0066] De preferência, o enxofre deve estar contido na menor quantidade possível, pois esse elemento é altamente prejudicial à trabalhabilidade a quente, e interfere em uma operação estável do processo de fabricação do tubo. Entretanto, a produção de tubo normal é possível quando o teor de S for 0,005% ou menos. Por esse motivo, o teor de S é 0,005% ou menos. O teor de S é, de preferência, 0,002%
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16/40 ou menos, com mais preferência, 0,0015% ou menos.
[0067] Cr: 14,5 a 17,5% [0068] O cromo é um elemento que forma um revestimento protetor e contribui para aprimorar a resistência à corrosão. Na presente invenção, o cromo precisa estar contido em uma quantidade de 14,5% ou mais para fornecer a resistência à corrosão desejada. Com um teor de Cr de mais de 17,5%, a fração de ferrita se torna excessivamente alto, e não é possível fornecer a alta resistência desejada. Isso também causa a precipitação de compostos intermetálicos durante a têmpera e deteriora a tenacidade à baixa temperatura. Por esse motivo, o teor de Cr é 14,5 a 17,5%. De preferência, o limite inferior de teor de Cr é 15,0%, e o limite superior de teor de Cr é 17,0%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de Cr é 15,0%, e o limite superior de teor de Cr é 16,5%.
[0069] Ni: 3,0 a 6,0% [0070] O níquel é um elemento que adiciona resistência ao revestimento protetor e aprimora a resistência à corrosão. O níquel também aumenta a resistência do aço através do endurecimento por solução sólida. Tais efeitos são obtidos com um teor de Ni de 3,0% ou mais. Com um teor de Ni de mais de 6,0%, a estabilidade da fase de martensita diminui e a resistência diminui. Por esse motivo, o teor de Ni é 3,0 a 6,0%. De preferência, o limite inferior de teor de Ni é 3,5%, e o limite superior de teor de Ni é 5,5%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de Ni é 4,0%, e o limite superior de teor de Ni é 5,5%. [0071] Mo: 2,7 a 5,0% [0072] O molibdênio é um elemento que aprimora a resistência à corrosão alveolar devido a Cl· e baixo pH, e aprimora a resistência à rachadura sob tensão por sulfeto e a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto. Na presente invenção, o molibdênio precisa estar contido em uma quantidade de 2,7% ou mais. Com um teor de
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Mo menor que 2,7%, uma resistência à corrosão suficiente não pode ser obtida em um ambiente corrosivo severo. O molibdênio é um elemento dispendioso e um alto teor de Mo em excesso de 5,0% causa a precipitação de compostos intermetálicos, e deteriora a tenacidade e a resistência à corrosão alveolar. Por esse motivo, o teor de Mo é 2,7 a 5,0%. De preferência, o limite inferior de teor de Mo é 3,0%, e o limite superior de teor de Mo é 5,0%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de Mo é 3,3%, e o limite superior de teor de Mo é 4,7%.
[0073] Cu: 0,3 a 4,0% [0074] O cobre é um elemento importante que adiciona resistência ao revestimento protetor, e suprime a entrada de hidrogênio no aço. O cobre também aprimora a resistência à rachadura sob tensão por sulfeto, e a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto. O cobre precisa estar contido em uma quantidade de 0,3% ou mais para obter tais efeitos. Um teor de Cu de mais de 4,0% leva à precipitação de CuS nos contornos de grão, e deteriora a trabalhabilidade a quente e a resistência à corrosão. Por esse motivo, o teor de Cu é 0,3 a 4,0%. De preferência, o limite inferior de teor de Cu é 1,5%, e o limite superior de teor de Cu é 3,5%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de Cu é 2,0%, e o limite superior de teor de Cu é 3,0%.
[0075] W: 0,1 a 2,5% [0076] O tungstênio é um elemento muito importante que contribui para o aprimoramento da resistência do aço. Esse elemento também aprimora a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto, e a resistência à rachadura sob tensão por sulfeto. Quando estiver contido juntamente com molibdênio, o tungstênio melhora a resistência à rachadura sob tensão por sulfeto. O tungstênio precisa estar contido em uma quantidade de 0,1% ou mais para obter tais efeitos. Um alto teor de W de mais de 2,5% causa a precipitação de compostos intermetálicos e deteriora a tenacidade. Por esse motivo, o teor de W é 0,1
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18/40 a 2,5%. De preferência, o limite inferior de teor de W é 0,8%, e o limite superior de teor de W é 1,2%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de W é 1,0%, e o limite superior de teor de W é 1,2%.
[0077] V: 0,02 a 0,20% [0078] O vanádio é um elemento que aprimora a resistência de aço através de endurecimento por precipitação. Tal efeito pode ser obtido quando o vanádio estiver contido em uma quantidade de 0,02% ou mais. Um teor de V de mais de 0,20% deteriora a tenacidade. Por esse motivo, o teor de V é 0,02 a 0,20%. De preferência, o limite inferior de teor de V é 0,04%, e o limite superior de teor de V é 0,08%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de V é 0,05%, e o limite superior de teor de V é 0,07%.
[0079] Al: 0,10% ou menos [0080] O alumínio é um elemento que atua como um agente desoxidante. Tal efeito pode ser obtido quando o alumínio estiver contido em uma quantidade de 0,001% ou mais. Com um teor de Al de mais de 0,10%, a quantidade de óxido se torna excessiva, e a tenacidade se deteriora. Por esse motivo, o teor de Al é 0,10% ou menos. De preferência, o limite inferior de teor de Al é 0,01%, e o limite superior de teor de Al é 0,06%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de Al é 0,02%, e o limite superior de teor de Al é 0,05%.
[0081] N: 0,15% ou menos [0082] O nitrogênio é um elemento que melhora significativamente a resistência à corrosão alveolar. Tal efeito torna-se mais pronunciado quando o nitrogênio estiver contido em uma quantidade de 0,01% ou mais. Um teor de nitrogênio de mais de 0,15% resulta na formação de vários nitretos e a tenacidade se deteriora. Por esse motivo, o teor de N é 0,15% ou menos. O teor de N é, de preferência, 0,07% ou menos, com mais preferência, 0,05% ou menos.
[0083] B: 0,0005 a 0,0100%
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19/40 [0084] O boro contribui para o aumento da resistência, e aprimoramento da trabalhabilidade a quente. O boro está contido em uma quantidade de 0,0005% ou mais para obter esses efeitos. Um teor de boro de mais de 0,0100% produz apenas um efeito de aprimoramento de trabalhabilidade a quente adicional marginal, se houver algum, e reduz a tenacidade à baixa temperatura. Por esse motivo, o teor de B é 0,0005 a 0,0100%. De preferência, o limite inferior de teor de B é 0,0010%, e o limite superior de teor de B é 0,008%. Com mais preferência, o limite inferior de teor de B é 0,0015%, e o limite superior de teor de B é 0,007%.
[0085] Na presente invenção, os componentes específicos estão contidos em quantidades específicas, e C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N satisfazem a seguinte fórmula (1), e Cu, Mo, W, Cr, e Ni satisfazem a seguinte fórmula (2).
Fórmula (1)
-5,9 x (7,82 + 27C - 0,91 Si + 0,21 Mn - 0,9Cr + Ni - 1,1 Mo + 0,2Cu + 11N) > 13,0 [0086] Na fórmula (1), C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N representam o teor de cada elemento (% em massa).
[0087] O lado esquerdo da fórmula (1) representa um valor determinado como um índice que inclui a probabilidade de ocorrência da fase de ferrita. Contendo-se os elementos de liga da fórmula (1) em quantidades ajustadas para satisfazer a fórmula (1), uma estrutura compósita da fase de martensita e da fase de ferrita com uma fase de austenita retida adicional pode ser obtida de maneira estável. Portanto, a quantidade de cada elemento de liga é ajustada para satisfazer a fórmula (1) na presente invenção. Deve ser observado que, quando os elementos de liga mostrados na fórmula (1) não estiverem contidos, os teores destes elementos no lado esquerdo da fórmula (1) são considerados como 0 porcento.
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Fórmula (2)
Cu + Mo + W + Cr + 2Ni < 34,5 [0088] Na fórmula (2), Cu, Mo, W, Cr e Ni representam o teor de cada elemento (% em massa).
[0089] O lado esquerdo da fórmula (2) representa um valor recentemente derivado pelos presentes inventores como um índice que inclui a probabilidade de ocorrência da austenita retida. Quando o valor no lado esquerdo da fórmula (2) exceder 34,5, uma quantidade da austenita retida se torna excessiva, e a alta resistência desejada não pode ser fornecida. A resistência à rachadura sob tensão por sulfeto, e a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto também se deterioram. Por esse motivo, Cu, Mo, W, Cr, e Ni são ajustados para satisfazer a fórmula (2) na presente invenção. O valor no lado esquerdo da fórmula (2) é, de preferência, 32,5 ou menos, com mais preferência, 31 ou menos.
[0090] Além dos componentes básicos anteriormente mencionados, a composição contém o saldo de Fe e impurezas inevitáveis. O (oxigênio) é aceitável como impurezas inevitáveis: 0,01% ou menos.
[0091] Os seguintes elementos opcionais podem estar contidos na presente invenção, conforme necessário. Pelo menos um selecionado a partir de Nb: 0,02 a 0,50%, Ti: 0,02 a 0,16%, e Zr: 0,02 a 0,50%, e/ou pelo menos selecionado a partir de REM: 0,001 a 0,05%, Ca: 0,001 a 0,005%, Sn: 0,05 a 0,20%, e Mg: 0,0002 a 0,01%, e/ou pelo menos selecionado a partir de Ta: 0,01 a 0,1%, Co: 0,01 a 1,0%, e Sb: 0,01 a 1,0%.
[0092] Pelo Menos Um Selecionado a partir de Nb: 0,02 a 0,50%, Ti: 0,02 a 0,16%, e Zr: 0,02 a 0,50% [0093] Nb, Ti e Zr são elementos que contribuem para aumentar a resistência, e podem estar contidos mediante seleção, como necessário.
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21/40 [0094] Além de aumentar a resistência, o nióbio contribui para aprimorar a tenacidade. O nióbio está contido em uma quantidade, de preferência, de 0,02% ou mais para fornecer esses efeitos. Um teor de Nb de mais de 0,50% deteriora a tenacidade. Por esse motivo, o nióbio, quando estiver contido, está contido em uma quantidade de 0,02 a 0,50%.
[0095] Além de aumentar a resistência, o titânio contribui para aprimorar a resistência à rachadura sob tensão por sulfeto. O titânio está contido em uma quantidade, de preferência, de 0,02% ou mais para obter esses efeitos. Quando o teor de titânio for mais de 0,16%, ocorrem precipitados grossos, e a tenacidade e a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto se deterioram. Por esse motivo, o titânio, quando estiver contido, está contido em uma quantidade de 0,02 a 0,16%.
[0096] Além de aumentar a resistência, o zircônio contribui para aprimorar a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto. O zircônio está contido em uma quantidade, de preferência, de 0,02% ou mais para obter esses efeitos. Um teor de Zr de mais de 0,50% deteriora a tenacidade. Por esse motivo, o zircônio, quando estiver contido, está contido em uma quantidade de 0,02 a 0,50%.
[0097] Pelo menos um Selecionado a partir de REM: 0,001 a 0,05%, Ca: 0,001 a 0,005%, Sn: 0,05 a 0,20%, e Mg: 0,0002 a 0,01% [0098] REM, Ca, Sn e Mg são elementos que contribuem para aprimorar a resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto e podem estar contidos mediante seleção, conforme necessário. Os teores preferidos para fornecer tal efeito são 0,001% ou mais para REM, 0,001% ou mais para Ca, 0,05% ou mais para Sn, e 0,0002% ou mais para Mg. Não é economicamente vantajoso conter REM em excesso de 0,05%, Ca em excesso de 0,005%, Sn em excesso de 0,20%, e Mg em excesso de 0,01%, pois o efeito não é proporcional
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22/40 ao teor, e se torna saturado. Por esse motivo, REM, Ca, Sn e Mg, quando contidos, estão contidos em quantidades de 0,001 a 0,05%, 0,001 a 0,005%, 0,05 a 0,20%, e 0,0002 a 0,01%, respectivamente.
[0099] Pelo menos um Selecionado a partir de Ta: 0,01 a 0,1%, Co: 0,01 a 1,0%, e Sb: 0,01 a 1,0% [00100] Ta, Co, e Sb são elementos que contribuem para aprimorar a resistência à corrosão por dióxido de carbono (CO2 resistência à corrosão), resistência à rachadura sob tensão por sulfeto e resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto, e podem estar contidos mediante seleção, conforme necessário. O cobalto também contribui para elevar 0 ponto de Ms e aumentar a resistência. Os teores preferidos para fornecer tais efeitos são 0,01% ou mais para Ta, 0,01% ou mais para Co, e 0,01% ou mais para Sb. O efeito não é proporcional ao teor, e se torna saturado quando Ta, Co, e Sb estiverem contidos em excesso de 0,1%, 1,0%, e 1,0%, respectivamente. Por esse motivo, Ta, Co, e Sb, quando contidos, estão contidos em quantidades de 0,01 a 0,1%, 0,01 a 1,0%, e 0,01 a 1,0%, respectivamente.
[00101] A descrição a seguir apresenta os motivos para limitar a estrutura do tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos da presente invenção.
[00102] Além da composição anteriormente mencionada, 0 tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos da presente invenção tem uma estrutura que contém mais de 45% de fase de martensita (fase de martensita temperada) como uma fase primária (fase básica), 10 a 45% de fase de ferrita e 30% ou menos fase de austenita retida como uma fase secundária, por volume.
[00103] No tubo de aço sem costura da presente invenção, a fase básica é a fase de martensita (fase de martensita temperada), e a fração de volume da fase de martensita é mais de 45% para fornecer a
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23/40 alta resistência desejada. Na presente invenção, para fornecer a resistência à corrosão desejada (resistência à corrosão por dióxido de carbono, resistência à rachadura sob tensão por sulfeto (resistência à SSC) e resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto (resistência à SCC)), pelo menos 10 a 45% por volume de uma fase de ferrita são precipitados como uma fase secundária para formar uma estrutura de fase dupla da fase de martensita (fase de martensita temperada) e da fase de ferrita. Isso forma uma estrutura laminar ao longo da direção de eixo geométrico de tubo, e inibe a propagação de rachadura. A estrutura laminar não se forma, e o aprimoramento desejado de resistência à corrosão não pode ser obtido quando a fase de ferrita for menos de 10%. A alta resistência desejada não pode ser fornecida quando a fase de ferrita for mais de 45%, e forma um precipitado em grande quantidade. Por esses motivos, a fase de ferrita, que é uma fase secundária, é 10 a 45%, de preferência, 20 a 40% por volume.
[00104] Além da fase de ferrita como a fase secundária, 30% ou menos por volume de uma fase de austenita retida são precipitados. A ductilidade e tenacidade melhoram com a presença da fase de austenita retida. A alta resistência desejada não pode ser fornecida quando a fase de austenita retida estiver presente em abundância com uma fração de volume de mais de 30%. De preferência, a fase de austenita retida é 5% ou mais e 30% ou menos por volume.
[00105] Para a medição da estrutura do tubo de aço sem costura da presente invenção, uma peça de teste para observação de estrutura é corrigida com reagente de Vilella (um reagente misto contendo 2 g de ácido pícrico, 10 ml de ácido clorídrico e 100 ml de etanol), e a estrutura é imageada com um microscópio eletrônico de varredura (ampliação: 1000 vezes). A fração da estrutura de fase de ferrita (% em volume) é então calculada com um analisador de imagem.
[00106] Uma peça de teste para difração de raios x é triturada e po
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24/40 lida para fornecer uma superfície em corte transversal de medição (corte transversal C) ortogonal à direção de eixo geométrico de tubo, e o volume de austenita retida (γ) é medido por difractometria de raios x. O volume de austenita retida é calculado mediante a medição das intensidades integrais de difração de raios x do plano γ (220) e do plano α (211) e mediante a conversão dos resultados usando a seguinte equação.
γ (fração de volume) = 100/(1 + (laRy/lyRa)) [00107] Na equação, Ia representa a intensidade integral de a, Ra representa um valor teórico cristalográfico de α, Ιγ representa a intensidade integral de γ, e Ry representa um valor teórico cristalográfico de Y· [00108] A fração da fase de martensita é a fração exceto a fase de ferrita e a fase de austenita retida.
[00109] No tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos da presente invenção, os grãos de ferrita têm um tamanho de grão de cristal máximo de 500 pm ou menos como medido em uma inspeção de uma região contínua de 100 mm2 supondo que os grãos tendo uma diferença de orientação de cristal de não mais de 15° representem os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD): Quando os grãos de ferrita tiverem um tamanho máximo de grãos de cristal maior que 500 pm, a tenacidade à baixa temperatura desejada não pode ser obtida devido aos números reduzidos de contornos de grãos de cristal, que interferem na propagação de rachadura. Por esse motivo, o tamanho de grão de cristal do tubo de aço é 500 pm ou menos na presente invenção. O tamanho máximo de grão de cristal de grãos de ferrita é, de preferência, 400 pm ou menos, com mais preferência, 350 pm ou menos.
[00110] O tamanho máximo de grão de cristal pode ser determinado da seguinte forma. Em uma análise conduzida para uma região contí
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25/40 nua de 100-mm2, supõe-se que os grãos que têm uma diferença de orientação de cristal maior que 15° sejam os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD), e o diâmetro máximo dos grãos de ferrita que supõe-se que sejam os mesmos grãos é considerado como o tamanho de grão de cristal do cristal. O maior valor dos tamanhos de grão de cristal de todos os cristais na região de 100 mm2 pode ser, então, determinado como o tamanho máximo de grão de cristal. Na presente invenção, o tamanho máximo de grão de cristal de grãos de ferrita como medido por EBSD pode ser ajustado para 500 pm ou menos por aquecimento de um material de tubo de aço antes do trabalho a quente a uma temperatura de aquecimento de 1200°C ou menos, como será descrito posteriormente.
[00111] Um método de produção do tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos da presente invenção é descrito a seguir, Um método de produção do tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos da presente invenção inclui: aquecer um material de tubo de aço a uma temperatura de aquecimento de 1200°C ou menos; trabalhar o material de tubo de aço a quente para produzir um tubo de aço sem costura de um formato predeterminado; e arrefecer bruscamente e temperar o tubo de aço sem costura trabalho a quente em sucessão.
[00112] Um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos é tipicamente produzido por perfuração de um material de tubo de aço (por exemplo, um tarugo) usando um método de produção de tubo conhecido, especificamente, o método de laminação automática de Mannesmann ou o método de laminação com mandris de Mannesmann. O material de tubo de aço é aquecido até uma temperatura alta o suficiente para fornecer ductilidade suficiente, pois uma baixa temperatura de material de tubo de aço du
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26/40 rante a perfuração geralmente causa defeitos como amassados, furos e rachaduras devido à baixa ductilidade. No entanto, o aquecimento à alta temperatura causa o crescimento de cristais grossos e produz grãos de cristais grossos na estrutura do produto final, com resultado de que o valor de excelente tenacidade à baixa temperatura não pode ser obtido.
[00113] Na presente invenção, entretanto, a composição contendo mais que uma determinada quantidade de boro aprimora a trabalhabilidade a quente, e o crescimento de grão durante o aquecimento pode ser reduzida sem causar defeitos devido à ductilidade reduzida, mesmo que um material de tubo de aço seja aquecido a uma temperatura de 1200°C ou menos. Isso produz uma estrutura fina, e um valor de excelente tenacidade à baixa temperatura pode ser obtido.
[00114] Um método preferido de produção de um tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos da presente invenção é descrito a seguir em ordem, a partir de um material de partida. Primeiro, um tubo de aço inoxidável sem costura da composição descrito acima é usado como um material de partida na presente invenção. O método usado para produzir o tubo de aço inoxidável sem costura de material de partida de não é particularmente limitado, exceto para a temperatura de aquecimento do material de tubo de aço.
[00115] De preferência, um ferro fundido da composição anteriormente mencionada é transformado em aço usando um processo de fabricação de aço comum usando um conversor, e formado em material de tubo de aço, por exemplo, um tarugo, usando um método comum como fundição contínua ou laminação por fundiçãodecomposição de lingote. O material de tubo de aço é aquecido até uma temperatura de 1200°C, e trabalhado a quente usando tipicamente um processo de fabricação de tubo conhecido, por exemplo, como o
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27/40 processo de laminação automática de Mannesmann, ou o processo de laminador com mandris de Mannermann para produzir um tubo de aço sem costura da composição anterior e nas dimensões desejadas. Aqui ocorre o crescimento de cristal grosso, e a tenacidade à baixa temperatura do produto final diminui quando o calor aplicado durante o trabalho a quente para melhorar a ductilidade sem causar defeitos for alto. Portanto, é necessário tornar a temperatura de aquecimento do material de tubo de aço 1200°C ou menos, de preferência, 1180°C ou menos, com mais preferência, 1150°C ou menos. Com uma temperatura de aquecimento menor que 1050°C, a trabalhabilidade do material de aço se torna consideravelmente insatisfatória, se torna difícil, mesmo com o aço da presente invenção, produzir um tubo sem danificar a superfície externa. Portanto, a temperatura de aquecimento do material de tubo de aço é, de preferência, 1050°C ou mais, com mais preferência, 1100°C ou mais.
[00116] Após a produção, o tubo de aço sem costura é resfriado, de preferência, até a temperatura ambiente a uma taxa de resfriamento de resfriamento ao ar ou mais rápida. Isso produz uma estrutura de tubo de aço que tem uma fase de martensita como a fase básica. O tubo de aço sem costura pode ser produzido através de extrusão a quente por prensagem.
[00117] Aqui, taxa de resfriamento de resfriamento ao ar ou mais rápida significa 0,05°C/s ou mais, e temperatura ambiente significa 40°C ou menos.
[00118] Na presente invenção, o resfriamento do tubo de aço sem costura até a temperatura ambiente a uma taxa de resfriamento de resfriamento ao ar ou mais rápida seguido de arrefecimento brusco, em que o tubo de aço é aquecido até uma temperatura de 850°C ou mais, e resfriado até uma temperatura de 50°C ou menos a uma taxa de resfriamento de resfriamento ao ar ou mais rápida. Dessa forma, o
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28/40 tubo de aço sem costura pode ter uma estrutura que tem uma fase de martensita como a fase básica, e o volume adequado de fase de ferrita. Aqui, taxa de resfriamento de resfriamento ao ar ou mais rápida significa 0,05°C/s ou mais, e temperatura ambiente significa 40°C ou menos.
[00119] A alta resistência desejada não pode ser fornecida quando a temperatura de aquecimento do arrefecimento brusco for menor que 850°C. A partir do ponto de vista de impedir o aumento do tamanho da estrutura, a temperatura de aquecimento do arrefecimento brusco é, de preferência, 1150°C ou menos. Com mais preferência, o limite inferior da temperatura de aquecimento do arrefecimento brusco é 900°C, e o limite superior da temperatura de aquecimento do arrefecimento brusco é 1100°C.
[00120] O arrefecimento brusco é seguido de têmpera, em que o tubo de aço sem costura é aquecido até uma temperatura de têmpera igual ou menor que o ponto de transformação Aci e resfriado (resfriamento natural). A têmpera que aquece o tubo de aço até uma temperatura de têmpera igual ou menor que o ponto de transformação Aci e resfria o tubo de aço produz uma estrutura que tem uma fase de martensita temperada, uma fase de ferrita e uma fase de austenita retida (fase γ retida). O produto é o tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência que tem a alta resistência, alta tenacidade e excelente resistência à corrosão desejadas. Quando a temperatura de têmpera for uma alta temperatura que é acima do ponto de transformação Aci, o processo produz martensita bruscamente arrefecida, e não consegue fornecer a alta resistência, alta tenacidade e excelente resistência à corrosão desejadas. De preferência, a temperatura de têmpera é 700°C ou menos, de preferência, 550°C ou mais.
EXEMPLOS [00121] A presente invenção é adicionalmente descrita através de
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Exemplos.
[00122] Os ferros fundidos das composições mostradas na Tabela 1 foram transformados em aço com um conversor, e molde em tarugos (material de tubo de aço) por fundição contínua. O material de tubo de aço foi, então, aquecido e trabalhado a quente com uma máquina de laminação sem costura para produzir um tubo de aço sem costura medindo 83,8 mm de diâmetro externo e 12,7 mm de espessura de parede. Isto foi seguido de resfriamento ao ar. A temperatura de aquecimento do material de tubo de aço antes do trabalho a quente é conforme mostrado na Tabela 2.
[00123] Cada tubo de aço sem costura foi cortado para obter um material de peça de teste que foi, então, submetido a arrefecimento brusco, em que o material de peça de teste foi aquecido e resfriado sob as condições mostradas na Tabela 2. Isto foi seguido de têmpera, em que o material da peça de teste foi aquecido e resfriado a ar sob as condições mostradas na Tabela 2.
[00124] Uma peça de teste para a observação da estrutura foi coletada do material de peça de teste bruscamente arrefecido e temperado e corroído com o reagente de Vilella (um reagente misto contendo 2 g de ácido pícrico, 10 ml de ácido clorídrico e 100 ml de etanol). A estrutura foi imageada com um microscópio eletrônico de varredura (ampliação: 1000 vezes), e a fração da estrutura de fase de ferrita (% por volume) foi calculada com um analisador de imagem.
[00125] A fração da estrutura de fase de austenita foi medida usando difratometria de raios x. Uma peça de teste de medição foi coletada do material de peça de teste bruscamente arrefecido e temperado, e as intensidades integrais de difração de raios x do plano γ (220) e do plano α (211) foram medidas por difratometria de raios x. Os resultados foram, então, convertidos usando a seguinte equação.
γ (fração de volume) = 100/(1 + (laRy/lyRa))
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30/40 [00126] Na equação, Ια representa a intensidade integral de a, Ra representa um valor teórico cristalográfico de α, Ιγ representa a intensidade integral de γ, e Ry representa um valor teórico cristalográfico de T [00127] A fração da fase de martensita foi calculada como a fração diferente dessas fases.
[00128] Em uma análise conduzida para uma região contínua de 100 mm2, supõe-se que os grãos que têm uma diferença de orientação de cristal maior que 15° sejam os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD), e o diâmetro máximo dos grãos de ferrita que supõe-se que sejam os mesmos grãos é considerado como o tamanho de grão de cristal do cristal. O maior valor dos tamanhos de grão de cristal de todos os cristais na região de 100-mm2 foi, então, determinado como o tamanho máximo de grão de cristal.
[00129] Um espécime de tiras especificado pelo padrão API foi coletado do material de peça de teste bruscamente arrefecido e temperado e submetido a um ensaio de tração de acordo com as especificações da API para determinar suas características de tração (resistência ao escoamento YS, resistência à tração TS). Separadamente, uma peça de teste em entalhe em forma de V (10 mm de espessura) foi coletada do material de peça de teste bruscamente arrefecido e temperado de acordo com as especificações de JIS Z 2242. A peça de teste foi submetida a um teste de impacto de Charpy, e a energia de absorção a -40°C foi determinada para avaliação de tenacidade.
[00130] Uma peça de teste de corrosão medindo 3,0 mm de espessura de parede, 30 mm de largura e 40 mm de comprimento, foi usinada a partir do material de peça de teste bruscamente arrefecido e temperado e submetido a um teste de corrosão.
[00131] O teste de corrosão foi conduzido por imersão da peça de teste durante 336 horas em uma solução de teste (uma solução aquo
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31/40 sa de 20 %, em massa de NaCI; temperatura de líquido: 200°C, uma atmosfera de gás CO2 de 30 atm) carregada em uma autoclave. Após 0 teste, a massa da peça de teste foi medida e a taxa de corrosão foi determinada a partir da redução do peso calculado antes e após 0 teste de corrosão. A peça de teste após 0 teste de corrosão também foi observada quanto à presença ou ausência de corrosão alveolar em uma superfície de uma peça de teste usando uma lupa (aumento de 10 vezes). A corrosão com um diâmetro de 0,2 mm ou mais foi considerada como corrosão alveolar.
[00132] Uma peça de teste em formato de C foi usinada a partir do tubo de aço bruscamente arrefecido e temperado de acordo com NACE TM0177, Método C, e submetido a um teste de resistência à SSC. As superfícies curvas, que correspondem às superfícies interna e externa do tubo de aço, não foram trituradas ou polidas.
[00133] Uma peça de teste de flexão em 4 pontos medindo 3 mm de espessura, 15 mm de largura e 115 mm de comprimento foi coletada por usinagem do material de peça de teste bruscamente arrefecido e temperado e submetido a um teste de resistência à SCC e um teste de resistência à SSC.
[00134] No teste de resistência à SCC (corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto), a peça de teste foi imersa em uma solução de teste (uma solução aquosa de 20 %, em massa, de NaCI; temperatura de líquido: 100°C; H2S: 0,1 atm; CO2: 30 atm) que tem um pH ajustado de 3,3 com a adição de uma solução aquosa de ácido acético e acetato de sódio em uma autoclave. A peça de teste foi mantida na solução durante 720 horas para aplicar uma tensão igual a 100% da tensão de escoamento. Após 0 teste, a peça de teste foi observada quanto à presença ou ausência de rachadura.
[00135] No teste de resistência à SSC (rachadura sob tensão por sulfeto), a peça de teste foi imersa em uma solução de teste (uma so
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32/40 lução aquosa de 20 %, em massa, de NaCI; temperatura de líquido: 25°C; H2S: 0,1 atm; CO2: 0,9 atm) que tem um pH ajustado de 3,5 com a adição de uma solução aquosa de ácido acético e acetato de sódio, a peça de teste foi mantida na solução durante 720 horas para aplicar uma tensão igual a 90% da tensão de escoamento.
[00136] Os resultados são apresentados na Tabela 2.
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Tabela 1
| Aço No. | Composição (% em massa) | Valor no lado esquerdo da fórmula (1) (*1) | Valor no lado esquerdo da fórmula (2) (*2) | ||||||||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Cu | W | V | Al | N | B | Nb, Ti, Zr | REM, Ca, Sn, Mg | Ta, Co, Sb | |||
| A | 0,012 | 0,30 | 0,26 | 0,013 | 0,0009 | 15,1 | 4,8 | 4,0 | 2,5 | 1,1 | 0,048 | 0,017 | 0,011 | 0,0041 | - | - | - | 27,3 | 32,3 |
| B | 0,009 | 0,28 | 0,28 | 0,016 | 0,0008 | 15,3 | 4,9 | 3,6 | 2,5 | 1,1 | 0,052 | 0,025 | 0,011 | 0,0025 | - | - | - | 25,6 | 32,3 |
| C | 0,017 | 0,26 | 0,28 | 0,014 | 0,0008 | 15,1 | 4,8 | 3,0 | 2,5 | 1,2 | 0,048 | 0,022 | 0,014 | 0,0087 | - | - | - | 19,7 | 31,4 |
| D | 0,011 | 0,21 | 0,24 | 0,015 | 0,0008 | 15,0 | 4,5 | 3,1 | 2,5 | 1,1 | 0,047 | 0,021 | 0,008 | 0,0061 | - | - | - | 22,7 | 30,7 |
| E | 0,013 | 0,26 | 0,25 | 0,015 | 0,0010 | 15,1 | 4,7 | 4,3 | 2,6 | 1,3 | 0,050 | 0,021 | 0,012 | 0,0025 | Nb: 0,145 | - | - | 29,2 | 32,6 |
| F | 0,015 | 0,24 | 0,28 | 0,016 | 0,0012 | 14,9 | 4,6 | 4,3 | 2,6 | 1,2 | 0,047 | 0,023 | 0,013 | 0,0036 | - | - | - | 28,4 | 32,2 |
| G | 0,010 | 0,23 | 0,29 | 0,014 | 0,0011 | 15,5 | 3,7 | 3,1 | 2,8 | 1,1 | 0,051 | 0,021 | 0,004 | 0,0023 | - | - | - | 30,2 | 29,9 |
| H | 0,012 | 0,25 | 0,29 | 0,015 | 0,0009 | 15,0 | 3,8 | 3,0 | 2,6 | 1,3 | 0,054 | 0,023 | 0,004 | 0,0019 | - | - | - | 26,3 | 29,5 |
| 1 | 0,033 | 0,27 | 0,24 | 0,015 | 0,0010 | 15,2 | 3,9 | 3,3 | 2,6 | 0,9 | 0,050 | 0,023 | 0,062 | 0,0052 | Nb: 0,056 | - | - | 21,8 | 29,8 |
| J | 0,005 | 0,29 | 0,28 | 0,016 | 0,0007 | 15,2 | 4,3 | 3,5 | 2,7 | 1,2 | 0,041 | 0,023 | 0,014 | 0,0048 | - | REM: 0.021, Ca: 0,0021 | - | 28,2 | 31,2 |
| K | 0,010 | 0,22 | 0,26 | 0,015 | 0,0007 | 14,9 | 4,2 | 3,6 | 2,5 | 1,1 | 0,047 | 0,023 | 0,014 | 0,0034 | - | - | Ta: 0,02, Co: 0,24 | 27,0 | 30,5 |
| L | 0,006 | 0,24 | 0,22 | 0,015 | 0,0009 | 15,1 | 4,3 | 3,2 | 2,3 | 1,3 | 0,044 | 0,028 | 0,012 | 0,0029 | Ti: 0,054, Zr: 0,10 | Sn: 0,13, Mg: 0,0007 | - | 26,0 | 30,5 |
| M | 0,006 | 0,26 | 0,21 | 0,014 | 0,0008 | 14,8 | 4,6 | 3,4 | 2,4 | 1,5 | 0,046 | 0,021 | 0,013 | 0,0028 | Ti: 0,046 | - | Sb: 0,14 | 24,1 | 31,2 |
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| Aço No. | Composição (% em massa) | Valor no lado esquerdo da fórmula (1) (*1) | Valor no lado esquerdo da fórmula (2) (*2) | ||||||||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Cu | W | V | Al | N | B | Nb, Ti, Zr | REM, Ca, Sn, Mg | Ta, Co, Sb | |||
| N | 0,006 | 0,23 | 0,23 | 0,020 | 0,0007 | 14,9 | 4,6 | 3,5 | 2,4 | 1,2 | 0,042 | 0,024 | 0,015 | 0,0010 | - | Ca: 0,0020, Mg: 0,0009 | Ta: 0,02, Sb: 0,12 | 24,7 | 31,2 |
| O | 0,009 | 0,21 | 0,29 | 0,019 | 0,0007 | 15,1 | 4,7 | 3,4 | 2,5 | 1,5 | 0,044 | 0,011 | 0,014 | 0,0040 | Zr: 0,08 | REM: 0,021, Sn: 0,11 | Co: 0,26 | 23,9 | 31,9 |
| P | 0,015 | 0,28 | 0,29 | 0,014 | 0,0009 | 15,1 | 5,6 | 3,5 | 2,4 | 1,3 | 0,049 | 0,030 | 0,009 | 0,0050 | - | - | - | 19,1 | 33,5 |
| Q | 0,015 | 0,29 | 0,21 | 0,013 | 0,0011 | 15,7 | 3,6 | 3,0 | 3,3 | 0,8 | 0,044 | 0,019 | 0,036 | 0,0037 | - | - | - | 28,1 | 30,0 |
| R | 0,014 | 0,27 | 0,23 | 0,012 | 0,0009 | 15,6 | 3,4 | 2,9 | 2,6 | 1,5 | 0,134 | 0,024 | 0,014 | 0,0045 | - | - | - | 30,4 | 29,4 |
| S | 0,037 | 0,25 | 0,35 | 0,016 | 0,0009 | 16,8 | 3,5 | 2,8 | 0,8 | 1,3 | 0,059 | 0,027 | 0,012 | 0,0028 | Nb: 0,069 | - | - | 33,9 | 28,7 |
| T | 0,015 | 0,22 | 0,31 | 0,011 | 0,0010 | 15,6 | 3,7 | 2,9 | 2,8 | 0,9 | 0,061 | 0,023 | 0,044 | 0,0026 | - | - | - | 25,9 | 29,6 |
34/40 . O saldo é Fe e impurezas inevitáveis (*1) Valor no lado esquerdo da fórmula (1) =-5,9x(7,82+27C-0,91Si+0,21Mn-0,9Cr+Ni-1,1Mo+0,2Cu+11N) (Na fórmula, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N representam o teor de cada elemento (% em massa)) (*2) Valor no lado esquerdo da fórmula (2) = Cu+Mo+W+Cr+2Ni (Na fórmula, Cu, Mo, W, Cr, e Ni representam o teor de cada elemento (% em massa) . O sublinhado significa fora da faixa da presente invenção.
Petição 870190079651, de 16/08/2019, pág. 45/58 [Tabe a 1] Continuação
| Aço No. | Composição (% em massa) | Valor no lado esquerdo da fórmula (1) (*1) | Valor no lado esquerdo da fórmula (2) (*2) | ||||||||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Cu | W | V | Al | N | B | Nb, Ti, Zr | REM, Ca, Sn, Mg | Ta, Co, Sb | |||
| U | 0,012 | 0,24 | 0,30 | 0,014 | 0,0009 | 16,1 | 4,1 | 4,1 | 2,5 | 1,2 | 0,041 | 0,025 | 0,016 | 0,0027 | - | - | - | 37,9 | 32,1 |
| V | 0,012 | 0,21 | 0,29 | 0,014 | 0,0010 | 14,8 | 3,1 | 2,5 | 0,9 | 0,055 | 0,022 | 0,014 | 0,0029 | - | - | - | 32,9 | 26,3 | |
| W | 0,033 | 0,27 | 0,29 | 0,014 | 0,0010 | 16,2 | 3,8 | £3 | 1,1 | 1,0 | 0,058 | 0,038 | 0,047 | 0,0046 | - | - | - | 23,8 | 28,2 |
| X | 0,027 | 0,22 | 0,30 | 0,014 | 0,0013 | 17,8 | 3,6 | 3,0 | 1,3 | 1,1 | 0,053 | 0,041 | 0,048 | 0,0038 | - | - | - | 38,5 | 30,4 |
| Y | 0,011 | 0,25 | 0,26 | 0,014 | 0,0009 | 14,8 | 6.2 | 3,6 | 2,6 | 1,0 | 0,061 | 0,019 | 0,009 | 0,0051 | - | - | - | 14,8 | 34,4 |
| z | 0,012 | 0,26 | 0,27 | 0,012 | 0,0009 | 14,8 | 3,8 | L5 | 2,4 | 1,1 | 0,054 | 0,018 | 0,009 | 0,0041 | - | - | - | 41,5 | 31,4 |
| AA | 0,012 | 0,23 | 0,26 | 0,015 | 0,0010 | 15,5 | 3,6 | 3,1 | 4£ | 1,1 | 0,058 | 0,019 | 0,009 | 0,0011 | - | - | - | 28,4 | 31,2 |
| AB | 0,012 | 0,23 | 0,29 | 0,016 | 0,0008 | 14,2 | 3,2 | 2,9 | 2,6 | 0,9 | 0,052 | 0,021 | 0,014 | 0,0029 | - | - | - | 24,2 | 27,0 |
| AÇ | 0,031 | 0,21 | 0,35 | 0,014 | 0,0014 | 16,3 | 3,6 | 2,9 | 0J. | 1,0 | 0,049 | 0,032 | 0,056 | 0,0030 | - | - | - | 30,0 | 27,5 |
| AD | 0,028 | 0,25 | 0,31 | 0,015 | 0,0009 | 16,8 | 4,1 | 3,0 | 2,7 | 1,0 | 0,012 | 0,034 | 0,043 | 0,0035 | - | - | - | 28,9 | 31,7 |
| AE | 0,033 | 0,22 | 0,33 | 0,016 | 0,0010 | 16,1 | 3,4 | 2,9 | 2,7 | - | 0,059 | 0,044 | 0,041 | 0,0049 | - | - | - | 27,8 | 28,5 |
| AF | 0,013 | 0,22 | 0,30 | 0,014 | 0,0010 | 15,9 | 4,0 | 3,0 | 2,6 | 1,0 | 0,112 | 0,028 | 0,028 | 0.0150 | - | - | - | 28,0 | 29,5 |
| AG | 0,020 | 0,21 | 0,26 | 0,018 | 0,0012 | 17,2 | 4,1 | 3,1 | 2,5 | 1,4 | 0,059 | 0,029 | 0,022 | 0.0003 | - | - | - | 34,4 | 31,0 |
| AH | 0,009 | 0,23 | 0,33 | 0,019 | 0,0006 | 14,9 | 5,8 | 3,3 | 2,6 | 0,9 | 0,081 | 0,024 | 0,070 | 0,0053 | - | - | - | 12,0 | 33,3 |
| Δ1 | 0,025 | 0,21 | 0,31 | 0,018 | 0,0006 | 17,1 | 5,7 | 3,4 | 2,4 | 1,6 | 0,056 | 0,044 | 0,012 | 0,0020 | - | - | - | 26,2 | 35,9 |
| AJ | 0,009 | 0,27 | 0,31 | 0,016 | 0,0009 | 15,9 | 4,0 | 3,1 | 2,6 | 1,3 | 0,053 | 0,026 | 0,023 | 0,0026 | - | - | - | 29,9 | 30,9 |
| AK | 0,012 | 0,56 | 0,26 | 0,013 | 0,0009 | 15,1 | 4,8 | 4,0 | 2,5 | 1,1 | 0,048 | 0,017 | 0,011 | 0,0041 | - | - | - | 28,7 | 32,3 |
| AL | 0,012 | 0,30 | 1,10 | 0,013 | 0,0009 | 15,1 | 4,8 | 4,0 | 2,5 | 1,1 | 0,048 | 0,017 | 0,011 | 0,0041 | - | - | - | 26,3 | 32,3 |
| AM | 0,012 | 0,30 | 0,14 | 0,013 | 0,0009 | 15,1 | 4,8 | 4,0 | 2,5 | 1,1 | 0,048 | 0,017 | 0,011 | 0,0041 | - | - | - | 27,5 | 32,3 |
| AN | 0,012 | 0,30 | 0,26 | 0,013 | 0,0009 | 14,4 | 4,8 | 4,0 | 2,5 | 1,1 | 0,048 | 0,017 | 0,011 | 0,0041 | - | - | - | 23,6 | 31,6 |
| AO | 0,012 | 0,30 | 0,26 | 0,013 | 0,0009 | 15,1 | 2£ | 4,0 | 2,5 | 1,1 | 0,048 | 0,017 | 0,011 | 0,0041 | - | - | - | 38,6 | 28,5 |
| AP | 0,012 | 0,30 | 0,26 | 0,013 | 0,0009 | 15,1 | 4,8 | 2£ | 2,5 | 1,1 | 0,048 | 0,017 | 0,011 | 0,0041 | - | - | - | 18,3 | 30,9 |
. O saldo é Fe e impurezas inevitáveis (*1) Valor no lado esquerdo da fórmula (1) =-5,9x(7,82+27C-0,91Si+0,21Mn-0,9Cr+Ni-1,1Mo+0,2Cu+11N) (Na fórmula, C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N representam o teor de cada elemento (% em massa)) (*2) Valor no lado esquerdo da fórmula (2) = Cu+Mo+W+Cr+2Ni (Na fórmula, Cu, Mo, W, Cr, e Ni representam o teor de cada elemento (% em massa) . O sublinhado significa fora da faixa da presente invenção.
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Petição 870190079651, de 16/08/2019, pág. 46/58
Tabea 21
| Aço No. | Tubo de aço No. | Temperatura de aquecimento de material de tubo de aço (°C) | Arrefecimento brusco | Têmpera | Estrutura (% por volume) | Tamanho máximo de grão de cristal de grãos de ferrita (pm) (*2) | Resistência ao escoamento YS (MPa) | Resistência à tração TS (MPa) | vE-40 (J) | Taxa de corrosão (mm/y) | Corrosão alveolar | SSC | scc | Observações | ||||
| Temperatura de aquecimento (°C) | Tempo de retenção (min) | Temperatura de aquecimento (°C) | Tempo de retenção (min) | M (*1) | F(*1) | A(*1) | ||||||||||||
| A | 1 | 1180 | 1050 | 20 | 575 | 30 | 61 | 31 | 8 | 289 | 977 | 1052 | 154 | 0,033 | Ausente | O | o | Presente Exemplo |
| B | 2 | 1180 | 1030 | 20 | 575 | 30 | 65 | 30 | 5 | 267 | 952 | 1012 | 156 | 0,035 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| C | 3 | 1180 | 1000 | 20 | 565 | 30 | 67 | 29 | 4 | 244 | 963 | 1013 | 186 | 0,035 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| D | 4 | 1180 | 1000 | 20 | 565 | 30 | 61 | 34 | 5 | 239 | 969 | 1018 | 130 | 0,029 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| E | 5 | 1150 | 1050 | 20 | 570 | 30 | 49 | 43 | 8 | 296 | 954 | 1066 | 105 | 0,033 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| F | 6 | 1150 | 1050 | 20 | 570 | 30 | 58 | 35 | 7 | 294 | 948 | 1082 | 122 | 0,044 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| G | 7 | 1150 | 980 | 20 | 590 | 30 | 67 | 31 | 2 | 260 | 886 | 953 | 152 | 0,036 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| H | 8 | 1150 | 1000 | 20 | 560 | 30 | 66 | 32 | 2 | 279 | 968 | 1028 | 156 | 0,027 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| 1 | 9 | 1150 | 980 | 20 | 580 | 30 | 64 | 30 | 6 | 265 | 958 | 1135 | 147 | 0,050 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| J | 10 | 1180 | 1030 | 20 | 575 | 30 | 66 | 29 | 5 | 266 | 970 | 1024 | 126 | 0,036 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| K | 11 | 1180 | 1030 | 20 | 575 | 30 | 65 | 30 | 5 | 260 | 972 | 1018 | 160 | 0,032 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| L | 12 | 1180 | 1010 | 20 | 575 | 30 | 65 | 32 | 3 | 249 | 964 | 1018 | 172 | 0,025 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| M | 13 | 1180 | 1030 | 20 | 575 | 30 | 68 | 29 | 3 | 266 | 926 | 1021 | 171 | 0,045 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| N | 14 | 1180 | 1030 | 20 | 575 | 30 | 64 | 32 | 4 | 271 | 970 | 1009 | 153 | 0,033 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| O | 15 | 1180 | 1030 | 20 | 575 | 30 | 62 | 32 | 6 | 273 | 950 | 1030 | 186 | 0,028 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| P | 16 | 1150 | 1050 | 20 | 575 | 30 | 64 | 25 | 11 | 288 | 916 | 1062 | 175 | 0,031 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| Q | 17 | 1150 | 980 | 20 | 590 | 30 | 72 | 26 | 2 | 270 | 931 | 1053 | 123 | 0,031 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| R | 18 | 1150 | 1000 | 20 | 560 | 30 | 66 | 31 | 3 | 276 | 934 | 1034 | 110 | 0,027 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| S | 19 | 1150 | 970 | 20 | 560 | 30 | 56 | 38 | 6 | 261 | 920 | 1055 | 117 | 0,019 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
| T | 20 | 1150 | 980 | 20 | 590 | 30 | 64 | 36 | 0 | 265 | 958 | 1007 | 107 | 0,034 | Ausente | o | o | Presente Exemplo |
(*1) M: Fase martensitica, F: Fase ferrítica, A: Fase austenítica retida (*2) Tamanho máximo de grão de cristal de grãos de ferrita como medido em uma inspeção de uma região contínua de 100 mm2 supondo que os grãos tendo uma diferença de orientação de cristal de não mais de 15° representem os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD): . O sublinhado significa fora da faixa da presente invenção.
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Petição 870190079651, de 16/08/2019, pág. 47/58 [Tabela 2] Continuação
| Aço No. | Tubo de aço No. | Temperatura de aquecimento de material de tubo de aço (°C) | Arrefecimento brusco | Têmpera | Estrutura (% por volume) | Tamanho máximo de grão de cristal de grãos de ferrita (pm) (*2) | Resistência ao escoamento YS (MPa) | Resistência à tração TS (MPa) | vE-40 (J) | Taxa de corrosão (mm/y) | Corrosão alveolar | SSC | SCC | Observações | ||||
| Temperatura de aquecimento (°C) | Tempo de retenção (min) | Temperatura de aquecimento (°C) | Tempo de retenção (min) | M (*1) | F(*1) | A(*1) | ||||||||||||
| W | 23 | 1180 | 970 | 20 | 560 | 30 | 65 | 30 | 5 | 266 | 862 | 1016 | 106 | 0,030 | Ausente | X | X | Ex. comparativo |
| X | 24 | 1180 | 970 | 20 | 560 | 30 | 50 | 46 | 4 | 263 | 842 | 1023 | 32 | 0,010 | Ausente | O | O | Ex. comparativo |
| Y | 25 | 1150 | 1050 | 20 | 575 | 30 | 49 | 21 | 20 | 258 | 850 | 1039 | 230 | 0,030 | Ausente | O | O | Ex. comparativo |
| z | 26 | 1150 | 1080 | 20 | 580 | 30 | 54 | 36 | 10 | 270 | 912 | 1043 | 30 | 0,030 | Presente | X | X | Ex. comparativo |
| AA | 27 | 1150 | 980 | 20 | 590 | 30 | 59 | 35 | 6 | 249 | 916 | 1017 | 131 | 0,038 | Ausente | X | X | Ex. comparativo |
| AB | 28 | 1150 | 960 | 20 | 570 | 30 | 65 | 35 | 0 | 246 | 942 | 1020 | 115 | 0,139 | Presente | X | X | Ex. comparativo |
| AÇ | 29 | 1180 | 970 | 20 | 555 | 30 | 64 | 33 | 3 | 271 | 936 | 1019 | 123 | 0,027 | Ausente | X | X | Ex. comparativo |
| AD | 30 | 1180 | 970 | 20 | 560 | 30 | 62 | 30 | 8 | 263 | 854 | 1058 | 122 | 0,016 | Ausente | O | O | Ex. comparativo |
| AE | 31 | 1180 | 970 | 20 | 560 | 30 | 67 | 32 | 1 | 270 | 847 | 1048 | 157 | 0,041 | Presente | X | X | Ex. comparativo |
| AF | 32 | 1180 | 1000 | 20 | 595 | 30 | 60 | 31 | 9 | 277 | 901 | 1015 | 51 | 0,019 | Ausente | O | O | Ex. comparativo |
| AG | 33 | 1180 | 1040 | 20 | 550 | 30 | 58 | 27 | 15 | 324 | 886 | 981 | 111 | 0,046 | Ausente | X | O | Ex. comparativo |
| AJ | 36 | 1230 | 1000 | 20 | 575 | 30 | 60 | 22 | 18 | 518 | 870 | 998 | 42 | 0,011 | Ausente | O | O | Ex. comparativo |
| AK | 37 | 1180 | 960 | 20 | 570 | 30 | 65 | 25 | 10 | 264 | 888 | 1001 | 121 | 0,078 | Ausente | X | O | Ex. comparativo |
| AL | 38 | 1180 | 960 | 20 | 570 | 30 | 67 | 24 | 9 | 257 | 901 | 1012 | 60 | 0,058 | Ausente | O | O | Ex. comparativo |
| AM | 39 | 1180 | 960 | 20 | 570 | 30 | 65 | 25 | 10 | 251 | 845 | 931 | 109 | 0,061 | Ausente | O | O | Ex. comparativo |
| AN | 40 | 1180 | 960 | 20 | 570 | 30 | 65 | 26 | 9 | 270 | 920 | 1055 | 117 | 0,153 | Presente | X | X | Ex. comparativo |
| AO | 41 | 1180 | 960 | 20 | 570 | 30 | 68 | 23 | 9 | 266 | 832 | 945 | 108 | 0,132 | Ausente | X | X | Ex. comparativo |
| AP | 42 | 1180 | 960 | 20 | 570 | 30 | 67 | 24 | 9 | 260 | 916 | 1062 | 175 | 0,098 | Ausente | X | X | Ex. comparativo |
(*1) M: Fase martensítica, F: Fase ferrítica, A: Fase austenítica retida (*2) Tamanho máximo de grão de cristal de grãos de ferrita como medido em uma inspeção de uma região contínua de 100 mm2 supondo que os grãos tendo uma diferença de orientação de cristal de não mais de 15° representem os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD): . O sublinhado significa fora da faixa da presente invenção.
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38/40 [00137] Todos os tubos de aço inoxidável de alta resistência dos presentes exemplos tinham alta resistência com uma resistência ao escoamento de 862 MPa ou mais, alta tenacidade com uma energia de absorção a -40°C de 100 J ou mais, e excelente resistência à corrosão (resistência à corrosão por dióxido de carbono) em um ambiente corrosivo de alta temperatura contendo CO2 e Cl· a 200°C. Os tubos de aço inoxidável sem costura de alta resistência dos presentes exemplos não produziam rachaduras (SSC, SCC) no ambiente contendo H2S, e tinham excelente resistência à rachadura sob tensão por sulfeto e excelente resistência à corrosão e rachadura sob tensão por sulfeto.
[00138] Por outro lado, os exemplos comparativos fora da faixa da presente invenção não tinham pelo menos uma dentre a alta resistência, tenacidade à baixa temperatura, resistência à corrosão por dióxido de carbono, resistência à rachadura sob tensão por sulfeto (resistência à SSC) e resistência à corrosão por sulfeto (resistência à SCC) desejadas.
[00139] O tubo de aço No. 23 (aço No. W) tinha um teor de Mo menor que 2,7 %, em massa, e a resistência à SSC e a resistência à SCC desejadas não foram obtidas.
[00140] O tubo de aço No. 24 (aço No. X) tinha um teor de Cr maior que 17,5 %, em massa, e a fase de ferrita excedeu 45%. A resistência ao escoamento YS era menor que 862 MPa, e 0 vE-40 era menor que 100 J.
[00141] O tubo de aço No. 25 (aço No. Y) tinha um teor de Ni maior que 6,0 %, em massa, e a resistência ao escoamento YS era menor que 862 MPa.
[00142] O tubo de aço No. 26 (aço No. Z) tinha um teor de Mo maior que 5,0 %, em massa, e 0 vE-40 era menor que 100 J. Como resultado, ocorreu a corrosão alveolar, e a resistência à SSC e a resistência à SCC desejadas não foram obtidas.
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39/40 [00143] O tubo de aço No. 27 (aço No. AA) tinha um teor de Cu maior que 4,0 %, em massa, e a resistência à SSC e a resistência à SCC desejadas não foram obtidas.
[00144] O tubo de aço No. 28 (aço No. AB) tinha um teor de Cr menor que 14,5 %, em massa. Como resultado, ocorreu a corrosão alveolar, e a resistência à SSC e a resistência à SCC desejadas não foram obtidas.
[00145] O tubo de aço No. 29 (aço No. AC) tinha um teor de Cu menor que 0,3 %, em massa, e a resistência à SSC e a resistência à SCC desejadas não foram obtidas.
[00146] O tubo de aço No. 30 (aço No. AD) tinha um teor de V menor que 0,02 %, em massa, e a resistência ao escoamento YS era menor que 862 MPa.
[00147] O tubo de aço No. 31 (aço No. AE) tinha um teor de W menor que 0,1 %, em massa, e a resistência ao escoamento YS era menor que 862 MPa. Como resultado, ocorreu a corrosão alveolar, e a resistência à SSC e a resistência à SCC desejadas não foram obtidas.
[00148] O tubo de aço No. 32 (aço No. AF) tinha um teor de B maior que 0,0100 %, em massa, e o vE-40 era menor que 100 J.
[00149] O tubo de aço No. 33 (aço No. AG) tinha um teor de B menor que 0,0005 %, em massa, e a trabalhabilidade a quente era insuficiente. Como resultado, ocorreu dano durante fabricação do tubo, e a resistência à SSC desejada não foi obtida.
[00150] O tubo de aço No. 36 tinha uma temperatura de aquecimento de mais de 1200°C. O tamanho de grão de cristal máximo de grãos de ferrita excedeu 500 pm, e o vE-40 era menor que 100 J.
[00151] O tubo de aço No. 37 tinha um teor de Si maior que 0,5 %, em massa, e a trabalhabilidade a quente era insuficiente. Como resultado, ocorreu dano durante fabricação do tubo, e a resistência à SSC desejada não foi obtida.
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40/40 [00152] O tubo de aço No. 38 tinha um teor de Mn maior que 1,0 %, em massa, e o vE-40 era menor que 100 J.
[00153] O tubo de aço No. 39 tinha um teor de Mn menor que 0,15 %, em massa, e a resistência ao escoamento YS era menor que 862 MPa.
[00154] O tubo de aço No. 40 tinha um teor de Cr menor que 14,5 %, em massa, e a resistência à corrosão por dióxido de carbono desejada, a resistência à corrosão alveolar desejada e as resistências à SSC e SCC desejadas não foram obtidas.
[00155] O tubo de aço No. 41 tinha um teor de Ni menor que 3,0 %, em massa. A resistência ao escoamento YS era menor que 862 MPa, e a resistência à corrosão por dióxido de carbono desejada, a resistência à corrosão alveolar desejada e as resistências à SSC e SCC desejadas não foram obtidas.
[00156] O tubo de aço No. 42 tinha um teor de Mo menor que 2,7 %, em massa, e as resistências à SSC e SCC desejadas não foram obtidas.
Claims (5)
- REIVINDICAÇÕES1. Tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência tem uma resistência ao escoamento de 862 MPa ou mais com uma composição que compreende, em %, em massa, C :0,05% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,15 a 1,0%, P :0,030% ou menos, S :0,005% ou menos, Cr: 14,5 a 17,5%, Ni: 3,0 a 6,0%, Mo: 2,7 a 5,0%, Cu: 0,3 a 4,0%, W :0,1 a 2,5%, V: 0,02 a 0,20%, Al: 0,10% ou menos, N: 0,15% ou menos, B: 0,0005 a 0,0100%, e o saldo é Fe e impurezas inevitáveis, e em que o C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N satisfazem a fórmula (1) abaixo, e o Cu, Mo, W, Cr e Ni satisfazem a fórmula (2) abaixo, em que o tubo de aço inoxidável tem uma estrutura que contém mais de 45% de fase de martensita como uma fase primária, 10 a 45% de fase de ferrita e 30% ou menos fase de austenita retida como uma fase secundária, por volume, e em que os grãos de ferrita têm um tamanho de grão de cristal máximo de 500 pm ou menos como medido em uma inspeção de uma região contínua de 100 mm2 supondo que os grãos tendo uma diferença de orientação de cristal de não mais de 15° representem os mesmos grãos em difração por retroespalhamento de elétrons (EBSD): Fórmula (1)-5,9 x (7,82 + 27C - 0,91 Si + 0,21 Mn - 0,9Cr + Ni - 1,1 Mo + 0,2Cu + 11N) > 13,0, em que C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, e N representam o teor de cada elemento (% em massa); eFórmula (2)Cu + Mo + W + Cr + 2Ni < 34,5, em que Cu, Mo, W, Cr, e Ni representam o teor de cada elemento (% em massa).Petição 870190079651, de 16/08/2019, pág. 52/58
- 2/22. Tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição compreende adicionalmente, em %, em massa, pelo menos um selecionado a partir de Nb: 0,02 a 0,50%, Ti: 0,02 a 0,16%, e Zr: 0,02 a 0,50%.
- 3. Tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a composição compreende adicionalmente, em %, em massa, pelo menos um selecionado a partir de REM: 0,001 a 0,05%, Ca: 0,001 a 0,005%, Sn: 0,05 a 0,20%, e Mg: 0,0002 a 0,01%.
- 4. Tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição compreende adicionalmente, em %, em massa, pelo menos um selecionado a partir de Ta: 0,01 a 0,1%, Co: 0,01 a 1,0%, e Sb:0,01 a 1,0%.
- 5. Método de produção do tubo de aço inoxidável sem costura de alta resistência para produtos tubulares petrolíferos, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o método compreende: aquecer um material de tubo de aço a uma temperatura de aquecimento de 1200°C ou menos;trabalhar o material de tubo de aço a quente para produzir um tubo de aço sem costura de um formato predeterminado; e arrefecer bruscamente e temperar o tubo de aço sem costura trabalhado a quente em sucessão.
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