BR112019023356B1 - Tubo de aço dobrado e método para a sua produção - Google Patents

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Abstract

Um tubo de aço dobrado (1) inclui uma porção reta do tubo (2) e uma porção curvada (3) com um raio de curvatura r não inferior a três vezes um diâmetro externo OD da porção reta do tubo (2), tendo uma composição química contendo, em percentual em massa: 0,04 a 0,08%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 1,00 a 1,70%, P: 0,015% ou menos, S: 0,002% ou menos, Cu: 0 a 0,50%, Ni: 0 a 0,50%, Cr: 0 a 0,50%, Mo: 0 a 0,50%, Sol.Al: 0 a 0,10%, Ca: 0 a 0,0050%, Nb: 0 a 0,050%, V: 0 a 0,10%, e Ti: 0 a 0,030%, com o balanço sendo Fe e impurezas, em que Ceq (= C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni) /15) é de 0,35% ou mais, limites de escoamento da porção reta do tubo (2) e a porção dobrada (3) são de 450 a 600 MPa, e as durezas Vickers (HV10) da porção reta do tubo (2) e da porção dobrada (3) são 230 ou menos.

Description

CAMPO TÉCNICO
[0001] A presente invenção refere-se a um tubo de aço dobrado e um método para produzir o tubo de aço dobrado.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
[0002] Os produtos siderúrgicos utilizados nos oleodutos para o transporte de petróleo ou gás natural devem ter resistência à corrosão apropriada para um ambiente de uso, em particular resistência ao trincamento induzido por hidrogênio (HIC) (doravante mencionada como resistência ao HIC), além de precisarem possui uma parede espessa (uma espessura de parede de 30 mm ou maior) e alta resistência (Classe X65 definida na norma API 5L/ISO 3183: YS450 a 600 MPa). Além dos tubos retos, os tubos com seções curvas (tubos dobrados) também são usados para os dutos, dependendo da geografia do terreno onde os tubos são lançados. Em um poço de completação submarino, que inclui equipamento de cabeça de poço colocado no fundo do mar, uma linha de fluxo a ser conectada a uma plataforma offshore precisa ser conectada com equipamento submarino, e um tubo curvado é usado em uma parte de conexão entre a linha de fluxo e o equipamento submarino, e semelhantes. É necessário que os tubos dobrados tenham as mesmas propriedades mecânicas que os dos tubos retos e, portanto, uma porção de um tubo reto é submetida a um trabalho de dobra realizado, tal como processamento a quente e, em seguida, o tubo é submetido a têmpera e revenimento.
[0003] O Documento de Patente 1 divulga um tubo de aço dobrado que é um tubo de aço soldado com uma composição química predeterminada sujeita a trabalho de dobra realizado como processamento a quente, e depois resfriado a um intervalo de temperatura de 300°C ou menos a uma taxa de resfriamento de 5°C/s ou mais na porção central, na direção da espessura da parede, em um intervalo de temperatura de 700 a 500°C e revenido em um intervalo de temperatura de 300°C ou mais a 500°C ou menos.
[0004] O Documento de Patente 2 divulga um tubo de aço dobrado que é um tubo de aço soldado com uma composição química predeterminada sujeita ao trabalho de dobra realizado como processamento a quente, e depois resfriado a um intervalo de temperatura de 300°C ou menos a uma taxa de resfriamento de 3°C/s ou mais e revenido em um intervalo de temperatura de 300 a 500°C.
[0005] O Documento de Patente 3 divulga um tubo dobrado sem costura que inclui uma porção dobrada e porções retas do tubo nas extremidades opostas da porção dobrada. Os diâmetros internos das duas extremidades do tubo são maiores que os da porção dobrada.
[0006] O Documento de Patente 4 descreve um tubo de aço dobrado obtido a partir de um tubo reto com uma composição química predeterminada, submetendo o tubo ao aquecimento a um intervalo de temperatura de uma ponto Ac3 ou mais para 1050°C ou menos, depois realizar o trabalho de dobra, imediatamente a seguir à têmpera, e depois realizar revenimento em um intervalo de temperatura de 250 a 500°C.
[0007] O Documento de Patente 5 descreve um tubo de dobra de aço obtido a partir de um tubo reto, com uma composição química predeterminada, submetendo o tubo a aquecimento a uma temperatura de uma Ac3 ponto ou mais para o ponto Ac3 + 100°C ou menos, depois realizar o trabalho de dobra, imediatamente depois realizar resfriamento a ar de 800°C a 500°C a uma taxa de resfriamento de 0,5°C/s ou mais e, posteriormente, realizar revenimento a uma temperatura de 650°C ou menos.
[0008] O Documento de Patente 6 divulga um tubo de aço dobrado obtido a partir de um tubo reto com uma composição química predeterminada, submetendo o tubo a resfriamento no qual o tubo é dobrado após ser aquecido a um intervalo de temperatura de 900 a 1050°C e depois submetido a um resfriamento rápido e, em seguida, ao revenimento em um intervalo de temperatura de 450 a 600°C.
LISTA DE DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR DOCUMENTO DE PATENTE
[0009] Documento de Patente 1: WO 2008/139639 Documento de Patente 2: WO 2008/007737 Documento de Patente 3: JP2008-249010A Documento de Patente 4: JP7-3330A Documento de Patente 5: JP6-330169A Documento de Patente 6: JP4-154913A
SUMÁRIO DO MODELO DE UTILIDADE PROBLEMA TÉCNICO
[0010] É necessário que o aço para tubulações tenha excelente propriedade de soldabilidade. Portanto, os componentes do aço para tubulações são projetados para ter um carbono equivalente baixo em comparação com o aço para produtos tubulares petrolíferos (OCTG), que são instalados sem serem soldados e, portanto, o aço para tubulações tem uma baixa temperabilidade. Em consequência disto, quando o aço para tubulações é submetido a têmpera e revenimento, que são tratamentos térmicos típico, uma porção da superfície pode ter uma dureza alta porque uma taxa de resfriamento é alta durante a têmpera e uma porção da metade da parede pode ter uma baixa dureza porque a taxa de resfriamento é baixa, e uma distribuição de dureza assume uma forma de U na direção da espessura da parede. Esta distribuição da dureza permanece mesmo após o revenimento.
[0011] A tubulações para serviço de produtos químicos ácidos precisam ser controladas para ter baixa dureza, a fim de fornecer excelente resistência ao HIC, mas a distribuição de dureza supracitada é um problema de produção. Além disso, os tubos dobrados a serem soldados nas tubulações, equipamentos submarinos ou similares são fabricados com projetos de componentes semelhantes e, portanto, têm distribuições de dureza semelhantes aos tubos retos. Em particular, os tubos dobrados têm formas complexas, e uma taxa de resfriamento na têmpera é mais baixa em comparação com os tubos retos. A tendência é perceptível em tubos dobrados de paredes espessas com espessuras de parede de 30 mm ou mais e, portanto, é altamente difícil garantir alta resistência à Classe X65 (YS: 450 a 600 MPa) e dureza tão baixa quanto 230 ou menos em termos de dureza Vickers (HV10).
[0012] Nas invenções do Documento de Patente 1 e do Documento de Patente 2, uma temperatura de tratamento térmico (revenimento) após o resfriamento é de 300 a 500°C, que é muito baixa. O Documento de Patente 3 não divulga uma temperatura do trabalho de dobra, uma taxa de resfriamento e uma temperatura de tratamento térmico após o resfriamento. Nas invenções do Documento de Patente 4 ao Documento de Patente 6, uma temperatura de aquecimento antes do trabalho de dobra é muito baixa. Em particular, ao contrário dos tubos dobrados com espessuras de parede inferiores a 30 mm, descritos nos exemplos destes Documentos, é difícil garantir taxas de resfriamento suficientemente altas nos tubos dobrados de paredes espessas com espessuras de parede de 30 mm ou mais. Portanto, as técnicas convencionais não conseguiram obter um tubo de aço dobrado com uma resistência e resistência à corrosão suficientes em uma porção dobrada.
[0013] Um objetivo da presente invenção é fornecer um tubo de aço dobrado que seja excelente em resistência à sua porção dobrada e excelente em resistência ao HIC.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA
[0014] Para resolver o problema descrito acima, os presentes inventores conduziram estudos intensivos e, consequentemente, obtiveram as seguintes resultados.
[0015] (1) Quando uma temperatura de aquecimento do trabalho de dobra é inferior a 1050°C, a dureza de uma porção central de espessura de parede em uma porção dobrada de um tubo de aço dobrado resultante diminui, sendo difícil recuperar essa diminuição na dureza da porção central de espessura de parede, mesmo com a posterior têmpera. Em consequência disto, um limite de escoamento da parte dobrada diminui. Se um tubo de aço curvado for submetido a tratamento térmico a uma temperatura relativamente alta, a dureza de uma superfície poderá ser reduzida, mas a dureza de uma porção central de espessura de parede não poderá ser aumentada. Consequentemente, um produto de alta resistência de Classe X65 (YS: 450 a 600 MPa) não pode ser obtido. Portanto, é importante definir a temperatura de aquecimento do trabalho de dobra em mais de 1050°C, particularmente 1060°C ou mais.
[0016] (2) A realização do trabalho de dobra a uma temperatura relativamente alta, como descrito acima, pode aumentar a dureza da porção central da espessura da parede na porção dobrada, enquanto a dureza de uma camada externa é excessivamente aumentada. Por esse motivo, mesmo quando o tratamento térmico a 500°C ou menos é realizado no tubo de aço dobrado sujeito a esse trabalho de dobra, é difícil diminuir suficientemente a dureza da camada externa. Em particular, uma dureza de uma região externa (lado dorsal) da porção dobrada no tubo de aço dobrado (uma região na qual uma carga de tração é aplicada no trabalho de dobra) é aumentada, deixando de fornecer uma resistência ao HIC desejada. Portanto, é importante definir a temperatura do tratamento térmico após o resfriamento em mais de 500°C, particularmente 510°C ou mais.
[0017] A presente invenção foi feita com base nesses resultados e possui uma essência do seguinte tubo de aço dobrado e método para a produção do tubo de aço dobrado.
[0018] [1] Tubo de aço dobrado que inclui uma porção reta do tubo e uma porção curvada com um raio de curvatura não inferior a três vezes o diâmetro externo da porção reta do tubo e tem uma espessura de parede de 30 mm ou mais, o tubo de aço curvado tendo uma composição química incluindo, em percentual em massa: C: 0,04 a 0,08%; Si: 0,05 a 0,50%; Mn: 1,00 a 1,70%; P: 0,015% ou menos; S: 0,002% ou menos; Cu: 0 a 0,50%; Ni: 0 a 0,50%; Cr: 0 a 0,50%; Mo: 0 a 0,50%; Sol.Al: 0 a 0,10%; Ca: 0 a 0,0050%; Nb: 0 a 0,050%; V: 0 a 0,10%; Ti: 0 a 0,030%, e o balanço; Fe e impurezas, caracterizado pelo fato de que Ceq calculado a partir da seguinte Fórmula (1) é 0,35% ou mais, e na porção reta do tubo e na porção dobrada, um limite de escoamento é de 450 a 600MPa e uma dureza Vickers (HV10) é de 230 ou menos: Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Cu + Ni) / 15 ... (1) onde os símbolos dos elementos na Fórmula (1) acima significam o teor dos respectivos elementos (em percentual em massa).
[0019] [2] Tubo de aço dobrado de acordo com o item [1] acima, em que a composição química contém um ou mais selecionados dentre: Cu: 0,05 a 0,50%; Ni: 0,05 a 0,50%; Cr: 0,05 a 0,50%; Mo: 0,05 a 0,50%; Sol.Al: 0,001 a 0,10%; Ca: 0,0001 a 0,0050%; Nb: 0,001 a 0,050%; V: 0,01 a 0,10%; e Ti: 0,005 a 0,030%.
[0020] [3] Tubo de aço dobrado, de acordo com o item [1] ou [2] acima, em que o tubo de aço dobrado satisfaz a Fórmula (2) e a Fórmula (3) a seguir: Hvioi - HVIOM ≤ 30 ... (2) Hvioo - HVIOM ≤ 30 ... (3) em que o significado de cada símbolo na Fórmula (2) e na Fórmula (3) acima é o seguinte: Hvioi: Dureza Vickers (HVio) em uma posição de profundidade de i,5 mm a partir de uma superfície interna da porção dobrada Hv1 0M: Dureza Vickers (HV10) na posição central de espessura de parede da porção dobrada Hv1 0O: Dureza Vickers (HV10) em uma posição de profundidade de 1,5 mm a partir de uma superfície externa da porção dobrada.
[0021] [4] Tubo de aço dobrado, de acordo com qualquer um dos itens [1] a [3] acima, em que o tubo de aço dobrado é um tubo de aço sem costura.
[0022] [5] Tubo de aço dobrado, de acordo com qualquer um dos itens [1] a [4] acima, em que o tubo de aço dobrado tem uma espessura de parede de 50 mm ou menos.
[0023] [6] Método para produzir o tubo de aço dobrado, de acordo com o item [1] acima, incluindo as seguintes etapas (1) a (4) a serem executadas nesta ordem: (1) uma etapa de aquecimento de um tubo de aço com uma espessura de parede de 30 mm ou mais e com a composição química de acordo com o item [1] acima a uma temperatura de aquecimento predeterminada superior a 1050°C a 1100°C ou menos a uma taxa média de aumento de temperatura de 10 a 30°C/s; (2) uma etapa de dobra, imediatamente após a etapa de aquecimento, do tubo de aço, de modo que o raio de curvatura do tubo de aço não seja inferior a três vezes o diâmetro externo do tubo de aço, para obter o tubo de aço dobrado; (3) uma etapa de resfriamento do tubo de aço dobrado a uma taxa média de resfriamento de 3°C/s ou mais em um intervalo de temperatura de 800 a 500°C; e (4) uma etapa de realização de tratamento térmico no tubo de aço dobrado em um intervalo de temperatura superior a 500°C a 600°C ou menos.
[0024] [7] Método para produzir o tubo de aço dobrado, de acordo com o item [6] acima, em que na etapa (1), o tubo de aço é aquecido por um comprimento total do tubo de aço.
[0025] [8] Método para produzir o tubo de aço dobrado, de acordo com o item [6] ou [7] acima, em que na etapa (2) o tubo de aço é dobrado de modo que um ângulo de curvatura seja 20° ou mais.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO
[0026] De acordo com a presente invenção, é possível fornecer um tubo de aço dobrado com uma alta resistência de Grau X65 (YS: 450 a 600 MPa) e excelente resistência ao HIC.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0027] [Figura 1] A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo de um tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade.[Figura 2] A Figura 2 é uma vista em corte transversal ao longo de uma linha a-a na Figura 1.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES
[0028] Será descrito abaixo um tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade com referência aos desenhos.
[0029] 1. Tubo de Aço Dobrado (1) Forma Como ilustrado na Figura 1, um tubo de aço dobrado 1 de acordo com a presente modalidade inclui porções retas do tubo 2 e uma porção dobrada 3. Um raio de curvatura r (mm) da porção dobrada 3 não é inferior a três vezes um diâmetro externo OD (mm) das porções retas do tubo 2, ou seja, não menos que 3OD. Se o raio de curvatura r (mm) da porção dobrada 3 for menor que 3OD, uma diferença na espessura da parede se tornará muito grande entre uma porção interna (porção do lado ventral) 3a e uma porção externa (porção do lado dorsal) 3b, da porção dobrada, que torna muito grande a irregularidade nas propriedades mecânicas. Um limite superior do raio de curvatura r não é particularmente limitado, mas um raio de curvatura grande requer um grande espaço de trabalho para o trabalho de dobra e, portanto, o limite superior do raio de curvatura é de preferência 20OD sob uma restrição de instalação. Um ângulo de curvatura θ pode ser projetado de acordo com uma condição real de uso, sendo praticamente de 180° ou menos. Na presente modalidade, o raio de curvatura r significa um raio de curvatura correspondente a uma linha que passa no centro do tubo de aço dobrado 1 (linha central).
[0030] O tubo de aço dobrado 1 de acordo com a presente modalidade tem uma espessura de parede de, por exemplo, 30 a 50 mm. Um efeito da presente invenção é notável em tubos de aço dobrado de parede espessa com espessuras de parede não inferiores a 30 mm, e a presente invenção pode ser adequadamente utilizada em tubos de aço dobrado de parede espessa com espessuras de parede não inferiores a 35 mm.
[0031] O tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade pode ser um tubo de aço soldado obtido dobrando uma placa de aço e porções adjacentes à solda, ou pode ser um tubo de aço sem costura produzido usando um laminador de perfuração ou similar. Visto que o tubo de aço dobrado de acordo com a presente invenção possui uma alta resistência de Classe X65 (YS: 450 a 600 MPa) e excelente resistência ao HIC, o tubo de aço dobrado é particularmente mais adequado para tubulações, linhas de fluxo e similares. Deste ponto de vista, o tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade é preferencialmente um tubo de aço dobrado obtido através da realização de trabalho de dobra em um tubo de aço sem costura.
[0032] (2) Composição Química O tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade tem a seguinte composição química. Na descrição a seguir, o símbolo "%" para teores significa "percentual em massa".
[0033] C: 0,04 a 0,08% C (carbono) é um elemento que é eficaz para aumentar a resistência. Para ter uma resistência de grau X65 ou superior, um teor de C é definido em 0,04% ou mais. Enquanto isso, um teor excessivo de C leva a uma diminuição significativa da tenacidade, o que afeta adversamente uma propriedade mecânica de um metal base e aumenta a ocorrência de um defeito de superfície em uma placa. Consequentemente, o teor de C é definido em 0,08% ou menos. Um limite superior do teor de C é desejavelmente 0,07%, e um limite inferior do teor de C é desejavelmente 0,05%.
[0034] Si: 0,05 a 0,50% O Si (silício) é um elemento usado como desoxidante do aço e também um elemento eficaz para fortalecer o aço, e, portanto, um teor de Si é definido em 0,05% ou mais. Enquanto isso, um teor excessivo de Si leva a uma diminuição significativa da tenacidade, resultando em uma diminuição de uma propriedade mecânica do tubo de aço dobrado. Consequentemente, o teor de Si é definido em 0,50% ou menos. Um limite superior do teor de Si é desejavelmente 0,30%, e um limite inferior do teor de Si é desejavelmente 0,10%.
[0035] Mn: 1,00 a 1,70% O Mn é eficaz para aumentar a resistência e a tenacidade do aço, e o teor de Mn é fixado em 1,00% ou mais. Enquanto isso, um teor excessivo de Mn resulta em uma diminuição na resistência e, portanto, o teor de Mn é fixado em 1,70% ou menos. Um limite superior do teor de Mn é desejavelmente 1,60%, e um limite inferior do teor de Mn é desejavelmente 1,20%.
[0036] P: 0,015% ou menos P (fósforo) está inevitavelmente presente no aço, um teor excessivo de P degrada a resistência à corrosão e, portanto, um teor de P é definido em 0,015% ou menos. Um limite superior do teor de P é desejavelmente fixado em 0,013%.
[0037] S: 0,002% ou menos S (enxofre) está inevitavelmente presente no aço, um teor excessivo de S degrada uma tenacidade de um metal base e, portanto, um teor de S é fixado em 0,002% ou menos.
[0038] Cu: 0 a 0,50% Ni: 0 a 0,50% Cr: 0 a 0,50% Cu, Ni e Cr são elementos que contribuem para o aprimoramento da resistência e da temperabilidade da solução sólida, permitem que a resistência seja reforçada sem perder significativamente a tenacidade e, portanto, podem estar contidos no tubo de aço dobrado. No entanto, um teor de Cu superior a 0,50% faz com que ocorra checagem do Cu, o que causa um defeito na superfície de uma placa. Um teor de Ni superior a 0,50% resulta em um aumento significativo no custo. Um teor de Cr superior a 0,50% resulta em uma diminuição da resistência. Consequentemente, para cada elemento de Cu, Ni e Cr, seu Teor é fixado em 0,50% ou menos. Para obter o efeito acima, cada elemento de Cu, Ni e Cr está de preferência contido em 0,05% ou mais. Um limite superior do teor de Cu é desejavelmente 0,30%, e um limite inferior do teor de Cu é desejavelmente 0,05%. Um limite superior do teor de Ni é desejavelmente 0,40%, e um limite inferior do teor de Ni é desejavelmente 0,05%. Um limite superior do teor de Cr é desejavelmente 0,40%, e um limite inferior do teor de Cr é desejavelmente 0,05%.
[0039] Mo: 0 a 0,50% O Mo (molibdênio) tem o efeito de minimizar uma degradação na tenacidade e um efeito de aumento da resistência, e pode estar contido no tubo de aço dobrado. No entanto, um teor de Mo superior a 0,50% resulta em uma degradação da soldabilidade periférica no lançamento do tubo de aço dobrado e, portanto, um teor de Mo é definido em 0,50% ou menos. Um limite superior do teor de Mo é desejavelmente 0,30%, e um limite inferior do teor de Mo é desejavelmente 0,05%.
[0040] Sol.Al: 0 a 0,10% O alumínio (Al) combina-se com N para formar seu nitreto fino, aumentando a tenacidade do aço e, portanto, o alumínio pode estar contido no aço. Uma quantidade vestigial de Al pode fornecer o efeito acima. Enquanto isso, um teor excessivo de Al faz com que o nitreto de Al fique grosseiro, resultando em uma diminuição na tenacidade do aço. Portanto, quando Al está contido, um teor de Al, na forma de Sol.Al (Al solúvel em ácido), é definido em 0,10% ou menos. Um limite inferior do teor de Al é, de preferência, 0,001%, mais preferencialmente, 0,01%. Um limite superior do teor de Al é, de preferência, 0,08%, mais preferencialmente, 0,06%.
[0041] Ca: 0 a 0,0050% O Ca é eficaz para esferoidizar inclusões, sendo um elemento que é eficaz para evitar trincas e rasgos lamelares induzidos por hidrogênio e pode estar contido no tubo de aço dobrado. No entanto, um teor de Ca superior a 0,0050% satura esses efeitos e, portanto, um teor de Ca é definido em 0,0050% ou menos. Um limite superior do teor de Ca é desejavelmente 0,0020%, e um limite inferior do teor de Ca é desejavelmente 0,0001%.
[0042] Nb: 0 a 0,050% V: 0 a 0,10% Ti: 0 a 0,030% Nb, V e Ti são elementos que contribuem para o aprimoramento da resistência a precipitação e temperabilidade, bem como elementos que refinam os grãos para melhorar a tenacidade e, portanto, podem estar contidos no tubo de aço dobrado. No entanto, o teor excessivo desses elementos resulta em uma diminuição na tenacidade do metal de solda em uma porção de solda. Assim, um teor de Nb é definido em 0,050% ou menos, um teor de V é definido em 0,10% ou menos e um teor de Ti é definido em 0,030% ou menos. Um limite superior do teor de Nb é desejavelmente 0,020%, e um limite inferior do teor de Nb é desejavelmente 0,001%. Um limite superior do teor de V é desejavelmente 0,07%, e um limite inferior do teor de V é desejavelmente 0,01%. Um limite superior do teor de Ti é desejavelmente 0,010%, e um limite inferior do teor de Ti é desejavelmente 0,005%.
[0043] O tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade contém os elementos acima dentro dos respectivos intervalos definidos e faz com que Ceq (carbono equivalente) calculado a partir da seguinte Fórmula (1) seja 0,35% ou mais:Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Cu + Ni) / 15 ... (1) Os símbolos dos elementos na Fórmula (1) acima significam o teor dos respectivos elementos (em percentual em massa). Ceq é um índice para avaliação da temperabilidade de um produto de aço. Para obter alta resistência, mesmo no caso de um tubo de aço de parede espessa com espessura de parede igual ou superior a 30 mm, Ceq é definido em 0,35% ou mais.
[0044] O balanço da composição química do tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade é Fe e impurezas. As "impurezas" neste documento significam componentes que são misturados na produção industrial do produto de aço a partir de materiais como minérios e refugo ou devido a outros fatores.
[0045] (3) Propriedades O tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade precisa ter uma alta resistência de Classe X65 (YS: 450 a 600 MPa) em conformidade com a norma API 5L/ISO 3183 e uma dureza baixa de 230 ou menos em termos de dureza Vickers (HV10) com uma força de teste de 10 kgf em conformidade com a norma ASTM E92 (2016). A resistência e a dureza precisam ser excelentes nos tubos retos 2 e na porção dobrada 3.
[0046] Neste documento, como ilustrado na Figura 1, são realizados vários testes usando amostras retiradas de uma área A na porção interna 3a da porção dobrada 3, uma área B na porção externa 3b e uma área C em uma porção reta do tubo 2 suficientemente longe da porção dobrada 3. Na presente modalidade, a área A é fornecida em uma porção central da porção interna 3a, a área B é fornecida em uma porção central da porção externa 3b e a área C é fornecida em uma posição na porção reta do tubo 2 que está longe da porção dobrada 3 em, por exemplo, 50 mm ou mais. Para um teste de tensão, é retirada uma amostra de barra redonda conforme a norma ASTM A370. A Figura 2 é uma vista em corte transversal ao longo de uma linha a-a na Figura 1. Conforme ilustrado na Figura 2, para amostras retiradas das três áreas acima, as durezas Vickers são medidas em 12 pontos no total, incluindo quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm a partir de uma superfície externa do tubo de aço dobrado 1 (posição de proximidade da superfície externa), quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições centrais da espessura da parede do tubo de aço dobrado 1, e quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm de uma superfície interna do tubo de aço dobrado 1 (posição de proximidade da superfície interna).
[0047] Para avaliação da resistência do tubo de aço dobrado, é definido um critério em que os limites de escoamento na área A para a área C (em particular, na área A e na área B) caem todos dentro de um intervalo de 450 a 600 MPa. Para avaliação da dureza do tubo de aço dobrado, é definido um critério em que as durezas Vickers máximas (HV10) sejam 230 ou menos em todas as posições de proximidade da superfície externa, posições centrais da espessura da parede e posições de proximidade da superfície interna na área A para a área C (em particular, na área A e na área B). Em particular, é preferencial que, em cada área, diferenças na dureza Vickers entre a posição de proximidade da superfície externa e a posição central da espessura da parede (as diferenças em quatro posições de medição em uma direção circunferencial) e diferenças na dureza Vickers entre a posição de proximidade da superfície interna e a posição central da espessura da parede (as diferenças em quatro posições de medição na direção circunferencial) sejam 30 ou menos, ou seja, são satisfeitas a Fórmula (2) e Fórmula (3) a seguir: Hvioi - HVIOM ≤ 30 ... (2) Hvioo - HVIOM ≤ 30 ... (3) Neste documento, o significado de cada símbolo na Fórmula (2) e na Fórmula (3) acima é o que se segue. Hvioi: Dureza Vickers (HVio) em uma posição de profundidade de i,5 mm a partir de uma superfície interna da porção dobrada. Hvi oM: Dureza Vickers (HVio) na posição central de espessura de parede da porção dobrada Hvi oO: Dureza Vickers (HVio) em uma posição de profundidade de i,5 mm a partir de uma superfície externa da porção dobrada.
[0048] (4) Microestrutura Metálica O tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade tem, por exemplo, uma microestrutura metálica incluindo principalmente bainita. A microestrutura metálica, incluindo principalmente a bainita, significa uma microestrutura metálica na qual uma abundância de bainita é de 9o% em volume ou mais. O restante da microestrutura metálica não tem limitações e pode incluir, por exemplo, menos de io% em volume de martensita ou similar.
[0049] 2. Método para a Produção de Tubos de Aço Dobrados (a) Produção de Tubo Reto Num método para produzir o tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade, um tubo reto pode ser produzido por um método conhecido. Um tubo de aço sem costura pode ser produzido pelo processo Mannesmann, ou seja, executando laminação perfurada em um tarugo cuja composição química é ajustada para uma composição química predeterminada, ou um tubo de aço soldado, como um tubo de aço soldado por resistência elétrica, um tubo de aço em espiral e um tubo de aço UO podem ser produzidos a partir de uma placa de aço cuja composição química é ajustada a uma composição química predeterminada.
[0050] b) Trabalho de Dobra No método para produzir o tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade, um tubo de aço (tubo reto) com uma espessura de 30 mm ou mais (de preferência 50 mm ou menos) e com uma composição química predeterminada é primeiramente aquecido rapidamente a uma temperatura de aquecimento predeterminada e imediatamente depois submetido a trabalho de dobra. A temperatura de aquecimento é superior a 1050°C a 1100°C ou menos. Neste documento, a temperatura de aquecimento refere-se a uma temperatura na superfície externa do tubo de aço. A temperatura de aquecimento pode ser medida, por exemplo, por um termômetro de radiação. Quando a temperatura de aquecimento do trabalho de dobra é 1050°C ou inferior, a dureza de uma porção central de espessura de parede em uma porção dobrada 3 de um tubo de aço dobrado resultante 1 diminui, sendo difícil recuperar essa diminuição na dureza, mesmo com a posterior têmpera. Em consequência disto, um limite de escoamento da porção dobrada 3 diminui. Se um tubo de aço dobrado 1 for submetido a tratamento térmico a uma temperatura relativamente alta, a dureza de uma superfície poderá ser reduzida, mas a dureza de uma porção central de espessura de parede não poderá ser aumentada. Consequentemente, um produto de alta resistência de Classe X65 (YS: 450 a 600 MPa) não pode ser obtido. Portanto, a temperatura de aquecimento do trabalho de dobra é definida em mais de 1050°C, de preferência 1060°C ou mais. Enquanto isso, uma temperatura de aquecimento excessivamente alta do trabalho de dobra causa um problema de deterioração da tenacidade. Portanto, a temperatura de aquecimento do trabalho de dobra é fixada em 1100°C ou menos, de preferência 1090°C ou menos. Na presente modalidade, ser imediatamente submetido depois ao trabalho de dobra refere-se a ser submetido a trabalho de curvatura, por exemplo, após o aquecimento e antes que a temperatura do tubo de aço caia para 1050°C ou menos. É preferencial que o trabalho de dobra seja realizado após o aquecimento e antes que a temperatura do tubo de aço caia para menos de 1060°C.
[0051] Por exemplo, é utilizado como um método de aquecimento um método de aquecimento por indução de alta frequência. No método de aquecimento por indução de alta frequência, o tubo de aço pode ser rapidamente aquecido localmente (por exemplo, de 10 a 30°C/s, como uma taxa média de aquecimento, a partir de uma temperatura ambiente (20°C) até a temperatura de aquecimento descrita acima). Além disso, no método de aquecimento por indução de alta frequência, um tubo de aço é aquecido e sujeito ao trabalho de dobra enquanto é alimentado a partir de uma bobina de aquecimento de alta frequência a um aparelho de trabalho de dobra, para que o trabalho de dobra possa ser executado imediatamente em um região predeterminada tendo sido aquecida. Considera-se que, por exemplo, realizar o aquecimento rápido a alta temperatura de tal maneira diminui o tamanho das partículas após a têmpera, o que leva à melhoria da tenacidade e resistência ao HIC.
[0052] Normalmente, na produção do tubo de aço dobrado 1, apenas uma porção de um tubo reto preparado para se tornar uma porção dobrada 3 é tipicamente aquecida. No entanto, quando o tubo de aço é finalizado no tubo de aço dobrado 1, a porção dobrada 3 é aquecida enquanto as porções retas do tubo 2 não são aquecidas, o tubo de aço dobrado torna-se irregular na histerese térmica como um todo e, como resultado, irregularidades nas propriedades mecânicas e resistência ao HIC podem se desenvolver. Portanto, na presente invenção, é preferencial que o aquecimento para o trabalho de dobra seja realizado em um comprimento total do tubo de aço, incluindo porções onde o trabalho de dobra não é realizado.
[0053] O tubo de aço aquecido (tubo reto) é dobrado de modo que um raio de curvatura r (mm) da porção dobrada 3 não seja menor que três vezes o diâmetro externo OD (mm) das porções retas do tubo 2, ou seja, não menos que 3OD, de modo a ser formado no tubo de aço dobrado 1. Se o raio de curvatura r (mm) da porção dobrada 3 for menor que 3OD, uma diferença na espessura da parede se tornará muito grande entre a porção interna 3a e a porção externa 3b, da porção dobrada, o que torna também a desigualdade na propriedade mecânica muito grande. Um limite superior do raio de curvatura r não é particularmente limitado, mas um raio de curvatura grande requer um grande espaço de trabalho para o trabalho de dobra e, portanto, o limite superior do raio de curvatura é de preferência 20OD sob restrição de instalação. O ângulo de curvatura θ pode ser projetado de acordo com uma condição real de uso, sendo praticamente de 180° ou menos.
[0054] (c) Resfriamento Após o trabalho de dobra, o tubo de aço dobrado 1 é resfriado a uma taxa média de resfriamento de 3°C/s ou mais em um intervalo de temperatura de 800 a 500°C. Se a taxa média de resfriamento do tubo de aço dobrado 1 no intervalo de temperatura acima for menor que 3°C/s, há um problema em que a têmpera não é realizada de maneira suficiente, falhando em garantir a resistência. Um limite inferior da taxa média de resfriamento é de preferência 5°C/s. Essa taxa de resfriamento pode ser fornecida, por exemplo, executando um resfriamento com água rapidamente no tubo de aço submetido ao trabalho de dobra. Um tempo entre o término do trabalho de dobra e o início do resfriamento é preferencialmente reduzido o máximo possível, para que a temperatura do tubo de aço dobrado 1 não caia.
[0055] (d) Tratamento Térmico (Revenimento) Após o resfriamento, o tratamento térmico (revenimento) é realizado em um intervalo de temperatura superior a 500°C a 600°C ou menos. O método para produzir o tubo de aço dobrado de acordo com a presente modalidade inclui a realização do trabalho de dobra a uma temperatura relativamente tão alta quanto mais de 1050°C da maneira acima, de modo a aumentar a dureza na porção central da espessura da parede da porção dobrada, mas, consequentemente, a dureza de uma camada superficial é excessivamente aumentada. Por esse motivo, mesmo quando o tratamento térmico a 500°C ou menos é realizado no tubo de aço dobrado submetido a esse trabalho de dobra, é difícil diminuir a dureza da camada superficial de modo suficiente e, em particular, uma dureza da porção externa 3b da porção dobrada no tubo de aço dobrado ( uma região na qual uma carga de tração é aplicada no trabalho de dobra) é aumentada, deixando de fornecer a resistência ao HIC desejada. Portanto, uma temperatura do tratamento térmico após o resfriamento é ajustada em mais de 500°C, em particular, é preferencial ajustar a temperatura para 510°C ou mais. Por outro lado, uma temperatura excessivamente alta do tratamento térmico resulta em uma diminuição da resistência. Portanto, a temperatura do tratamento térmico é definida em 600°C ou menos, de preferência 580°C ou menos. Não existe restrição especial à duração da imersão no tratamento térmico, mas é preferencial definir a duração da imersão em 70 a 130 minutos para diminuir a dureza da porção central da espessura da parede. Embora não exista nenhuma limitação em uma condição de resfriamento após o término do tratamento térmico, o resfriamento a ar é preferencialmente realizado.
EXEMPLO 1
[0056] Para explicar um efeito da presente invenção, os aços com composições químicas mostradas na Tabela 1 foram derretidos e tubos de aço (tubos retos) com várias dimensões foram produzidos pelo processo de fabricação de tubos Mannesmann.
[0057] Posteriormente, o trabalho de dobra foi realizado usando um aparelho de trabalho de dobra a quente que inclui uma bobina de aquecimento de alta frequência, máquina de trabalho de dobra e um pulverizador de resfriamento, nesta ordem. Em outras palavras, sendo alimentados, os tubos de aço acima foram aquecidos a várias temperaturas para comprimentos gerais dos tubos de aço por uma bobina de aquecimento por indução de alta frequência (taxa média de aumento de temperatura: 10 a 30°C/s), imediatamente depois submetidos ao trabalho de dobra em uma porção predeterminada dos tubos de aço aquecidos e imediatamente após o trabalho de dobra, pulverizados com água de resfriamento de um pulverizador de resfriamento, de modo a serem resfriados a 500°C ou menos. Nesse ponto, a taxa média de resfriamento no intervalo de temperatura de 800 a 500°C era 5°C/s ou mais. Posteriormente, foi realizado o tratamento térmico, incluindo a realização do aquecimento em várias condições (temperaturas, durações de imersão) e a refrigeração a ar, e foram obtidos tubos de aço dobrados. As condições de produção são mostradas na Tabela 2. Em cada um dos tubos de aço dobrados resultantes, várias amostras foram retiradas da área A (a porção interna 3a da porção dobrada), da área B (a porção externa 3b da porção dobrada) e da área C (uma porção de tubo reta) ilustrada na Figura 1, e um teste de resistência ao HIC, um teste de tensão e um teste de dureza foram realizados pelo método a seguir. Os resultados dos testes são mostrados na Tabela 2.
[0058] <Teste de Resistência ao HIC> De acordo com a norma NACE TM 0284, as amostras foram imersas na Solução A durante 96 horas e a Tabela 2 mostra aquelas sem ocorrência de trinca como "O” e aquelas com ocorrência de trinca como "x".
[0059] <Teste de Tensão> Amostras de barra redonda conforme a norma ASTM A370 foram retiradas das áreas, submetidas ao teste de tensão, e seus limites de escoamento (YS) e resistência à tração (TS) foram medidos.
[0060] De acordo com a norma ASTM E92 (2016), o teste foi realizado com uma força de teste de 10 kgf, e suas durezas Vickers (HV10) foram medidas. Os pontos de prensagem foram fixados em 12 pontos no total, incluindo, como ilustrado na Figura 2, quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm de uma superfície externa de cada tubo de aço (posição de proximidade da superfície externa), quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições centrais da espessura da parede de cada tubo de aço e quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm de uma superfície interna de cada tubo de aço (posição de proximidade da superfície interna). A Tabela 2 mostra os valores máximos nos respectivos pontos de medição, com as posições de 1,5 mm da superfície externa de cada tubo de aço abreviado para "SUPERFÍCIE EXTERNA", as posições centrais da espessura da parede abreviadas para "MEIO DA PAREDE" e as posições de 1,5 mm do superfície interna de cada tubo de aço abreviado para "SUPERFÍCIE INTERNA".
[0061] [Tabela 1] Tabela 1
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[0062] [Tabela 2] Tabela 2
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[0063] Como mostrado na Tabela 2, os exemplos inventivos 1 a 5, que foram aquecidos e submetidos ao trabalho de dobra a uma temperatura suficientemente alta e submetidos ao tratamento térmico a uma temperatura suficientemente alta, proporcionaram excelente resistência ao HIC e alta resistência. Em particular, a partir dos resultados dos exemplos inventivos 1 a 3, verificou-se que um efeito suficiente pode ser obtido mesmo no caso em que a espessura da parede era de 35 mm ou mais. Em contraste, os exemplos comparativos 1 a 5, para os quais uma da temperatura do aquecimento para o trabalho de dobra e a temperatura do tratamento térmico eram baixos, mostraram um desempenho ruim em uma dentre a resistência ao HIC e a resistência.
APLICABILIDADE INDUSTRIAL
[0064] De acordo com a presente invenção, é possível fornecer um tubo de aço dobrado com uma alta resistência de Grau X65 (YS: 450 a 600 MPa) e uma excelente resistência ao HIC.
LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA
[0065] 1 Tubo de aço dobrado 2 Porção reta do tubo 3 Porção dobrada 3a Porção interna da porção dobrada 3b Parte externa da porção dobrada θ Ângulo de curvatura r Raio de curvatura da porção dobrada OD Diâmetro externo da porção reta do tubo

Claims (7)

1. Tubo de aço dobrado que inclui uma porção reta do tubo e uma porção curvada com um raio de curvatura não inferior a três vezes o diâmetro externo da porção reta do tubo e tem uma espessura de parede de 30 mm ou mais, o tubo de aço curvado tendo uma composição química que compreende, em percentual em massa: C: 0,04 a 0,08%; Si: 0,05 a 0,50%; Mn: 1,00 a 1,70%; P: 0,015% ou menos; S: 0,002% ou menos; Cu: 0 a 0,50%; Ni: 0 a 0,50%; Cr: 0 a 0,50%; Mo: 0 a 0,50%; Sol.Al: 0 a 0,10%; Ca: 0 a 0,0050%; Nb: 0 a 0,050%; V: 0 a 0,10%; Ti: 0 a 0,030%, e o balanço: Fe e impurezas, caracterizado pelo fato de que Ceq calculado a partir da seguinte Fórmula (1) é 0,35% ou mais, e na porção reta do tubo e na porção dobrada, um limite de escoamento é de 450 a 600MPa e uma dureza Vickers HV10, é de 230 ou menos: Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Cu + Ni) / 15 ... (1) Onde os símbolos dos elementos na Fórmula (1) acima significam o teor dos respectivos elementos (em percentual em massa), e a dureza Vickers é medida em 12 pontos no total, incluindo quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm a partir de uma superfície externa do tubo de aço dobrado 1 (posição de proximidade da superfície externa), quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições centrais da espessura da parede do tubo de aço dobrado 1, e quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm de uma superfície interna do tubo de aço dobrado 1 (posição de proximidade da superfície interna).
2. Tubo de aço dobrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais selecionados dentre: Cu: 0,05 a 0,50%; Ni: 0,05 a 0,50%; Cr: 0,05 a 0,50%; Mo: 0,05 a 0,50%; Sol.Al: 0,001 a 0,10%; Ca: 0,0001 a 0,0050%; Nb: 0,001 a 0,050%; V: 0,01 a 0,10%; e Ti: 0,005 a 0,030%.
3. Tubo de aço dobrado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço dobrado satisfaz a Fórmula (2) e a Fórmula (3) a seguir: Hvioi - HVIOM < 30 ... (2) Hvioo - HVIOM < 30 ... (3) em que o significado de cada símbolo na Fórmula (2) e na Fórmula (3) acima é o seguinte: Hv10I: Dureza Vickers HV10, em uma posição de profundidade de 1,5 mm a partir de uma superfície interna da porção dobrada Hv1 0M: Dureza Vickers HV10, na posição central de espessura de parede da porção dobrada Hv1 0O: Dureza Vickers HV10, em uma posição de profundidade de 1,5 mm a partir de uma superfície externa da porção dobrada, e em que a dureza Vickers é medida em 12 pontos no total, incluindo quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm a partir de uma superfície externa do tubo de aço dobrado 1 (posição de proximidade da superfície externa), quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições centrais da espessura da parede do tubo de aço dobrado 1, e quatro pontos (com passos de 5 mm) nas posições de 1,5 mm de uma superfície interna do tubo de aço dobrado 1 (posição de proximidade da superfície interna).
4. Tubo de aço dobrado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço dobrado é um tubo de aço sem costura.
5. Tubo de aço dobrado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço dobrado tem uma espessura de parede de 50 mm ou menos.
6. Método para produzir o tubo de aço dobrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui as seguintes etapas (1) a (4) a serem executadas nesta ordem: (1) uma etapa de aquecimento de um tubo de aço com uma espessura de parede de 30 mm ou mais e com a composição química de acordo com a reivindicação 1 a uma temperatura de aquecimento predeterminada superior a 1050°C a 1100°C ou menos a uma taxa média de aumento de temperatura de 10 a 30°C/s; (2) uma etapa de dobra, imediatamente após a etapa de aquecimento, do tubo de aço, de modo que o raio de curvatura do tubo de aço não seja inferior a três vezes o diâmetro externo do tubo de aço, para obter o tubo de aço dobrado; (3) uma etapa de resfriamento do tubo de aço dobrado a uma taxa média de resfriamento de 3°C/s ou mais em um intervalo de temperatura de 800 a 500°C; e (4) uma etapa de realização de tratamento térmico no tubo de aço dobrado por 70 minutos ou mais em um intervalo de temperatura superior a 500°C a 600°C ou menos, e em que,na etapa (1), o tubo de aço é aquecido por um comprimento total do tubo de aço.
7. Método para produzir o tubo de aço dobrado, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que na etapa (2) o tubo de aço é dobrado de modo que um ângulo de curvatura seja 20° ou mais.
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