BR112020004793A2 - tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas, e método para sua fabricação - Google Patents

tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas, e método para sua fabricação Download PDF

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Abstract

A invenção se destina a prover um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo alta resistência e excelente durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. Provê-se, também, um método para a fabricação de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico. O tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas possui uma tensão de escoamento de 655 a 758 MPa, e uma composição que contém, em % de massa, C: 0,10% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,05 a 2,0%, P: 0,030% ou menos, S: 0,005% ou menos, Ni: 4,0 a 8,0%, Cu: 0,02% ou mais e menos que 1,0%, Cr: 10,0 a 14,0%, Mo: 1,0 a 3,5%, V: 0,003 a 0,2%, Co: 0,02% ou mais e menos que 1,0%, Al: 0,1% ou menos, N: 0,1% ou menos, Ti: 0,50% ou menos, com o restante sendo Fe e impurezas incidentais, em que C, Mn, Cr, Cu, Co, Ni, Mo, W, Nb, N e Ti satisfazem as relações predeterminadas.

Description

TUBO SEM COSTURA DE AÇO INOXIDÁVEL MARTENSÍTICO PARA PRODUTOS TUBULARES PARA REGIÕES PETROLÍFERAS, E MÉTODO PARA SUA
FABRICAÇÃO Campo Técnico
[001] A presente invenção diz respeito a um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas para uso em aplicações de poços de petróleo bruto e poços de gás natural (doravante referidos simplesmente como "produtos tubulares para regiões petrolíferas"), e a um método para a fabricação de tal tubo sem costura de aço inoxidável martensítico. Em particular, a invenção diz respeito ao aprimoramento da durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos (durabilidade a SSC) em um ambiente que contém sulfeto de hidrogênio (H2S). Antecedentes Técnicos
[002] O aumento dos preços do petróleo bruto e uma escassez esperada de recursos petrolíferos em um futuro próximo levaram ao desenvolvimento ativo de produtos tubulares para regiões petrolíferas para uso em aplicações que eram inconcebíveis no passado, por exemplo, tais como em campos petrolíferos profundos e em campos petrolíferos, e em campos de petróleo e gás de ambientes corrosivos severos que contêm gás dióxido de carbono, íons de cloro e sulfureto de hidrogênio. O material de tubos de aço para produtos tubulares para regiões petrolíferas destinados a esses ambientes exige alta resistência e excelente durabilidade à corrosão.
[003] Os produtos tubulares para regiões petrolíferas usados para a mineração de campos petrolíferos e campos de gás de um ambiente que contém gás dióxido de carbono, íons de cloro e afins normalmente usam tubos de aço inoxidável martensítico com 13% de Cr. Também houve um desenvolvimento global de campos petrolíferos em ambientes muito severamente corrosivos que contêm sulfeto de hidrogênio. Consequentemente, a necessidade de durabilidade a SSC é alta e tem havido um uso crescente de um tubo de aço inoxidável martensítico com 13% de Cr aprimorado, com um teor reduzido de C e um maior teor de Ni e Mo.
[004] A PTL 1 descreve uma composição usando um aço com base de 13% de Cr como composição básica, na qual C está contido em um teor muito menor do que nos aços inoxidáveis comuns, e Ni, Mo e Cu estão contidos a fim de satisfazer Cr + 2Ni + 1,1Mo + 0,7Cu  32,5. A composição também contém pelo menos um dentre Nb: 0,20% ou menos e V: 0,20% ou menos, a fim de satisfazer a condição Nb + V  0,05%. Afirma-se, na PTL 1, que isso proverá alta resistência com uma tensão de escoamento de 965 MPa ou maior, alta tenacidade com uma energia absorvida Charpy a -40C de 50 J ou mais e durabilidade à corrosão desejável.
[005] A PTL 2 descreve um tubo de aço inoxidável martensítico com base de 13% de Cr de uma composição que contém carbono com um teor ultrabaixo de 0,015% ou menos e 0,03% ou mais de Ti. Afirma-se, na PTL 2, que este tubo de aço inoxidável possui alta resistência com uma tensão de escoamento da ordem de 95 ksi, baixa dureza com uma HRC inferior a 27 e excelente durabilidade a SSC. PTL 3 descreve um aço inoxidável martensítico que satisfaz 6,0  Ti/C  10,1, com base na constatação de que o Ti/C tem uma correlação com um valor obtido subtraindo-se uma tensão de escoamento de uma tensão de tração. Afirma-se, na PTL 3, que esta técnica, com um valor de 20,7 MPa ou mais provido como a diferença entre a tensão de tração e a tensão de escoamento, pode reduzir a variação da dureza que compromete a durabilidade a SSC.
[006] A PTL 4 descreve um aço inoxidável martensítico que contém Mo com um teor limitado de Mo  2,3 -0,89Si + 32,2C e tendo uma microestrutura metálica composta principalmente por martensita temperada, carbonetos que precipitaram durante o revenimento e compostos intermetálicos, tais como uma fase Laves e uma fase  formada como precipitados finos durante o revenimento. Afirma-se, na PTL 4, que o aço produzido por essa técnica provê alta resistência com uma tensão de prova de 0,2% de 860 MPa ou maior, e excelente durabilidade à corrosão por dióxido de carbono e durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Lista de Citações Literatura Patentária
[007] PTL 1: JP-A-2007-332442 PTL 2: JP-A-2010-242163 PTL 3: WO2008/023702 PTL 4: WO2004/057050 Sumário da Invenção Problema Técnico
[008] O desenvolvimento de campos petrolíferos e campos de gás recentes é feito em ambientes corrosivos severos que contêm CO2, Cl- e H2S. O aumento das concentrações de H2S devido ao envelhecimento dos campos petrolíferos e campos de gás também é motivo de preocupação. Portanto, é necessário que os tubos de aço para produtos tubulares para regiões petrolíferas para uso nesses ambientes tenham excelente durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos (durabilidade a SSC). No entanto, a técnica descrita na PTL 1, que descreve um aço tendo excelente durabilidade à corrosão contra CO2, não leva em consideração a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos, e não se pode dizer que o aço tenha durabilidade à corrosão contra um ambiente severamente corrosivo.
[009] A PTL 2 afirma que a durabilidade à trincamento sob tensão por sulfetos pode ser mantida sob uma tensão aplicada de 655 MPa em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl a 5% (H2S: 0,10 bar) tendo um pH ajustado de 3,5. O aço descrito na PTL 3 possui durabilidade à trincamento sob tensão por sulfetos em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl a 20% (H2S: 0,03 bar, CO2 bal.) tendo um pH ajustado de 4,5. O aço descrito na PTL 4 possui durabilidade à trincamento sob tensão por sulfetos em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl a 25% (H2S: 0,03 bar, CO2 bal.) tendo um pH ajustado de 4,0. No entanto, esses pedidos de patente não levam em consideração a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos em outras atmosferas, e não se pode dizer que os aços descritos nesses pedidos de patente possuem o nível de durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos capaz de suportar os atuais ambientes cada vez mais severamente corrosivos.
[010] É, portanto, um objetivo da presente invenção prover um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo alta resistência e excelente durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. A invenção também se destina a prover um método para a fabricação de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico.
[011] Conforme utilizado na presente invenção, "alta resistência" significa uma tensão de escoamento de 655 MPa ou mais e 758 MPa ou menos, preferencialmente de 655 MPa ou mais e menos que 758 MPa.
[012] Conforme utilizado na presente invenção, "excelente durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos" significa que um corpo de prova mergulhado em uma solução de ensaio (uma solução aquosa de NaCl a 0,165% de massa; temperatura do líquido: 25C; H2S: 1 bar; CO2 bal.) tendo um pH ajustado de 3,5 com adição de acetato de sódio e ácido clorídrico não sofre trincas mesmo após 720 horas sob uma tensão aplicada igual a 90% da tensão de escoamento. Solução para o Problema
[013] A fim de alcançar os objetivos supramencionados, os presentes inventores realizaram estudos intensivos dos efeitos de vários elementos de liga na durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos (durabilidade a SSC) em um ambiente corrosivo contendo CO2, Cl- e H2S, usando tubo de aço inoxidável com base de 13% de Cr como composição básica. Os estudos constataram que um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo a resistência desejada e excelente durabilidade a SSC em um ambiente corrosivo contendo CO2, Cl- e H2S e em um ambiente sob uma tensão aplicada próxima à tensão de escoamento pode ser provido quando o aço contém Cu e Co nas faixas predeterminadas, e é submetido a um tratamento térmico apropriado.
[014] A presente invenção se baseia nessa constatação e foi concluída após estudos adicionais. Especificamente, o espírito da presente invenção é como apresentado a seguir.
[1] Um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a 758 MPa, o tubo sem costura de aço inoxidável martensítico tendo uma composição compreendendo, em % de massa, C: 0,10% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,05 a 2,0%, P: 0,030% ou menos, S: 0,005% ou menos, Ni: 4,0 a 8,0%, Cu: 0,02% ou mais e menos que 1,0%, Cr: 10,0 a 14,0%, Mo: 1,0 a 3,5%, V: 0,003 a 0,2%, Co: 0,02% ou mais e menos que 1,0%, Al: 0,1% ou menos, N: 0,1% ou menos, Ti: 0,50% ou menos, e o restante de Fe e impurezas incidentais, e satisfazendo as fórmulas (1) e (2) a seguir:
[015] Fórmula (1) -15  -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni -13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N -2,621Ti -120,307  30 Fórmula (2) -0,20  -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,0623Co + 0,00526Ni + 0,0222Mo -0,0132W -0,473N -0,5Ti -0,514  0,20 Nas fórmulas, C, Mn, Cr, Cu, Co, Ni, Mo, W, Nb, N e Ti representam o teor de cada elemento em % de massa e o teor é 0 (zero) para elementos que não estão contidos.
[2] O tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a 758 MPa de acordo com o item [1], em que a composição compreende ainda, em % de massa, pelo menos um selecionado a partir de Nb: 0,1% ou menos e W: 1,0% ou menos.
[3] O tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a 758 MPa de acordo com o item [1] ou [2], em que a composição compreende ainda, em % de massa, um ou mais selecionados a partir de Ca: 0,005% ou menos, REM: 0,010 % ou menos, Mg: 0,010% ou menos e B: 0,010% ou menos.
[4] Um método para a fabricação de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a 758 MPa, o método compreendendo: formar um tubo de aço a partir de um material de tubo de aço da composição de qualquer um dos itens [1] a [3]; temperar o tubo de aço aquecendo-se o tubo de aço a uma temperatura igual ou superior a um ponto de transformação Ac3 e resfriando-se o tubo de aço a uma temperatura de 100C ou menos; e revenir o tubo de aço a uma temperatura de 550 a 680C.
[5] O método para fabricação de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas, de acordo com a reivindicação 4, em que a têmpera que aquece o tubo de aço a uma temperatura igual ou superior a um ponto de transformação Ac3, e que resfria o tubo de aço a uma temperatura de 100C ou menos envolve uma taxa de resfriamento de 0,05C/s ou mais. Efeitos Vantajosos da Invenção
[016] A presente invenção permitiu a produção de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo excelente durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos (durabilidade a SSC) em um ambiente corrosivo contendo CO2, Cl- e H2S e alta resistência com uma tensão de escoamento YS de 655 MPa (95 ksi) ou mais e 758 MPa ou menos, preferencialmente menos que 758 MPa. Descrição das Modalidades
[017] A seguir são descritas as razões para se especificar a composição de um tubo de aço da presente invenção. No texto a seguir, "%" significa porcentagem de massa, salvo indicação em contrário.
[018] C: 0,10% ou menos O C é um elemento importante envolvido na resistência do aço inoxidável martensítico e é eficaz para o aprimoramento da resistência. No entanto, quando C está contido em uma quantidade superior a 0,10%, a dureza se torna excessivamente alta, e a suscetibilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos aumenta. Por esse motivo, o teor de C se limita a 0,10% ou menos na presente invenção. Preferencialmente, o teor de C é de 0,05% ou menos. Para proporcionar a resistência desejada, é desejável que contenha C em uma quantidade de 0,005% ou mais.
[019] Si: 0,5% ou menos O Si atua como um agente desoxidante e está contido em uma quantidade desejável de 0,05% ou mais. Um teor de Si superior a 0,5% compromete a durabilidade à corrosão por dióxido de carbono e a trabalhabilidade a quente. Por esse motivo, o teor de Si se limita a 0,5% ou menos. Preferencialmente, o teor de Si é de 0,10 a 0,3%.
[020] Mn: 0,05 a 2,0% O Mn é um elemento que melhora a trabalhabilidade a quente e está contido em uma quantidade de 0,05% ou mais. Quando Mn está contido em uma quantidade superior a 2,0%, o efeito é saturado e o custo aumenta. Por esse motivo, o teor de Mn se limita a 0,05 a 2,0%. Preferencialmente, o teor de Mn é de 1,5% ou menos.
[021] P: 0,030% ou menos O P é um elemento que compromete a durabilidade à corrosão por dióxido de carbono, durabilidade à corrosão alveolar e durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos, e deve desejavelmente estar contido na menor quantidade possível na presente invenção. No entanto, um teor excessivamente pequeno de P aumenta o custo de fabricação. Por esse motivo, o teor de P se limita a 0,030% ou menos, que é uma faixa de teor que não causa um comprometimento grave das características e que é economicamente prático em aplicações industriais. Assim, o teor de P é definido como 0,020% ou menos.
[022] S: 0,005% ou menos O S é um elemento que compromete seriamente a trabalhabilidade a quente e deve estar contido na menor quantidade possível. Um teor reduzido de S de 0,005% ou menos permite a produção de tubos utilizando um processo comum, e o teor de S se limita a 0,005% ou menos na presente invenção. Por conseguinte, o teor de S é definido como 0,003% ou menos.
[023] Ni: 4,0 a 8,0% Quando contido em uma quantidade de 4,0% ou mais, o Ni aumenta a resistência da camada protetora, e melhora a durabilidade à corrosão. O Ni também aumenta a resistência do aço ao formar uma solução sólida. Com um teor de Ni de mais de 8,0%, a fase de martensita se torna menos estável e a resistência diminui. Por esse motivo, o teor de Ni se limita a 4,0 a 8,0%. Preferencialmente, o teor de Ni é de 7,0% ou menos.
[024] Cu: 0,02% ou mais e menos que 1,0% O Cu está contido em uma quantidade de 0,02% ou mais para aumentar a resistência da camada protetora, e melhorar a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. Quando contido em uma quantidade de 1,0% ou mais, o Cu se precipita em CuS e compromete a trabalhabilidade a quente. Por esse motivo, o teor de Cu é inferior a 1,0%. Quando contido com Co, o Cu reduz a fragilização por hidrogênio e melhora a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. O teor de Cu é mais preferencialmente de 0,03 a 0,6%.
[025] Cr: 10,0 a 14,0% O Cr é um elemento que forma um revestimento protetor e melhora a durabilidade à corrosão. A durabilidade à corrosão necessária para produtos tubulares para regiões petrolíferas pode ser provida quando o Cr está contido em uma quantidade de 10,0% ou mais. Um teor de Cr de mais de 14,0% facilita a geração de ferrita e uma fase estável de martensita não pode ser provida. Por esse motivo, o teor de Cr se limita a 10,0 a 14,0%. Preferencialmente, o teor de Cr é de 11,5 a 13,5%.
[026] Mo: 1,0 a 3,5% O Mo é um elemento que melhora a durabilidade à corrosão alveolar por
Cl-. O Mo deve estar contido em uma quantidade de 1,0% ou mais para se obter a durabilidade à corrosão necessária para um ambiente severamente corrosivo. Quando o Mo está contido em uma quantidade superior a 3,5%, o efeito é saturado. O Mo também é um elemento dispendioso, e um alto teor de Mo aumenta o custo de fabricação. Por esse motivo, o teor do Mo se limita a 1,0 a 3,5%. Preferencialmente, o teor de Mo é de 1,2 a 3,0%.
[027] V: 0,003 a 0,2%, O V deve estar contido em uma quantidade de 0,003% ou mais para melhorar a resistência do aço por meio de endurecimento por precipitação e para melhorar a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. Uma vez que um teor de V superior a 0,2% compromete a tenacidade, o teor de V se limita a 0,2% ou menos na presente invenção. Preferencialmente, o teor de V é de 0,08% ou menos.
[028] Co: 0,02% ou mais e menos que 1,0% O Co é um elemento que melhora a durabilidade à corrosão alveolar, e está contido em uma quantidade de 0,02% ou mais. No entanto, um teor excessivamente alto de Co pode comprometer a tenacidade e aumentar o custo do material. Por esse motivo, o teor de Co se limita a 0,02% ou mais e menos que 1,0%. Quando contido com Cu, o Co reduz a fragilização por hidrogênio e melhora a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. O teor de Co é preferencialmente de 0,03 a 0,6%.
[029] Al: 0,1% ou menos O Al atua como um agente desoxidante, e um teor de Al de 0,01% ou mais é eficaz para se obter esse efeito. No entanto, o Al tem um efeito adverso na tenacidade quando contido em uma quantidade superior a 0,1%. Por esse motivo, o teor de Al se limita a 0,1% ou menos na presente invenção. Preferencialmente, o teor de Al é de 0,01 a 0,03%.
[030] N: 0,1% ou menos O N é um elemento que melhora muito a durabilidade à corrosão alveolar. No entanto, o N forma vários nitretos e compromete a tenacidade quando contido em uma quantidade superior a 0,1%. Por esse motivo, o teor de N se limita a 0,1% ou menos na presente invenção. Preferencialmente, o teor de N é de 0,003% ou mais. O teor de N é mais preferencialmente de 0,004 a 0,08%, ainda mais preferencialmente de 0,005 a 0,05%.
[031] Ti: 0,50% ou menos O Ti forma carbonetos e pode reduzir a dureza ao reduzir o carbono da solução sólida. No entanto, o teor de Ti se limita a 0,50% ou menos, preferencialmente 0,30% ou menos, porque um teor excessivamente alto de Ti pode prejudicar a tenacidade.
[032] Na presente invenção, C, Mn, Cr, Cu, Co, Ni, Mo, W, Nb, N e Ti estão contidos de tal modo que satisfaçam as fórmulas (1) e (2) a seguir. A fórmula (1) correlaciona esses elementos com uma quantidade de  retida. A austenita retida ocorre em quantidades menores e a dureza diminui quando o valor da fórmula (1) é 30 ou menos. Isso melhora a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. Quando o valor da fórmula (1) é menor que -15, a quantidade de austenita retida permanece a mesma e a tenacidade diminui. A fórmula (2) correlaciona os elementos com o potencial de corrosão alveolar. Ao conter C, Mn, Cr, Cu, Co, Ni, Mo, W, N e Ti de modo a satisfazer a faixa predeterminada, é possível reduzir a geração de corrosão alveolar, que se torna um ponto de início do trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos, e para melhorar significativamente a durabilidade à trincamento por corrosão sob tensão por sulfetos. Fórmula (1) -15  -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni -13,529Mo +
1,276W + 2,925Nb + 196,775N -2,621Ti -120,307  30 Fórmula (2) -0,20  -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,0623Co + 0,00526Ni + 0,0222Mo -0,0132W -0,473N -0,5Ti -0,514  0,20 Nas fórmulas, C, Mn, Cr, Cu, Co, Ni, Mo, W, Nb, N e Ti representam o teor de cada elemento em % de massa, e o teor é 0 (zero) para elementos que não estão contidos. Pelo menos um selecionado a partir de Nb: 0,1% ou menos e W: 1,0% ou menos pode estar contido como elementos opcionais, conforme necessário.
[033] O Nb forma carbonetos e pode reduzir a dureza ao reduzir o carbono da solução sólida. No entanto, o Nb pode comprometer a tenacidade quando contido em uma quantidade excessivamente grande. Por esse motivo, quando Nb está contido, está contido em uma quantidade limitada de 0,1% ou menos.
[034] O W é um elemento que melhora a durabilidade à corrosão alveolar. No entanto, o W pode comprometer a tenacidade e aumentar o custo do material quando contido em uma quantidade excessivamente grande. Por esse motivo, W está contido em uma quantidade limitada de 1,0% ou menos.
[035] Um ou mais selecionados a partir de Ca: 0,005% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos e B: 0,010% ou menos podem estar contidos como elementos opcionais, conforme necessário.
[036] Ca, REM, Mg e B são elementos que melhoram a durabilidade à corrosão ao se controlar a forma das inclusões. Os teores desejados para se prover esse efeito são Ca: 0,0005% ou mais, REM: 0,0005% ou mais, Mg: 0,0005% ou mais e B: 0,0005% ou mais. Ca, REM, Mg e B comprometem a tenacidade e a durabilidade à corrosão por dióxido de carbono quando contidos em quantidades superiores a Ca: 0,005%, REM: 0,010%, Mg: 0,010% e B: 0,010%. Por esse motivo, os teores de Ca, REM, Mg e B, quando contidos, se limitam a Ca: 0,005% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos e B: 0,010% ou menos.
[037] O restante é Fe e impurezas incidentais na composição.
[038] A seguir, descreve-se um método preferencial para a fabricação de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas da presente invenção.
[039] Na presente invenção, utiliza-se um material de tubo de aço da composição supramencionada. No entanto, o método de produção de um tubo de aço inoxidável sem costura usado como um material de tubos de aço não é particularmente limitado, e qualquer método conhecido de fabricação de tubos de aço sem costura pode ser utilizado.
[040] Preferencialmente, um aço fundido da composição supramencionada é transformado em aço utilizando-se um processo comum de fabricação de aço, tal como pelo uso de um conversor, e formado em um material de tubos de aço, por exemplo, um tarugo, utilizando-se um método como fundição contínua ou desbaste (blooming) de fundição de lingotes. O material de tubos de aço é então aquecido e trabalhado a quente em um tubo usando um processo conhecido de fabricação de tubos, por exemplo, o processo Mannesmann de laminação por perfuração, ou o processo Mannesmann de laminação com mandril para produzir um tubo de aço sem costura da composição supramencionada.
[041] O processo após a produção do tubo de aço a partir do material de tubos de aço não é particularmente limitado. Preferencialmente, o tubo de aço é submetido a têmpera, em que o tubo de aço é aquecido a uma temperatura igual ou superior a um ponto de transformação Ac3 e resfriado a uma temperatura de parada de resfriamento igual ou inferior a 100C, seguido de revenimento a uma temperatura de 550 a 680C.
[042] Têmpera Na presente invenção, o tubo de aço é reaquecido a uma temperatura igual ou superior a um ponto de transformação Ac3, mantido preferencialmente por pelo menos 5 minutos, e resfriado a uma temperatura de interrupção de resfriamento de 100C ou menos. Isso possibilita a produção de uma fase de martensita refinada e rígida. Quando a temperatura de aquecimento é menor que um ponto de transformação Ac3, a microestrutura não ocorre na região monofásica de austenita, e uma microestrutura suficiente de martensita não ocorre no resfriamento subsequente, com o resultado de a alta resistência desejada não poder ser obtida. Por esse motivo, a temperatura de aquecimento de têmpera se limita a uma temperatura igual ou superior a um ponto de transformação Ac3. O método de resfriamento não é particularmente limitado. Normalmente, o tubo de aço é resfriado a ar (a uma taxa de resfriamento de 0,05C/s ou mais e 20C/s ou menos) ou resfriado a água (a uma taxa de resfriamento de 5C/s ou mais e 100C/s ou menos), e as condições da taxa de resfriamento também não são limitadas. No entanto, a taxa de resfriamento é preferencialmente de 0,05C/s ou mais do ponto de vista de melhoria da durabilidade à corrosão por refinamento da microestrutura. O ponto de transformação Ac3 (C) pode ser obtido provendo-se um histórico de temperatura de aquecimento e resfriamento a um corpo de prova, e medindo- se o ponto de transformação a partir de um microdeslocamento devido à expansão e contração.
[043] Revenimento O tubo de aço temperado é revenido. O revenimento é um processo no qual o tubo de aço é aquecido a 550 a 680C, mantido preferencialmente por pelo menos 10 minutos, e resfriado a ar. Com uma temperatura de revenimento inferior a 550C, o efeito de revenimento não pode ser esperado, e a resistência desejada não pode ser alcançada. Quando a temperatura de revenimento é superior a 680C, a fase de martensita se precipita após o revenimento, e a alta tenacidade e a durabilidade à corrosão desejadas não podem ser providas. Por esse motivo, a temperatura de revenimento se limita a 680C ou menos. A temperatura de revenimento é preferencialmente 605C ou mais e 640C ou menos.
[044] Exemplos A presente invenção é descrita adicionalmente abaixo por meio de Exemplos.
[045] Os aços fundidos contendo os componentes mostrados na Tabela 1 foram transformados em aço com um conversor e fundidos em tarugos (material de tubos de aço) por fundição contínua. O tarugo foi trabalhado a quente em um tubo com um laminador enrolador de tubos sem costura modelo e resfriado por resfriamento a ar ou água para produzir um tubo de aço sem costura medindo 83,8 mm de diâmetro externo e 12,7 mm de espessura de parede.
[046] Cada tubo de aço sem costura foi cortado para se obter um material de ensaio, que foi então submetido a têmpera e revenimento nas condições mostradas na Tabela 2. Um espécime de ensaio de tração em formato de arco especificado pelo padrão do API foi retirado do material de ensaio temperado e revenido, e as propriedades de tração (tensão de escoamento, YS; resistência à tração, TS) foram determinadas em um ensaio de tração realizado de acordo com a especificação do API. O ponto de transformação Ac3 (C) na Tabela 2 foi determinado medindo-se um microdeslocamento devido à expansão e contração de um corpo de prova ( = 4 mm  10 mm) retirada do tubo de aço. Especificamente, o corpo de prova foi aquecido a 500C a 5C/s e, após aumentar a temperatura para 920C a 0,25C/s, a expansão e contração do corpo de prova com esse histórico de temperatura foram detectadas para se obter o ponto de transformação Ac3 (C).
[047] O ensaio de SSC foi realizado de acordo com a NACE TM0177, método A. Um ambiente de ensaio foi criado ajustando-se o pH de uma solução de ensaio (uma solução aquosa de NaCl a 0,165% de massa; temperatura do líquido: 25C; H2S: 1 bar; CO2 bal.) a 3,5 com adição de 0,41 g/L de CH3COONa e HCl, e uma tensão de 90% da tensão de escoamento foi aplicada sob uma pressão parcial de sulfeto de hidrogênio de 0,1 MPa por 720 horas na solução. As amostras foram determinadas como aceitáveis quando não houve trincas no corpo de prova após o ensaio, e inaceitáveis quando o corpo de prova apresentou uma trinca após o ensaio.
[048] Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 2.
[049] [Tabela 1] (% de massa) Valor da Valor da Aço C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu Co V Ti Al N Nb W Outros fórmula (1) fórmula (2) Observações Nº (*1) (*2) A 0,019 0,19 0,65 0,018 0,001 12,4 1,2 6,6 0,03 0,04 0,004 0,11 0,051 0,0045 - - - 21,1 -0,163 Exemplo compatível B 0,010 0,20 0,45 0,015 0,002 10,9 1,6 5,4 0,45 0,03 0,003 0,12 0,046 0,0112 0,05 - REM: 0,0049 -3,9 -0,170 Exemplo compatível C 0,028 0,18 0,78 0,013 0,001 13,2 2,5 4,9 0,03 0,38 0,004 0,22 0,042 0,0068 - 0,32 B: 0,0018 -10,1 -0,166 Exemplo compatível D 0,012 0,14 0,56 0,009 0,001 13,4 2,7 4,9 0,03 0,04 0,055 0,08 0,040 0,0071 - - Ca: 0,0008 -11,4 -0,093 Exemplo compatível E 0,005 0,19 1,28 0,021 0,001 13,8 3,0 6,3 0,52 0,56 0,005 0,07 0,044 0,0087 - 0,46 - 13,1 0,053 Exemplo compatível F 0,018 0,21 0,26 0,018 0,001 13,1 1,5 4,5 0,03 0,41 0,026 0,14 0,045 0,0096 - - - -4,1 -0,162 Exemplo compatível G 0,009 0,20 0,66 0,017 0,001 13,2 2,6 4,4 0,33 0,02 0,035 0,11 0,036 0,0133 0,09 - - -12,6 -0,087 Exemplo compatível H 0,039 0,25 0,24 0,015 0,001 12,2 2,1 5,3 0,26 0,18 0,039 0,08 0,048 0,0087 - - Mg: 0,0024 -9,9 -0,161 Exemplo compatível I 0,11 0,32 0,95 0,016 0,002 13,4 2,9 6,4 0,32 0,44 0,044 0,13 0,055 0,0165 - - - -1,4 -0,169 Exemplo comparativo
17/19 J 0,008 0,11 0,36 0,015 0,001 13,5 1,7 6,2 1,23 0,04 0,007 0,09 0,062 0,0113 - - - 24,9 -0,011 Exemplo comparativo K 0,007 0,18 0,42 0,017 0,001 13,2 1,6 6,4 0,42 1,16 0,042 0,11 0,058 0,0076 - - - 21,3 -0,027 Exemplo comparativo L 0,023 0,17 0,92 0,015 0,001 13,3 2,7 6,9 0,76 0,66 0,045 0,51 0,046 0,0043 - - - 15,1 -0,191 Exemplo comparativo M 0,009 0,19 0,30 0,018 0,001 10,9 2,4 5,5 0,42 0,05 0,044 0,12 0,036 0,0093 - - - -15,3 -0,159 Exemplo comparativo N 0,025 0,25 0,24 0,012 0,001 12,1 1,4 4,4 0,05 0,03 0,045 0,11 0,047 0,0064 - - - -11,6 -0,207 Exemplo comparativo * Sublinhado significa fora do âmbito da invenção * O restante é Fe e impurezas incidentais (*1) Fórmula (1): -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni -13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N -2,621Ti -120,307 (*2) Fórmula (2): -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,0623Co + 0,00526Ni + 0,0222Mo -0,0132W -0,473N -0,5Ti - 0,514
[050] [Tabela 2]
Tensão de Resistência Têmpera Revenimento escoamento à tração Aço Ensaio Nº Temperatura Observações Nº Ponto de Temperatura Temperatura Tempo YS TS SSC Taxa de de transformação de Método de de de resfriamento parada de Ac3 aquecimento resfriamento aquecimento espera (°C/s) resfriamento (°C) (°C) (°C) (min) (MPa) (MPa) (°C) 1 A 833 920 Resfriamento de ar 0,5 25 620 60 685 805 Aceitável Presente Exemplo 2 B 762 880 Resfriamento de ar 0,4 25 620 60 725 812 Aceitável Presente Exemplo 3 C 745 880 Resfriamento de ar 0,5 25 630 60 713 803 Aceitável Presente Exemplo 4 D 710 850 Resfriamento de ar 0,5 25 620 60 692 795 Aceitável Presente Exemplo 6 E 723 880 Resfriamento de ar 0,1 25 640 60 684 783 Aceitável Presente Exemplo 8 G 715 880 Resfriamento de ar 0,6 25 620 60 715 817 Aceitável Presente Exemplo Exemplo 10 I 730 920 Resfriamento de ar 0,5 25 620 60 687 787 Inaceitável Comparativo
18/19 Exemplo 11 J 783 930 Resfriamento de ar 0,2 25 620 60 695 793 Inaceitável Comparativo Exemplo 12 K 823 930 Resfriamento de ar 0,7 25 620 60 692 811 Inaceitável Comparativo Exemplo 13 L 787 920 Resfriamento de ar 0,3 25 620 60 714 823 Inaceitável Comparativo Exemplo 15 M 710 880 Resfriamento de ar 0,5 25 620 60 722 821 Inaceitável Comparativo Exemplo 16 N 730 880 Resfriamento de ar 0,4 25 620 60 686 795 Inaceitável Comparativo Resfriamento de 17 D 710 850 30 25 605 60 742 817 Aceitável Presente Exemplo água 18 F 750 920 Resfriamento de ar 0,1 25 615 60 688 794 Aceitável Presente Exemplo 19 H 728 920 Resfriamento de ar 0,3 25 610 60 732 796 Aceitável Presente Exemplo * Sublinhado significa fora do âmbito da invenção
[051] Todos os tubos de aço dos presentes exemplos tiveram alta resistência com uma tensão de escoamento de 655 MPa ou mais ou de 758 MPa ou menos, demonstrando que os tubos de aço eram tubos de aço inoxidável martensítico sem costura, tendo excelente durabilidade a SSC que não se trincam, mesmo quando submetidos a uma tensão em um ambiente contendo H2S.
Por outro lado, em Exemplos Comparativos fora do âmbito da presente invenção, os tubos de aço não tiveram a durabilidade a SSC desejável, mesmo que a alta resistência desejada fosse obtida.

Claims (5)

REIVINDICAÇÕES
1. Um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a 758 MPa, o tubo sem costura de aço inoxidável martensítico tendo uma composição compreendendo, em % de massa, C: 0,10% ou menos, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,05 a 2,0%, P: 0,030% ou menos, S: 0,005% ou menos, Ni: 4,0 a 8,0%, Cu: 0,02% ou mais e menos que 1,0%, Cr: 10,0 a 14,0%, Mo: 1,0 a 3,5%, V: 0,003 a 0,2%, Co: 0,02% ou mais e menos que 1,0%, Al: 0,1% ou menos, N: 0,1% ou menos, Ti: 0,50% ou menos, e o restante de Fe e impurezas incidentais, e satisfazendo as fórmulas (1) e (2) a seguir: Fórmula (1) -15  -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni -13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N -2,621Ti -120,307  30, Fórmula (2) -0,20  -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,0623Co + 0,00526Ni + 0,0222Mo -0,0132W -0,473N -0,5Ti -0,514  0,20, em que C, Mn, Cr, Cu, Co, Ni, Mo, W, Nb, N e Ti representam o teor de cada elemento em % de massa, e o teor é 0 (zero) para elementos que não estão contidos.
2. O tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a 758 Mpa de acordo com a reivindicação 1, em que a composição compreende adicionalmente, em % de massa, um ou dois selecionados a partir de Nb: 0,1% ou menos e W: 1,0% ou menos.
3. O tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a
758 Mpa de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a composição compreende adicionalmente, em % de massa, um, dois ou mais selecionados a partir de Ca: 0,005% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos e B: 0,010% ou menos.
4. Um método para a fabricação de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas tendo uma tensão de escoamento de 655 a 758 MPa, o método compreendendo: formar um tubo de aço a partir de um material de tubo de aço da composição de qualquer uma das reivindicações 1 a 3; temperar o tubo de aço aquecendo-se o tubo de aço a uma temperatura igual ou superior a um ponto de transformação Ac3 e resfriando-se o tubo de aço a uma temperatura de 100C ou menos; e revenir o tubo de aço a uma temperatura de 550 a 680C.
5. O método para fabricação de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para regiões petrolíferas de acordo com a reivindicação 4, em que a têmpera que aquece o tubo de aço a uma temperatura igual ou superior a um ponto de transformação Ac 3, e que resfria o tubo de aço a uma temperatura de 100C ou menos, envolve uma taxa de resfriamento de 0,05C/s ou mais.
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