BR112020007057A2

BR112020007057A2 - placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos e tubo de aço de alta resistência que usa a mesma

Info

Publication number: BR112020007057A2
Application number: BR112020007057-2A
Authority: BR
Inventors: Junji Shimamura; Tomoyuki Yokota; Shinichi Izumikawa
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2020-10-06
Also published as: JPWO2019077725A1; KR20200058490A; EP3674433A4; KR102497363B1; JP6798565B2; CN111247261A; WO2019077725A1; BR112020007057B1; EP3674433A1

Abstract

A presente invenção fornece uma placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos que têm uma excelente resistência à HIC na qual a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa é suprimida. Uma placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos descrita aqui inclui uma composição química que contém C, Si, Mn, P, S, Al e Ca em quantidades predeterminadas, com o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis, nas quais em uma seção transversal perpendicular à direção de laminação da placa de aço, o número de pontos concentrados de Mn que têm aproximadamente um formato elíptico que tem um comprimento de eixo principal de mais de 1,5 mm, em uma região de medição localizada a ± 5 mm do centro de espessura da placa na direção da espessura da placa, é 3 ou menos por 100 mm de comprimento na direção da largura da placa, a resistência à HIC é 10 ¿ ou menos em termos de CAR na posição W/4, posição W/2 e posição 3W/4 a partir de uma extremidade na direção da largura da placa de aço, em que W indica a largura da placa, a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa em termos de 3¿ é 5¿ ou menos, em que ¿ indica um desvio padrão das CARs, e a resistência à tração é de 520 MPa ou mais.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PLACA DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA PARA TUBOS EM LINHA RE-

SISTENTES A ÁCIDOS E TUBO DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA QUE USA A MESMA". CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a uma placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos que é usada no campo de tubos em linha resistentes a ácidos e que tem excelente uni- formidade de homogeneidade do material, em particular características de HIC, à placa de aço e a um tubo de aço de alta resistência que usa a mesma.

ANTECEDENTES

[0002] Em geral, um tubo em linha é fabricado ao formar uma placa de aço fabricada por uma laminadora ou uma laminadora a quente em um tubo de aço por meio de forja UOE, forja de dobras por prensagem, forja em rolos ou similar.

[0003] O tubo em linha usado para transportar petróleo bruto e gás natural que contém sulfeto de hidrogênio deve ter a assim denominada resistência a ácidos, tal como resistência à formação de fissuras indu- zida por hidrogênio (resistência à HIC) e resistência à formação de fis- suras por corrosão sob estresse por sulfeto (resistência à SSCC), além de resistência, tenacidade, capacidade de soldagem e similares. Acima de tudo, na HIC, os íons hidrogênio causados pela reação de corrosão são absorvidos na superfície do aço, penetram no aço como hidrogênio atômico, se difundem e se acumulam em torno de inclusões não metá- licas, tal como MnS, no aço e na estrutura da segunda fase dura, e se tornam hidrogênio molecular, causando fissuras em virtude da pressão interna.

[0004] Vários métodos foram propostos para impedir tal HIC. Os do- cumentos JPH5-271766A (PTL 1) e JPH7-173536A (PTL 2) propõem métodos para suprimir a segregação central em uma placa de aço de alta resistência ao manter o teor de C e Mn baixo ao mesmo tempo em que executa controle morfológico das inclusões de sulfeto, manter o teor de S baixo e adicionar Ca e suplementar a diminuição da resistência associada aos mesmos ao adicionar Cr, Mo, Ni e similares e executar resfriamento acelerado.

[0005] Por outro lado, a demanda por uma placa de aço com maior resistência e maior tenacidade vem aumentando a partir do ponto de vista de aumentar a dimensão das estruturas de aço e reduzir os cus- tos. Para fins de melhora da propriedade e redução do elemento de liga de placas de aço e eliminação do tratamento térmico, as placas de aço de alta resistência são, em geral, fabricadas ao aplicar a técnica do Pro- cesso de Controle TermoMecânico (Thermo-Mechanical Control Pro- cess, TMCP) que combina laminação controlada e resfriamento contro- lado.

[0006] Para aumentar a resistência do material de aço usando a técnica TMCP, é eficaz aumentar a taxa de resfriamento no momento do resfriamento controlado. No entanto, quando o controle de resfria- mento é realizado em uma alta taxa de resfriamento, a camada superfi- cial da placa de aço é resfíriada rapidamente, e a dureza da camada superficial se torna mais alta do que aquela no interior da placa de aço e a distribuição de dureza na direção da espessura da placa se torna irregular. Portanto, isto é um problema em termos de assegurar a ho- mogeneidade do material na placa de aço.

[0007] Para resolver os problemas acima, por exemplo, os docu- mentos JP2002-327212A (PTL 3) e JP3711896 B (PTL 4) descrevem métodos para a produção de uma placa de aço para tubos em linha nos quais uma superfície de placa de aço, após sujeição a resfriamento ace- lerado, é aquecida para uma temperatura mais alta do que o interior usando um dispositivo de aquecimento por indução de alta frequência,

de modo que a dureza seja reduzida na camada superficial.

[0008] Por outro lado, quando a espessura de incrustação na super- fície da placa de aço é desigual, a taxa de resfriamento também é desi- gual na placa de aço subjacente durante o resfriamento, causando um problema de variação local na temperatura final de resfriamento na placa de aço. Como um resultado, a desigualdade na espessura da in- crustação causa variação na propriedade do material da placa de aço na direção da largura da placa. Por outro lado, os documentos JPH9- 57327A (PTL 5) e JP3796133B (PTL 6) descrevem métodos para me- lhorar o formato de uma placa de aço ao executar a descalcificação ime- diatamente antes de resfriamento para suprimir a desigualdade de res- friamento causada pela desigualdade da espessura da incrustação.

LISTA DE CITAÇÕES Literatura de Patentes

[0009] PTL 1: JPH5-271766A

[0010] PTL 2: JPH7-173536A

[0011] PTL 3: JP2002-327212A

[0012] PTL 4: JP3711896 B

[0013] PTL 5: JPH9-57327A

[0014] PTL 6: JP3796133B

SUMÁRIO Problema Técnico

[0015] No entanto, embora as técnicas das PTLs 1 a 4 se concen- trem na área de segregação central, nenhum destes documentos con- sidera a uniformidade da resistência à HIC na direção da largura da placa. A variação na segregação central na direção da largura da placa em uma placa resulta em variação na resistência à HIC na direção da largura da placa da placa de aço laminada.

[0016] Além disso, de acordo com o presente estudo dos invento- res, descobriu-se que ainda há espaço para melhorias nas placas de aço de alta resistência obtidas por meio dos métodos descritos nas PTLs 5 e 6 em termos de uniformidade da resistência à HIC na direção da largura da placa. O motivo pode ser considerado da seguinte ma- neira. Os métodos das PTLs 5 e 6 aplicam a descalcificação para redu- zir os defeitos de características da superfície em virtude da endentação da incrustação durante nivelamento a quente e reduzir a variação na temperatura final de resfriamento da placa de aço para melhorar o for- mato da placa de aço. No entanto, nenhuma consideração é dada às condições de resfriamento para obter uma propriedade uniforme do ma- terial.

[0017] Assim, convencionalmente, ao combinar composições quíi- micas de baixo custo e resfriamento controlado em uma alta taxa de resfriamento, era impossível fabricar uma placa de aço de alta resistên- cia que tivesse ambas homogeneidade de material adequada da placa de aço e resistência à HIC adequada.

[0018] Portanto, seria útil fornecer uma placa de aço de alta resis- tência para tubos em linha resistentes a ácidos que é excelente em re- sistência à HIC na qual a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa é suprimida e um tubo de aço de alta resistência que usa a mesma. Solução para o Problema

[0019] Para resolver os problemas acima, os presentes inventores fizeram estudos intensivos sobre as composições químicas e microes- truturas de materiais de aço e os métodos de fabricação de uma placa de aço de alta resistência com uma resistência de grau X65, de acordo com o padrão API, a fim de evitar a geração de HIC a partir da área de segregação central, suprimir a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa e melhorar a homogeneidade do material na placa de aço. Como um resultado, descobriu-se que é possível suprimir a va- riação na segregação central na direção da largura da placa de uma placa de aço por meio do uso combinado de resfriamento secundário de um aço fundido (placa) sob condições particulares e resfriamento con- trolado após laminação a quente sob condições particulares, e a pre- sente descrição foi concluída com base nesta descoberta.

[0020] Dessa forma fornecem:

[0021] [1] Uma placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos que compreende: uma composição química que contém (consiste em), em % em massa, C: 0,02% a 0,08 %, Si: 0,01% a 0,50%, Mn: 0,50% a 1,80%, P: 0,001% a 0,015%, S: 0,0002% a 0,0015%, Al: 0,01% a 0,08% e Ca: 0,0005% a 0,005%, com o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis em que, em uma seção perpendicular à direção de laminação da placa de aço, o número de pontos concen- trados de Mn que têm aproximadamente um formato elíptico com um comprimento de eixo principal de mais de 1,5 mm, em uma região de medição localizada a + 5 mm do centro de espessura da placa em dire- ção a uma direção da espessura da placa, é 3 ou menos por 100 mm de comprimento em uma direção da largura da placa, a resistência à HIC é 10% ou menos em termos de CAR na posição W/4, posição W/2 e posição 3W/4 de uma extremidade na direção da largura da placa de aço, em que W indica a largura da placa, a variação na resistência à HIC e na direção da largura da placa em termos de 3o é 5 % ou menos, em que o denota um desvio padrão de CARs, e a resistência à tração é 520 MPa ou mais.

[0022] [2] A placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos, de acordo com o item [1] anterior, em que a com- posição química contém ainda, em % em massa, pelo menos um sele- cionado a partir do grupo que consiste em Cu: 0,50% ou menos, Ni: 0,50% ou menos, Cr: 0,50% ou menos e Mo: 0,50% ou menos.

[0023] [3] A placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos de acordo com os itens [1] ou [2] anteriores, em que a composição química contém ainda, em % em massa, pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Nb: 0,005% a 0,1%, V: 0,005% a 0,1%, e Ti: 0,005% a 0,1%.

[0024] [4] Um tubo de aço de alta resistência que usa a placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos, con- forme citado em qualquer um dos itens [1] a [3] anteriores. Efeito Vantajoso da Invenção

[0025] A placa de aço de alta resistência para tubos em linha resis- tentes a ácidos descrita aqui tem excelente resistência à HIC, na qual a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa é supri- mida. Consequentemente, o tubo de aço de alta resistência descrito aqui que usa esta placa de aço de alta resistência tem excelente resis- tência à HIC, na qual a variação na resistência à HIC na direção circun- ferencial do tubo é suprimida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] Nos desenhos anexos:

[0027] a Figura 1 é uma vista esquemática que ilustra uma seção transversal C de uma placa de aço para explicação das posições das regiões de análise de EPMA em um exemplo;

[0028] a Figura 2 é uma vista esquemática que ilustra uma seção transversal C de uma placa de aço para explicação das porções para amostragem de corpos de prova para HIC em um exemplo; e

[0029] as Figuras 3A e 3B são diagramas para explicar o resfria- mento secundário do aço fundido em vazamento contínuo para produzir uma placa de aço de alta resistência de acordo com a presente modali- dade, em que a Figura 3A é um diagrama esquemático que ilustra uma faixa de injeção e uma distribuição da densidade de escoamento de água do refrigerante quando o refrigerante é injetado a partir de um bico de pulverização de dois fluidos e a Figura 3B é um diagrama esquemá- tico que ilustra uma faixa de injeção e uma distribuição de densidade de escoamento de água do refrigerante e uma margem de sobreposição da faixa de injeção quando o refrigerante é injetado a partir de dois bicos de pulverização de dois fluidos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0030] A seguir, a placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos de acordo com a presente descrição será des- crita em detalhes. Composição Química

[0031] Primeiro, a composição química da placa de aço de alta re- sistência descrita aqui e as razões para sua limitação serão descritas. A seguir, todas as unidades mostradas em % são % em massa.

C: 0,02% a 0,08%

[0032] O C contribui efetivamente para a melhoria da resistên- cia. No entanto, quando o teor é menos de 0,02%, não é possível asse- gurar uma resistência suficiente. Por outro lado, quando o teor é mais de 0,08%, a tenacidade da camada superficial aumenta durante o res- friamento acelerado e a resistência à HIC deteriora. A tenacidade tam- bém diminui. Portanto, o teor de C é definido na faixa de 0,02% a 0,08%.

Si: 0,01% a 0,50%

[0033] Si é adicionado para desoxidação. No entanto, quando o teor é menos de 0,01%, o efeito desoxidante é insuficiente. Por outro lado, quando o teor é mais de 0,50%, a tenacidade e a capacidade de solda- gem deterioram. Portanto, o teor de Si está em uma faixa de 0,01% a 0,50%.

Mn: 0,50%. a 1,80%

[0034] O Mn contribui efetivamente para a melhoria da resistência e tenacidade. No entanto, se o teor for menos de 0,50%, o efeito de adição será baixo, enquanto se for mais de 1,80%, a tenacidade da camada superficial aumentará durante o resfriamento acelerado e a resistência à HIC deteriorará. A capacidade de soldagem também diminui. Por- tanto, o teor de Mn é definido na faixa de 0,50% a 1,80%.

P: 0,001% a 0,015%

[0035] O P é um elemento de impureza inevitável que degrada a capacidade de soldagem e aumenta a tenacidade da área de segrega- ção central, causando deterioração na resistência à HIC. Esta tendência se torna mais pronunciada quando o teor é mais de 0,015%. Portanto, o limite máximo é definido em 0,015%.O teor é, de preferência, 0,008% ou menos. Embora um teor de P mais baixo seja preferível, o teor de P é definido como 0,001% ou mais do ponto de vista do custo de refino.

S: 0,0002% a 0,0015%

[0036] OS é um elemento de impureza inevitável que forma inclu- sões de MnS no aço e degrada a resistência à HIC e, portanto, é prefe- rível um menor teor de S. No entanto, até 0,0015% é aceitável. Embora um menor teor de S seja preferível, o teor de é definido como 0,0002% ou mais do ponto de vista do custo de refino.

Al: 0,01% a 0,08%

[0037] O Al é adicionado como um agente desoxidante. No entanto, um teor de Al abaixo de 0,01% não confere efeito adicional, enquanto que um teor de Al acima de 0,08% reduz a limpeza do aço e deteriora a tenacidade. Portanto, o teor de Al está na faixa de 0,01% a 0,08%.

Ca: 0,0005% a 0,005%

[0038] O Ca é um elemento eficaz para melhorar a resistência à HIC através do controle morfológico das inclusões de sulfeto. Se o teor for menos de 0,0005%, no entanto, o efeito de adição não é suficiente. Por outro lado, se o teor for mais de 0,005%, não apenas o efeito de adição saturará, mas também a resistência à HIC será deteriorada em virtude de redução na limpeza do aço. Portanto, o teor de Ca está na faixa de

0,0005% a 0,005%.

[0039] Os componentes básicos de acordo com a presente descri- ção foram descritos acima. Opcionalmente, no entanto, a composição química de acordo com a presente descrição também pode conter pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Cu, Ni, Cre Mo nas faixas a seguir para melhorar ainda mais a resistência e a tena- cidade da placa de aço.

Cu: 0,50% ou menos

[0040] O Cu é um elemento eficaz para melhorar a tenacidade e aumentar a resistência. Para obter este efeito, o teor de Cu é, de prefe- rência, 0,05% ou mais, porém, se o teor for muito grande, a capacidade de soldagem deteriora. Portanto, quando o Cu é adicionado, o teor de Cu é de até 0,50%.

Ni: 0,50% ou menos

[0041] O Ni é um elemento eficaz para melhorar a tenacidade e au- mentar a resistência. Para obter este efeito, o teor de Ni é, de preferên- cia, 0,05% ou mais, porém, a adição excessiva de Ni não é apenas eco- nomicamente desvantajosa, mas também deteriora a tenacidade da zona termicamente afetada. Portanto, quando Ni é adicionado, o teor de Ni é de até 0,50%.

Cr: 0,50% ou menos

[0042] O Cr, assim como o Mn, é um elemento eficaz para obter uma resistência suficiente, mesmo com baixo teor de C. Para obter este efeito, o teor de Cr é, de preferência, 0,05% ou mais, porém, se o teor for muito grande, a capacidade de soldagem deteriora. Portanto, quando o Cr é adicionado, o teor de Cr é de até 0,50%.

Mo: 0,50% ou menos

[0043] O Mo é um elemento eficaz para melhorar a tenacidade e aumentar a resistênca. Para obter este efeito, o teor de Mo é, de prefe- rência, 0,05% ou mais, porém, se o teor for muito grande, a capacidade de soldagem deteriora. Portanto, quando Mo é adicionado, o teor de Mo é de até 0,50%.

[0044] A composição química de acordo com a presente descrição pode ainda conter opcionalmente um ou mais selecionados a partir do grupo que consiste em Nb, V e Ti nas seguintes faixas.

[0045] Pelo menos um selecionado a partir de um grupo que consiste em Nb: 0,005% a 0,1%, V: 0,005% a 0,1%, Ti: 0,005% a 0,1%

[0046] Todos de Nb, V e Ti são elementos que podem ser opcional- mente adicionados para aprimorar a resistência e a tenacidade da placa de aço. Se o teor de cada elemento adicionado for menos de 0,005%, o efeito de adição será baixo, enquanto que se for mais de 0,1%, a tena- cidade da parte soldada deteriorará. Portanto, o teor de cada elemento adicionado está, de preferência, em uma faixa de 0,005% a 0,1%.

[0047] O restante diferente dos elementos descritos acima é Fe e impurezas inevitáveis. No entanto, nesta expressão, não há intenção de evitar a inclusão de outros oligoelementos, sem prejudicar a ação ou o efeito da presente descrição. Pontos Concentrados de Mn

[0048] Na placa de aço de alta resistência para tubos em linha re- sistentes a ácidos descrita aqui é importante que, em uma seção trans- versal perpendicular a uma direção de laminação (direção do compri- mento da placa) da placa de aço, o número de pontos concentrados de Mn que têm aproximadamente um formato elíptico com um compri- mento de eixo principal de mais de 1,5 mm, em uma região de medição localizada a + 5 mm de um centro de espessura da placa em direção a uma direção de espessura da placa, é de 3 ou menos por 100 mm de comprimento na direção da largura da placa.

[0049] Conforme usado aqui, um "ponto concentrado de Mn" refere-

se a um local no qual a concentração de Mn é maior do que a quanti- dade de adição de Mn (o teor de Mn na placa de aço) em virtude de se- gregação. Este local é identificado especificamente como um local onde a concentração de Mn é de 1,60% ou mais quando o teor de Mn na placa de aço é de 1,50% ou menos e como um local onde a concentra- ção de Mn é pelo menos 0,10% maior do que o teor de Mn na placa de aço quando o teor de Mn na placa de aço for mais de 1,50% e 1,80 % ou menos.

[0050] De acordo com os estudos dos presentes inventores, desco- briu-se que é provável que a resistência à HIC ocorra a partir das posi- ções daqueles pontos concentrados de Mn com um comprimento de eixo principal de mais de 1,5 mm entre os pontos concentrados de Mn especificados conforme descrito acima, e que a formação de fis- suras HIC ocorre quando o número de pontos concentrados de Mn com um comprimento de eixo principal de mais de 1,5 mm excede 3 por 100 mm de comprimento na direção da largura da placa. Portanto, na pre- sente descrição, o número de pontos concentrados de Mn com um com- primento de eixo principal mais de 1,5 mm é de 3 ou menos por 100 mm de comprimento na direção da largura da placa.

[0051] Na presente descrição, "o número de pontos concentrados de Mn que tem um comprimento de eixo principal de mais de 1,5 mm por 100 mm de comprimento na direção da largura da placa" é medido como segue. Primeiro, uma amostra para análise é cortada de uma placa de aço e polida para preparação. Este procedimento é realizado de modo que a superfície da amostra se torne uma seção perpendicular à direção do comprimento da placa de aço (uma seção transversal C). Então, conforme ilustrado na Figura 1, na seção transversal C, o ma- peamento da concentração de Mn é realizado usando um microanalisa- dor de sonda eletrônica (EPMA) para três regiões centralizadas em cada um dos três pontos no centro de espessura da placa (posição t/2;

t é a espessura da placa) da placa de aço e + 5 mm na direção da es- pessura da placa (ou seja, 10 mm de espessura) e + 200 mm na direção da largura da placa (ou seja, 400 mm de largura), na posição W/4, na posição W/2 e uma posição 3W/4 de uma extremidade na direção da largura da placa de placa de aço, em que W indica a largura da placa (daqui em diante, simplesmente denominada "posição W/4", "posição W/2" e "posição 3W/4", respectivamente). Observe que as três regiões podem ser uma área sobreposta, dependendo da largura da placa de aço. O mapeamento é realizado usando uma sonda eletrônica com uma tensão de aceleração de 25 kV e um diâmetro de 0,15 mm. Em cada região de análise EPMA (10 mm de espessura e 400 mm de largura), o número de pontos concentrados de Mn com um compri- mento de eixo principal mais de 1,5 mm é contado e convertido ao nú- mero por 100 mm de comprimento na direção da largura da placa.

[0052] É preferível que a microestrutura de aço da placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos descrita aqui seja uma microestrutura de bainita, a fim de ter uma resistência à tração de até 520 MPa ou mais. Neste caso, a microestrutura de bainita inclui uma microestrutura denominada ferrita bainítica ou ferrita granular que contribui para o fortalecimento da transformação. Estas microestruturas aparecem através de transformação durante ou após o resfriamento acelerado. Se diferentes microestruturas, tais como ferrita, martensita, perlita, constituinte austenita da martensita, austenita retida e similares, são misturadas na microestrutura da bainita, ocorre presente descrição, se o total de microestruturas de aço diferentes da bainita (tais como ferrita, martensita, perlita, constituinte austenita da martensita e austenita retida) for menos de 5% por fração volumé- trica, não haverá efeito adverso e isto é aceitável. Uniformidade da Resistência à HIC na Direção da Largura da Placa

[0053] Na placa de aço de alta resistência para tubos em linha re- sistentes a ácidos descrita aqui, é importante que a resistência à HIC nas posições W/4, W/2 e 3W/4 seja 10% ou menos em termos de CAR, e que a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa em termos de 3o seja de 5% ou menos, em que o indica um desvio padrão de CARS. Isto significa que a placa de aço de alta resistência tem exce- lente resistência à HIC, na qual a variação na resistência à HIC na dire- ção da largura da placa é suprimida. A resistência à HIC nas posições W/4, W/2 e 3W/4 é, de preferência, 5% ou menos em termos de CAR.

[0054] Na presente descrição, a "resistência à HIC na posição W/A4, na posição W/2 e na posição 3W/4" é avaliada da seguinte ma- neira. Conforme ilustrado na Figura 2, em uma seção C da placa de aço, centralizada no centro de espessura da placa na posição W/4, na posi- ção W/2 e na posição 3W/4 (total de três pontos) na direção da largura da placa, corpos de prova de 20 mm de espessura e 20 mm de largura são coletados. De cada um dos três corpos de prova assim obtidos, três amostras são coletadas e um total de nove amostras são submetidas ao exame de resistência à formação de fissuras induzida por hidrogênio (HIC). Este exame é realizado no ambiente do Método A, de acordo com a norma NACE TMO284, e a proporção da área de fissura (Crack Area Ratio, CAR) é determinada como um critério de formação de fissura in- duzida por hidrogênio. Na placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos descrita aqui, todas as nove CARs assim obtidas são 10% ou menos e, de preferência, 5% ou menos.

[0055] Além disso, na presente descrição, a "variação na resistên- cia à HIC na direção da largura da placa" é avaliada em termos de 3o, em que o desvio padrão de nove CARs descritas acima é calculado como co. Resistência à Tração

[0056] A placa de aço de alta resistência descrita aqui é uma placa de aço para tubos de aço que tem uma resistência de grau X60 ou su- perior em API 5L e, portanto, tem uma resistência à tração de 520 MPa ou mais. Método de Fabricação

[0057] A seguir, o método e as condições para a fabricação da placa de aço de alta resistência descrita acima para tubos em linha resistentes a ácidos serão descritos concretamente. O método de fabricação des- crito aqui compreende: submeter o aço com a composição química acima a vazamento contínuo para preparar um aço fundido (placa); aquecer a placa; então, laminar a quente para obter uma placa de aço; e, em seguida, submeter a placa de aço a um resfriamento con- trolado. Neste ponto, ao realizar o resfriamento secundário em vaza- mento contínuo sob condições particulares e realizar o aquecimento e o resfriamento controlado da placa sob condições particulares, é possível fabricar uma placa de aço de alta resistência para tubos em linha resis- tentes a ácidos que tem excelente resistência à HIC, em que a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa é suprimida. Resfriamento Secundário de Uma Placa Durante Vazamento Contí- nuo

[0058] Conforme ilustrado nas Figuras 3A e 3B, o método de resfri- amento secundário a seguir é usado. O refrigerante é pulverizado sobre um aço fundido 20 na forma de névoa a partir de uma pluralidade de bicos de pulverização de dois fluidos 10A e 10B para resfriar o aço fun-

dido 20 enquanto alimenta o aço fundido 20 em sua direção longitudi- nal. A pluralidade de bicos de pulverização de dois fluidos 10A e 10B está posicionada em intervalos predeterminados na direção da largura do aço fundido 20. Em relação aos bicos de pulverização de dois fluidos (10A e 10B), as posições no aço fundido nas quais a densidade de escoamento de água é 50% da densidade de escoamento de água ime- diatamente abaixo dos bicos de pulverização de dois fluidos 10, estão localizadas em uma distância S (mm) de ambas as extremidades de cada amplitude de pulverização do refrigerante na direção da largura do aço fundido 20. A margem de sobreposição entre as amplitudes de pul- verização do refrigerante pulverizado a partir dos bicos de pulverização de dois fluidos 10A e 10B adjacentes um ao outro é definida em uma faixade 1,6 Sa2,4S.

[0059] As Figuras 3A e 3B ilustram esquematicamente as faixas de injeção e as distribuições de densidade de escoamento de água do re- frigerante injetado a partir de bicos de pulverização de dois fluidos. À Figura 3A ilustra uma distância S de ambas as extremidades da faixa de injeção, na qual a proporção de densidade de escoamento de água nesta posição para a densidade de escoamento de água imediatamente abaixo do bico de pulverização de dois fluidos 10 é de 50% e a Figura 3B ilustra a margem sobreposta entre as faixas de injeção do refrigerante injetado a partir dos dois bicos de pulverização de dois fluidos 10A e 10B.

[0060] A distância S de ambas as extremidades da faixa de injeção do refrigerante injetado a partir do bico de pulverização de dois fluidos 10 pode ser obtida como segue. Primeiro, uma distribuição da densi- dade do escoamento de água na direção da largura do aço fundido do refrigerante injetado a partir do bico de pulverização de dois fluidos 10 é medida. A distribuição da densidade do escoamento de água pode ser medida ao colocar o bico de pulverização de dois fluidos 10 acima de um grupo de medidas finamente divididas na direção da largura do aço fundido 1 e pesar o refrigerante injetado a partir do bico de pulverização de dois fluidos 10 para cada aparelho de medição.

[0061] O motivo para definir a margem sobreposta na faixa de 1,6 Sa24Séo seguinte. Ou seja, no caso onde o aço fundido é submetido a um resfriamento secundário com uma pluralidade de bicos de pulveri- zação de dois fluidos, mesmo se os bicos de pulverização de dois fluidos estiverem posicionados de modo que a densidade do escoamento de água do refrigerante injetado da cada bico de pulverização de dois flui- dos seja uniforme na direção da largura do aço fundido, a pressão de colisão é baixa nas duas extremidades de cada faixa de injeção do re- frigerante, resultando em baixa capacidade de resfriamento do aço fun- dido. Assim, é impossível resfriar o aço fundido uniformemente na dire- ção da largura. Entretanto, se a margem sobreposta for ajustada na faixa de 1,6 Sa 2,4 S, é possível resfriar uniformemente o aço fundido na direção da largura, considerando a distribuição da pressão de coli- são, além da distribuição da densidade do escoamento de água na di- reção da largura do aço fundido. Ou seja, de acordo com este método, é possível resfriar o aço fundido sem diminuir a capacidade de resfria- mento em uma região na qual as faixas de injeção do refrigerante dos bicos de pulverização de dois fluidos adjacentes 10A e 10B se sobre- põem e suprimir o desvio de temperatura da superfície na direção da largura do aço fundido, permitindo um resfriamento substancialmente uniforme. Consequentemente, é possível preparar uma placa com vari- ação suprimida de segregação central na direção da largura.

[0062] Embora a Figura 3B ilustre um exemplo que usa dois bicos de pulverização de dois fluidos 10A e 10B, no caso de realizar um res- friamento secundário do aço fundido com três ou mais bicos de pulveri- zação de dois fluidos, a margem de sobreposição das faixas de injeção do refrigerante pode ser definida conforme descrito acima para aqueles adjacentes entre si entre três ou mais bicos de pulverização de dois flu- idos.

[0063] Além disso, o bico de pulverização de dois fluidos inclui, po- rém sem limitações, por exemplo, um bico de névoa dotado de um tubo de alimentação para refrigerante e ar, um tubo de mistura e uma ponta de bico. Temperatura de Aquecimento da Placa

[0064] Temperatura de aquecimento da placa: 1000ºC a 1300ºC

[0065] Se a temperatura de aquecimento da placa é menor do que 1000 ºC, carbonetos não dissolvem suficientemente e a resistência ne- cessária não pode ser obtida. Por outro lado, se a temperatura de aque- cimento da placa excede 1300ºC, a tenacidade será deteriorada. Por- tanto, a temperatura de aquecimento da placa é definida como 1000ºC a 1300ºC. Esta temperatura é a temperatura no forno de aquecimento e a placa é aquecida nesta temperatura para o centro. Temperatura de Acabamento da Laminação

[0066] Em uma etapa de laminação a quente, para obter alta tena- cidade ao metal base, uma temperatura de acabamento de laminação mais baixa é preferível; por outro lado, a eficiência de laminação é re- duzida. Assim, a temperatura de acabamento de laminação em termos de temperatura da superfície da placa de aço precisa ser ajustada con- siderando a tenacidade necessária para o metal base e a eficiência da laminação. Do ponto de vista de melhorar a resistência e a resistência à HIC, é preferível ajustar a temperatura final de laminação igual ou maior do que a temperatura de transformação Ar; em termos da tempe- ratura da superfície da placa de aço. Conforme usado aqui, a tempera- tura de transformação Ar; significa a temperatura de início de transfor- mação da ferrita durante o resfriamento, e pode ser determinada, por exemplo, a partir dos componentes de aço de acordo com a equação abaixo. Além disso, para obter alta tenacidade para o metal base, é de- sejável definir a taxa de redução de laminação em uma faixa de tempe- ratura de 950ºC ou menos, o que corresponde à faixa de temperatura de não recristalização da austenita, para 60 % ou mais. A temperatura da superfície da placa de aço pode ser medida por um termômetro de radiação ou similar. Ara (ºC) = 910 — 310 [% C] — 80 [% Mn] — 20 [% Cu] — 15 [% Cr] — 55 [% Ni] — 80 [% Mo], onde [% X] indica o teor, em % em massa, do elemento X em aço. Temperatura Inicial de Resfriamento no Resfriamento Contro- lado

[0067] Temperatura inicial de resfriamento: (Ar;g— 10ºC) ou maior em termos de temperatura da superfície da placa de aço.

[0068] Se a temperatura da superfície da placa de aço é baixa no início do resfriamento, ferrita se forma em uma grande quantidade antes de resfriamento controlado, em particular quando a temperatura de transformação Ar; cai em mais de 10ºC, ferrita se forma em uma fração volumétrica de mais de 5%, causando uma redução significativa na re- sistência e uma deterioração na resistência à HIC. Portanto, a tempera- tura da superfície da placa de aço no início do resfriamento é ajustada para (Ar; — 10ºC) ou maior. Taxa de Resfriamento do Resfriamento Controlado

[0069] A taxa média de resfriamento em uma faixa de temperatura de 750ºC a 550ºC em termos de uma temperatura média da placa de aço: 15ºC/s ou maior.

[0070] Se a taxa de resfriamento média em uma faixa de tempera- turas a partir de 750ºC a 550ºC em termos da temperatura média da placa de aço é menos de 15ºC/s, uma microestrutura de bainita não pode ser obtida, acarretando a deterioração da tenacidade e resistência à HIC. Portanto, a taxa de resfriamento em termos de temperatura mé- dia da placa de aço é ajustada para 15ºC/s ou maior. Do ponto de vista da variação na resistência e dureza da placa de aço, a taxa média de resfriamento da placa de aço é, de preferência, 20ºC/s ou maior. O limite máximo da taxa média de resfriamento não está particularmente limi- tado, porém, de preferência, é de 80ºC/s ou menor, de modo que pro- dutos de transformação de baixa temperatura em excesso não sejam gerados. Temperatura Final de Resfriamento

[0071] Temperatura final de resfriamento: 250ºC a 550ºC em ter- mos de uma temperatura média da placa de aço

[0072] Após a conclusão de laminação, uma fase de bainita é ge- rada ao realizar resfriamento controlado para temperar a placa de aço em uma faixa de temperatura de 250ºC a 550ºC, a qual é a faixa de temperaturas de transformação da bainita. Quando a temperatura final de resfriamento é maior do que 550ºC, a transformação de bainita é in- completa e uma resistência suficiente não pode ser obtida. Além disso, se a temperatura final de resfriamento é menor do que 250ºC, a dureza aumenta consideravelmente na camada de superfície. A temperatura fi- nal de resfriamento é, de preferência, a partir de 350ºC a 500ºC.

[0073] Embora a temperatura média da placa de aço não possa ser diretamente medida fisicamente, a distribuição de temperatura em uma seção transversal na direção da espessura da placa pode ser determi- nada em tempo real, por exemplo, ao calcular a diferença usando um computador de processo na base da temperatura da superfície no início de resfriamento, medida com um termômetro de radiação, e a tempera- tura da superfície alvo ao final do resfriamento. O valor médio das tem- peraturas na direção da espessura da placa na distribuição de tempera- tura é denominado como "temperatura média da placa de aço" na pre- sente descrição.

Tubo de Aço de Alta Resistência

[0074] Ao formar a placa de aço de alta resistência descrita aqui em um formato tubular através de formação por dobramento em prensa, formação por rolos, formação UOE ou similar e depois soldar as porções superiores, um tubo de aço de alta resistência para tubos em linha re- sistentes a ácidos (tal como um tubo de aço UOE, um tubo de aço sol- dado por resistência elétrica e um tubo de aço em espiral) que tem ex- celente homogeneidade de material na placa de aço e que é adequado para o transporte de petróleo e gás natural pode ser produzido.

[0075] Por exemplo, um tubo de aço UOE é fabricado por meio de laminação e biselamento das bordas de uma placa de aço, formando a placa de aço em formato de tubo de aço por uma prensa em C, prensa em U e prensa em O-anel, então, soldagem por costura das porções superiores através de soldagem de superfície interna e soldagem de superfície externa e, opcionalmente, submetendo-a a um processo de expansão. Qualquer método de soldagem pode ser aplicado, contanto que resistência de união e tenacidade de união suficientes sejam asse- guradas, ainda é preferível usar soldagem a arco submerso do ponto de vista da excelente qualidade da solda e da eficiência de fabricação.

EXEMPLOS

[0076] Aços que têm as composições químicas listadas na Tabela 1 (IDs de amostra de aço A a M) foram preparados e submetidos à fun- dição contínua para obter placas com uma largura de placa de 1600 mm. O resfriamento secundário foi realizado com a margem sobreposta das faixas de injeção do refrigerante injetado na forma de névoa a partir dos três bicos de pulverização de dois fluidos posicionados em interva- los predeterminados na direção da largura, conforme listado na Tabela

2. Observe que a distância S de ambas as extremidades da faixa de injeção do refrigerante na direção da largura do aço fundido 20 para a posição em que a proporção entre a densidade do escoamento de água nesta posição e a densidade do escoamento de água imediatamente abaixo dos bicos de pulverização de dois fluidos é de 50% foi fixada a 70 mm.

[8 pe 2 | aos re asa seo ao [so Compara oe Des om os Ds o o a a | OO Papas es ee es a so [2 pa pa | zos | ro ao rs zo o ro [| 5% | qe js es e es e ro 2 Nota 1: Sublinhado se fora do escopo da descrição. Identificação da Microestrutura

[0078] A microestrutura de cada placa de aço obtida foi observada com um microscópio óptico e um microscópio de varredura eletrô- nico. As microestruturas no centro de espessura da placa (posição t/2) da placa de aço estão listadas na Tabela 3. Avaliação da Propriedade Elástica

[0079] A partir de cada placa de aço obtida, um corpo de prova de espessura total (conforme prescrito na especificação API-5L) na direção transversal (direção ortogonal à direção de laminação) foi obtido e sub- metido ao ensaio de tração como corpo de prova de tração para medir a tensão de escoamento (0,5% tensão de prova) e a resistência à tra- ção. Os intervalos alvo eram uma tensão de escoamento de 450 Mpa ou mais e uma resistência à tração de 520 MPa ou mais. Os resultados estão listados na Tabela 3. Avaliação da Variação da Resistência à HIC na Direção da Largura da Placa

[0080] Três amostras foram, respectivamente, coletadas a partir de uma posição W/4, uma posição W/2 e uma posição 3W/4 da maneira descrita acima, e as CARs foram medidas. O valor máximo dos nove valores medidos assim obtidos é apresentado na coluna "resistência à HIC" na Tabela 3. A Tabela 3 também lista 3o, quando o desvio padrão de nove CARs é calculado como c. A faixa alvo era 10 % ou menos para o valor máximo e 5% ou menos para 3o.

Medição de Pontos Concentrados de Mn

[0081] O número de pontos concentrados de Mn que tem um compri- mento de eixo principal de mais de 1,5 mm foi contado por 100 mm de comprimento na direção da largura da placa da maneira descrita acima. À faixa alvo era 3 ou menos. Os resultados estão listados na Tabela 3. Ensaio DWTT

[0082] A partir de cada placa de aço obtida, um corpo de prova DWTT em conformidade com a norma API-5L foi feito e testado em tem- peraturas de teste de 0ºC a — 80ºC para determinar a temperatura de transição onde o valor de SA (Área de Cisalhamento: fratura dúctil per- centual) era de 85%. A faixa alvo para a temperatura de transição era de — 50ºC ou inferior. Os resultados estão listados na Tabela 3. Tabela 3 Espes - TT variação nare- | Pontos com | DWTT ID de amos- | sura da Mieroestru- Limite de. Resistência | Resistên- sistência à HIC, | centrados de 85% tia — | elastcidade | avação | ciaamo Categoria tadeaço | placa 30 m satr (mm) | (posição v2) (MPa) (MPa) (%) (%) (pes.) ce) as O e a so Ee as o e so

FE E FEEL E Es ep a as e a so | Pe a a a ss E a a so FE IE E E a O E Foo e E Re eps as [Rr e a as a o |

FEI OE Es a a a po | [sp eo a [es o e rs es | Fo IR RR E E [eps pa [meo o o RR so | Fo TE O ER e E apos a sm e css EL E e E e es a a es es asp a a e e Rs po FE E ER Rs E e EE IE EE = Nota 1: Sublinhado se fora do escopo da descrição.

Nota 2: Para a microestrutura, B denota bainita, F denota ferrita, M denota martensita e P denota pearlita.

[0083] Para os Nº 1 a 13, os quais são os exemplos, as composi- ções químicas estavam dentro do escopo da presente descrição e as condições de fabricação estavam dentro da faixa adequada para obter placas de aço de acordo com a presente descrição. Todas as amostras apresentaram uma tensão de escoamento igual ou maior do que 450 MPa, uma resistência à tração de 520 MPa ou mais, 85% de SATT de — 50ºC ou menor no ensaio DWTT e pequena variação na resistência à HIC na direção da largura da placa, qualquer uma das propriedades consideradas boas.

[0084] Em contraste, para os Nº 14 a 22, os quais são exemplos comparativos, embora as composições químicas estivessem dentro do escopo da presente descrição, as condições de fabricação estavam fora do escopo das condições preferidas para a obtenção de placas de aço de acordo com a presente descrição. Para o Nº 14, a temperatura de aquecimento da placa era baixa, a homogeneização da microestrutura e o estado sólido da solução de carbonetos eram insuficientes e a resis- tência era baixa.

[0085] Para o Nº 15, uma vez que a ferrita era excessivamente ge- rada em virtude da baixa temperatura inicial de resfriamento, a resistên- cia era baixa e a resistência à HIC era inferior.

[0086] Para os Nº 16 e 18, uma vez que a perlita era excessiva- mente gerada como uma microestrutura na parte de espessura média em virtude da condição de resfriamento controlado fora da faixa ade- quada, a resistência era baixa e a resistência à HIC era inferior.

[0087] Para o Nº 17, uma vez que fases duras, tais como marten- sita e o constituinte austenita da martensita (MA), foram formadas em virtude da baixa temperatura final de resfriamento, a propriedade DIVTT e a resistência à HIC eram inferiores.

[0088] Nos Nº 19 a 22, uma vez que as condições de resfriamento secundário das placas estavam fora da faixa adequada, a concentração de Mn na área de segregação central era alta, a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa era grande e a resistência à HIC era inferior.

[0089] Para os Nº 23 a 27, uma vez que as composições químicas estavam fora do escopo da presente descrição, a concentração de Mn na área de segregação central era alta, a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa era grande e a resistência à HIC era inferior.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0090] As placas de aço de alta resistência para tubos em linha re- sistentes a ácidos de acordo com a presente descrição têm excelente resistência à HIC, na qual a variação na resistência à HIC na direção da largura da placa é suprimida. Portanto, tubos de aço (tais como tubos de aço soldados por resistência elétrica, tubos de aço em espiral e tubos de aço UOE) fabricados por meio de formação a frio da placa de aço descrita podem ser adequadamente usadas para o transporte de petró- leo bruto e gás natural que contêm sulfetos de hidrogênio, onde resis- tência a ácidos é necessária.

LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 10, 10A, 10B bico de pulverização de dois fluidos aço fundido

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Placa de aço de alta resistência para tubos em linha resis- tentes a ácidos que compreende: uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,02% a 0,08%, Si: 0,01% a 0,50%, Mn: 0,50% a 1,80%, P: 0,001% a 0,015%, S: 0,0002% a 0,0015%, Al: 0,01% a 0,08% e Ca: 0,0005% a 0,005%, com o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis caracterizada pelo fato de que: em uma seção perpendicular à direção de laminação da placa de aço, o número de pontos concentrados de Mn que têm aproxi- madamente um formato elíptico que tem um comprimento de eixo prin- cipal de mais de 1,5 mm, em uma região de medição localizada a +5 mm de um centro de espessura da chapa em direção a uma direção da espessura da chapa, é 3 ou menos por 100 mm de comprimento em uma direção da largura da placa: a resistência à HIC é 10% ou menos em termos de CAR na posição W/4, posição W/2 e posição 3W/4 de uma extremidade na dire- ção da largura da chapa de aço, em que W indica a largura da chapa, a variação na resistência à HIC e na direção da largura da placa em termos de 3o é 5% ou menos, em que o denota um desvio padrão de CARs, e a resistência à tração é 520 MPa ou mais.

2. Placa de aço de alta resistência para tubos em linha resis- tentes a ácidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição química contém ainda, em % em massa, pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Cu: 0,50% ou menos, Ni: 0,50% ou menos, Cr: 0,50% ou menos e Mo: 0,50% ou me- nos.

3. Placa de aço de alta resistência para tubos em linha resis- tentes a ácidos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a composição química contém ainda, em % em massa,

pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Nb: 0,005% a 0,1%, V: 0,005% a 0,1%, e Ti: 0,005% a 0,1%.

4. Tubo de aço de alta resistência, caracterizado pelo fato de usar a placa de aço de alta resistência para tubos em linha resistentes a ácidos como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3.