BR112020014656A2

BR112020014656A2 - aços de alta resistência à tração e alta tenacidade

Info

Publication number: BR112020014656A2
Application number: BR112020014656-0A
Authority: BR
Inventors: Mahrez Khouja; Bernhard Koschlig; Ralf Hojda
Original assignee: Vallourec Deutschland Gmbh
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-12-01
Also published as: CN112041468A; JP2021514424A; EP3530761B1; RU2020125855A; UA127438C2; ES2922300T3; SG11202006698WA; CA3088648A1; US11761051B2; MX2020008783A; WO2019162463A1; KR20200130327A; JP7370992B2; BR112020014656B1; EP3530761A1; US20210032715A1

Abstract

A presente invenção lida com ligas de aço que têm resistência ao escoamento de pelo menos 862 MPa (125 Ksi) e exibem excelente comportamento em termos de dureza e tenacidade, especialmente sob condições rigorosas que podem ser submetidas a ciclos de deslocamento por congelamento e degelo, especialmente a temperaturas abaixo de zero. A invenção também se refere a um tubo sem costura compreendendo o referido aço e um método de produção do referido tubo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E ALTA TENACIDADE".

[001] A presente invenção lida com ligas de aço que têm resistência ao escoamento de pelo menos 862 MPa (125 Ksi) e exibindo excelente comportamento em termos de dureza e tenacidade, especialmente sob condições rigorosas que podem ser submetidas a ciclos de deslocamento por congelamento e degelo, especialmente a temperaturas abaixo de zero.

[002] Em particular, o aço da presente invenção pode ser usado em acessórios para poços de petróleo e gás, aplicações em terra firme ou offshore e aplicações mecânicas como cilindro hidráulico, especialmente onde ocorrem condições ambientais adversas e temperaturas de trabalho de até -60°C.

[003] O aço da presente invenção é, portanto, particularmente adequado para aplicações árticas abaixo de zero.

[004] A invenção também se refere a um tubo sem costura compreendendo o referido aço e um método de produção do referido tubo.

[005] O desenvolvimento de campos de petróleo e gás nas regiões do Ártico incentivou a busca de acessórios feitos de aços com propriedades mecânicas boas e estáveis e um comportamento de tenacidade satisfatório a baixas temperaturas, especialmente onde altas tensões impostas podem ocorrer a temperaturas de trabalho abaixo de zero até - 60°C ou até -80°C.

[006] Para tais aplicações, várias tentativas foram feitas para desenvolver aços com boas propriedades mecânicas, como alta resistência ao escoamento (Ys) e resistência à tração de ruptura (UTS), e boa resistência ao impacto a temperaturas tão baixas quanto -60°C para fabricar vários produtos, tais como tubos sem costura, que podem ser convenientemente utilizados no local de perfuração.

[007] A API 5CT padrão fornece uma especificação detalhada para tubos de aço com espessura de parede de até 38,1 mm (1,5"). Para espessuras de paredes mais grossas (por exemplo, até 76,2 mm (3 ")), não há requisitos padrão.

[008] No entanto, as condições rigorosas acima mencionadas exigem a fabricação de aços de categoria mais elevada do que os convencionalmente utilizados, com uma resistência ao escoamento e tração de ruptura mais elevada, que também exibem excelentes propriedades de ductilidade ou tenacidade a temperaturas abaixo de zero, tal como temperaturas tão baixas quanto -60°C ou -80°C e adequados para espessuras de paredes pesadas.

[009] Embora na produção de tubos soldados ou chapas, as propriedades indicadas para os tipos de aço de até 690 MPa, ou mesmo graus mais altos, possam ser alcançadas por uma combinação de laminação termomecânica com composição química ligeiramente modificada e tratamento térmico, as propriedades necessárias para tubos sem costura devem ser obtidas usando um processo de laminação controlado, seguido de um tratamento de têmpera e revenimento em combinação com uma análise química bem ajustada.

[010] O tratamento de têmpera permite a formação de uma fase martensítica na microestrutura dos tubos sem costura, a fim de melhorar suas resistências.

[011] O aumento necessário da resistência, mantendo a ductilidade adequada dos tubos sem costura processados a quente para as aplicações descritas acima, também requer o desenvolvimento de novos conceitos de liga. Em particular, é difícil obter alta ductilidade ou tenacidade adequada a baixas temperaturas de trabalho com conceitos de liga convencionais ou processos convencionais, especialmente para aços com resistência à ruptura acima de 690 MPa.

[012] Os métodos normalmente conhecidos para aumentar as resistências são aumentar o teor de carbono ou o equivalente de carbono usando conceitos de liga convencionais e/ou conceitos de micro liga, com base no processo de endurecimento por precipitação.

[013] Os elementos de microliga, como titânio, nióbio e vanádio, são geralmente empregados também para aumentar a resistência. O titânio já precipita parcialmente a altas temperaturas na fase líquida como nitreto de titânio muito grosso. O nióbio forma precipitados de nióbio (C, N) a temperaturas mais baixas. Com a diminuição da temperatura, o vanádio se acumula com carbono e nitrogênio na forma de nitretos de carbono e, no caso de partículas de VC, leva à fragilização do material.

[014] No entanto, precipitados excessivamente grosseiros desses elementos de microliga frequentemente impedem a ductilidade. Por conseguinte, a concentração destes elementos de liga é geralmente limitada. Além disso, a concentração de carbono e nitrogênio necessária para a formação dos precipitados deve ser levada em consideração, tornando complexa toda a definição da composição química.

[015] Esses conceitos bem conhecidos podem, portanto, levar à deterioração da ductilidade ou tenacidade dos aços.

[016] Para superar essas desvantagens mencionadas, novos conceitos de liga baseados na adição de elementos adequados para aumentar as resistências por endurecimento da solução em combinação com técnicas de microliga foram devidamente investigadas.

[017] Contudo, os tubos sem costura obtidos com os referidos aços não exibem propriedades mecânicas estáveis e uma ductilidade satisfatória ou comportamento de tenacidade em temperaturas de trabalho muito baixas, especialmente em temperaturas abaixo de zero, o que os torna difíceis e tediosos de serem usados em aplicações árticas.

[018] De fato, a dureza desses tubos sem costura diminui significativamente com a espessura da parede, o que implica que sua microestrutura, especialmente a transformação martensítica que ocorre durante a etapa de têmpera, é irregular, especialmente na posição central da parede. Isso significa que a dureza varia de acordo com a espessura dos tubos sem costura, o que impedirá seriamente seu uso em aplicações offshore sob condições rigorosas.

[019] Além disso, de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 -Tipo A em uma amostra de tamanho completo (10x10 mm), os valores de tenacidade dos tubos sem costura obtidos com os aços mencionados acima caem significativamente em temperaturas abaixo de zero, o que também dificulta seu uso potencial em aplicações árticas.

[020] Por exemplo, os valores de tenacidade desses aços com espessura de parede de cerca de 40 a 50 mm diminuem quase 43% entre 0°C e -40°C, de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra em tamanho real (10 x 10 mm), o que significa que o comportamento da tenacidade dos tubos sem costura obtidos com esses aços não é constante em temperaturas abaixo de zero.

[021] Portanto, existe uma necessidade real de fornecer aços adequados para aplicações árticas que exibam boas propriedades mecânicas e estáveis e excelente comportamento de tenacidade em temperaturas de trabalho abaixo de zero.

[022] Além disso, um dos objetivos da presente invenção é proporcionar aços que permitam a fabricação de tubos sem costura, que possam ser usados em aplicações offshore, tubos de processo de linha e aplicações mecânicas, onde ocorrem temperaturas de trabalho abaixo de zero.

[023] Em particular, um dos objetivos da presente invenção é fornecer aços com alta resistência ao escoamento e à tração de ruptura, excelentes propriedades de impacto em temperaturas de trabalho de até -60°C (em direções transversais) em toda a espessura da parede e capazes de melhorar as propriedades de dureza dos tubos sem costura.

[024] Mais particularmente, um dos objetivos da presente invenção é fornecer produtos de aço de categoria que possuam tensões ao escoamento superiores aos produtos de aço de grau P110 ou Q125 (correspondendo respectivamente à resistência ao escoamento de pelo menos 758 e 862 MPa) com propriedades mecânicas boas e uniformes e alta tenacidade a baixas temperaturas, permitindo que sejam utilizados nas regiões árticas.

[025] Ainda mais especificamente, a presente invenção visa fornecer aço para tubos sem costura com propriedades de alta resistência à tração e alta tenacidade a temperaturas de trabalho abaixo de zero.

[026] Portanto, a presente invenção refere-se a um aço para tubos sem costura com composição química consistindo em (os seguintes elementos sendo em porcentagem em peso):

[027] C: de 0,27 a 0,30% em peso,

[028] Sr: de 0,20 a 0,35% em peso,

[029] Mn: de 0,80 a 0,90% em peso,

[030] Cr: de 1,30 a 1,45% em peso,

[031] Mo: de 0,65 a 0,75% em peso,

[032] Ni: de 0,15 a 0,25% em peso,

[033] Cu: máximo 0,25% em peso,

[034] Al: de 0,015 a 0,035% em peso,

[035] Ti: de 0,024 a 0,038% em peso,

[036] N: máximo 0,012% em peso,

[037] V: máximo 0,05% em peso,

[038] B: de 0,001 a 0,0025% em peso,

[039] Nb: de 0,02 a 0,03 % em peso, em que o saldo do referido aço é ferro e impurezas inevitáveis do processamento industrial e com uma resistência ao escoamento (Ys) de pelo menos 862 MPa e uma resistência à tração de ruptura (UTs), em que uma razão entre a resistência ao escoamento (Ys) e a resistência à tração de ruptura (UTs) menor que 0,93.

[040] O aço da presente invenção exibe uma baixa razão de escoamento com resistência à tração de ruptura combinada com uma resistência de escoamento de pelo menos 862 MPa, o que significa que esse aço também possui uma resistência à tração de ruptura de pelo menos 927 MPa, preferencialmente pelo menos 1000 MPa.

[041] Consequentemente, esse aço leva a tubos sem costura, com alta capacidade de deformação. Em outras palavras, esses aços são capazes de melhorar a capacidade de deformação de tubos sem costura.

[042] Além disso, o aço da presente invenção exibe excelente comportamento de tenacidade a temperaturas de trabalho abaixo de zero, por exemplo, para uma classe de aço de 125ksi, um valor de tenacidade na direção longitudinal de pelo menos 120 Joules a -40°C e de cerca de 100 Joules a -60°C e um valor de tenacidade na direção transversal de pelo menos 100 Joules a -40°C e de aproximadamente 80 Joules a -60°C de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra de tamanho real (10 x 10 mm).

[043] Mais particularmente, os valores de tenacidade são constantes entre 0° C e -40°C nas direções transversais, de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra de tamanho real (10 x 10 mm), o que significa que o comportamento da tenacidade é constante em temperaturas abaixo de zero.

[044] Além disso, esse aço leva a tubos sem costura, exibindo dureza uniforme em toda a sua espessura.

[045] De fato, o aço da presente invenção apresenta uma microestrutura substancialmente uniforme, isto é, em que a quantidade de fase de martensita está pelo menos 95% relacionada a toda a microestrutura, de preferência 99%, o que garante a uniformidade das propriedades mecânicas dos tubos sem costura baseados nesses aços.

[046] Isso significa que o aço da presente invenção possui uma resistência ao escoamento mais alta que os produtos de aço da classe P110 ou Q125, pelo menos 125 Ksi (862 MPa), de preferência pelo menos 930 MPa (135 Ksi) com alta resistência à tração de ruptura e comportamento de alta tenacidade a baixas temperaturas.

[047] Significa também que o aço da presente invenção é capaz de melhorar a dureza e a capacidade de endurecimento do tubo sem costura.

[048] Por tanto, o aço da presente invenção é particularmente adequado para aplicações árticas abaixo de zero.

[049] Como resultado, o aço da presente invenção é capaz de levar a tubos sem costura com altas resistências ao escoamento e à tração, uma alta capacidade de deformação, uma dureza alta e uniforme, isto é, ao longo de todo seu comprimento e espessura de parede, e exibindo um desempenho de tenacidade alto e constante em temperaturas abaixo de zero.

[050] Em particular, o aço de acordo com a presente invenção é vantajosamente utilizado para obter tubos sem costura, preferencialmente com uma espessura de parede acima de 12,5 mm, mais preferencialmente acima de 20 mm e ainda mais preferencialmente variando de 38 mm a 78 mm.

[051] Portanto, o aço pode ser usado para obter tubos sem costura com altas espessuras de parede cujas propriedades mecânicas são estáveis, seja por fora, por dentro ou no meio da parede. Isso significa que as propriedades mecânicas não dependem da espessura da parede, o qual é uma vantagem onde altos esforços de deformação são impostos sob condições rigorosas.

[052] Outro objetivo da presente invenção trata de um método de produção de tubos sem costura de aço compreendendo pelo menos as seguintes etapas sucessivas: (i) fornecer um aço com a composição química conforme definido anteriormente; (ii) formação a quente do aço a uma temperatura variando de 1100°C a 1300°C através de um processo de formação a quente para obter um tubo; em seguida (iii) aquecer o tubo a uma temperatura de austenitização (AT) acima ou igual a 890°C e manter o referido tubo na temperatura de austenitização (AT) durante um tempo compreendido entre 5 e 30 minutos, seguido por: - arrefecer o tubo a uma temperatura no máximo de 100°C, a fim de obter um tubo temperado; e - aquecer e manter o referido tubo temperado a uma temperatura de revenimento (TT) variando de 580°C a 720°C e mantê-lo à temperatura de revenimento (TT) durante um tempo de revenimento, e depois resfriá-lo a uma temperatura de no máximo 20°C, a fim de obter um tubo temperado e temperado; (iv) medir a resistência ao escoamento em relação à resistência à tração de ruptura e controlar que a referida razão seja inferior a 0,93.

[053] O método de acordo com a presente invenção permite levar a tubo sem costura de aço com uma microestrutura substancialmente uniforme composta principalmente de martensita, de preferência a quantidade de martensita está relacionada a pelo menos 95% de toda a microestrutura, preferencialmente 99% de toda a microestrutura. A soma de ferrita, bainita e martensita é de 100%.

[054] Como pode ser visto no método da presente invenção, a razão de resistência ao escoamento para resistência à tração de ruptura é um parâmetro de controle que garantirá, juntamente com a composição química do aço da presente invenção, a estabilidade das propriedades mecânicas, especialmente a uniformidade da dureza em toda a espessura da parede do tubo sem costura de aço, os altos valores de resistência à tração e a alta tenacidade em temperaturas abaixo de zero.

[055] Em outras palavras, a resistência ao escoamento em proporção à resistência à tração de ruptura e a composição química garantirão o desempenho necessário do aço.

[056] A invenção também se refere a um tubo sem costura feito do aço previamente definido.

[057] Como mencionado anteriormente, o tubo sem costura de aço é particularmente adequado para aplicações árticas e pode ser usado como acessório para petróleo e gás e/ou um componente mecânico, de preferência em aplicações offshore nas regiões árticas.

[058] O tubo sem costura de aço apresenta as vantagens de ter propriedades mecânicas boas e estáveis em todo o seu comprimento e espessura de parede, que é a distinção de uma microestrutura substancialmente uniforme e uma alta tenacidade em temperaturas abaixo de zero.

[059] Outro assunto da presente invenção é direcionado ao acessório de óleo e gás e/ou componente mecânico compreendendo pelo menos um tubo sem costura, conforme mencionado anteriormente.

[060] Outros assuntos e características, aspectos e vantagens da invenção surgirão ainda mais claramente ao ler a descrição e o exemplo a seguir.

[061] No texto abaixo, e salvo indicação em contrário, os limites de uma faixa de valores estão incluídos nessa faixa, em particular nas expressões "entre" e "faixas de... a...".

[062] Além disso, a expressão "pelo menos um" utilizada na presente descrição é equivalente à expressão "um ou mais".

[063] De acordo com a presente invenção, a resistência ao escoamento em proporção à resistência à tração de ruptura do aço é inferior a 0,93, o que significa que o valor 0,93 é excluído.

[064] Em uma concretização preferida, o aço de acordo com a presente invenção tem uma resistência ao escoamento em proporção à resistência à tração de ruptura inferior a 0,9, preferencialmente inferior a 0,88.

[065] De preferência, a relação resistência ao escoamento com a resistência à tração de ruptura do aço de acordo com a presente invenção varia de 0,84 a 0,93, o valor 0,93 não sendo incluído.

[066] Mais preferencialmente, a relação resistência ao escoamento com a resistência à tração de ruptura do aço de acordo com a presente invenção varia de 0,84 a 0,91, ainda mais preferencialmente de 0,85 a 0,90.

[067] Em uma concretização preferida, o aço de acordo com a presente invenção tem uma resistência ao escoamento (Ys) de pelo menos 900 MPa, preferencialmente de pelo menos 930 MPa.

[068] De preferência, a resistência ao escoamento do aço varia de 862 MPa a 1200 MPa, mais preferencialmente de 900 MPa a 1100 MPa, ainda mais preferencialmente de 930 MPa a 1100 MPa.

[069] Em uma concretização preferida, o aço de acordo com a presente invenção tem uma resistência à tração de ruptura (UTs) de pelo menos 950 MPa, preferencialmente de pelo menos 1000 MPa, mais preferencialmente de pelo menos 1035MPa.

[070] Isso significa que esse aço é adequado para fabricar tubos sem costura que são adequados para sustentar uma alta capacidade de deformação.

[071] De acordo com uma concretização preferida, o aço de acordo com a presente invenção possui um valor de tenacidade a - 40°C na direção transversal, de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra de tamanho completo (10 x 10 mm) de pelo menos : Resistência ao Escoamento (kSi) Energia de teste de Charpy (J) 125-135 (incluído) 100 135 (excluído) -155 80

[072] Especialmente, o aço de acordo com a presente invenção possui um valor de tenacidade a -60°C na direção transversal, de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra de tamanho completo (10 x 10 mm) de pelo menos : Resistência ao Escoamento Energia de teste de Charpy (kSi) (J) 125-135 (incluído) 80 135 (excluído) -155 64

[073] Isso significa que o aço da presente invenção exibe uma tenacidade melhorada a temperaturas abaixo de zero.

[074] Isso significa que o referido aço adota claramente um comportamento dúctil a temperaturas abaixo de zero.

[075] De preferência, o aço de acordo com a invenção possui uma composição química que satisfaz a relação abaixo entre o teor de níquel, cromo e manganês:

Σ (Ni, Cr, Mn) ≥ 2,2

[076] Isto significa que o aço da presente invenção satisfaz vantajosamente os critérios DI da norma ASTM A255.

[077] Ainda mais preferencialmente, o aço de acordo com a invenção possui uma composição química que satisfaz a relação abaixo entre os teores de níquel, cromo, manganês e silício: Σ (Ni, Cr, Mn, Si) ≥ 2,4

[078] De acordo com uma concretização preferida, o aço de acordo com a invenção possui uma microestrutura compreendendo pelo menos 95% de martensita com base em toda a microestrutura, preferencialmente 99% de martensita com base em toda a microestrutura. A soma de ferrita, bainita e martensita é de 100%.

[079] Além disso, dentro da estrutura da presente invenção, a influência de elementos de composição química, características microestruturais preferíveis e parâmetros do processo de produção serão mais detalhados abaixo.

[080] Lembra-se que as faixas de composição química são expressas em porcentagem em peso e incluem limites superior e inferior. Elementos da composição química do aço CARBONO 0,27% a 0,30%

[081] O carbono é um formador de austenita forte que aumenta significativamente a resistência ao escoamento e a dureza do aço de acordo com a invenção. Abaixo de 0,27%, a resistência ao escoamento e a resistência à tração diminuem significativamente e existe o risco de ter uma resistência ao escoamento abaixo das expectativas. Acima de 0,30%, propriedades como soldabilidade, ductilidade e tenacidade são afetadas negativamente. SILÍCIO: 0,20% a 0,35%

[082] O silício é um elemento que desoxida o aço líquido. Um teor de pelo menos 0,20% pode produzir esse efeito. O silício também aumenta a resistência e o alongamento em níveis acima de 0,20% na invenção. Acima de 0,35% a tenacidade do aço de acordo com a invenção é afetada negativamente, ela diminui. Para evitar esse efeito prejudicial, o teor de Si está entre 0,20 e 0,35%.

[083] De preferência, o teor de silício varia de 0,22 a 0,30% em peso, com base no peso total da composição química do aço. MANGANÊS: 0,80% a 0,90%

[084] O manganês é um elemento que melhora a capacidade de forja e dureza do aço e contribui para a aptidão do aço para ser temperado. Além disso, esse elemento também é um formador de austenita forte que aumenta a resistência do aço. Consequentemente, seu teor deve estar no valor mínimo de 0,80%. Acima de 0,90%, a soldabilidade e a tenacidade podem ser afetadas negativamente.

[085] Além disso, acima de 0,90% é esperado um aumento da fase austenítica, o que pode levar a uma microestrutura desigual, diminuindo a quantidade de fase martensítica que impede a estabilidade das propriedades mecânicas.

[086] De preferência, o teor de manganês varia de 0,80 a 0,85% em peso, preferivelmente de 0,80 a 0,83% em peso com base no peso total da composição química do aço. ALUMÍNIO: 0,015% a 0,035%

[087] O alumínio é um poderoso desoxidante do aço e sua presença também melhora a dessulfuração do aço. É adicionado em uma quantidade de pelo menos 0,015% para obter esse efeito.

[088] No entanto, além de 0,035%, há efeito de saturação em relação ao efeito acima mencionado. Além disso, os nitretos de Al grossos e prejudiciais à ductilidade tendem a se formar. Por esses motivos, o teor de Al deve estar entre 0,015 e 0,035%.

[089] De preferência, o teor de alumínio varia de 0,017 a 0,030% em peso, preferivelmente de 0,020 a 0,028% em peso com base no peso total da composição química do aço. COBRE: máximo 0,25%

[090] O cobre é um elemento para o endurecimento da solução, mas esse elemento é conhecido ao ser geralmente prejudicial à tenacidade e soldabilidade. A presença do cobre terá a tendência de impedir a tenacidade do aço. Por esse motivo, a quantidade de Cu deve ser limitada no máximo a 0,25.

[091] De preferência, o teor de cobre varia de 0,1 a 0,25% em peso, preferivelmente de 0,1 a 0,2% em peso com base no peso total da composição química do aço. CROMO: 1,30 a 1,45%

[092] A presença de Cromo no aço de acordo com a invenção cria precipitados de cromo que aumentam especialmente a resistência ao escoamento. Por esse motivo, um teor mínimo de Cr de 1,30% é necessário para aumentar significativamente a resistência ao escoamento. Acima de 1,45% 20, a densidade da precipitação afeta negativamente a tenacidade do aço de acordo com a invenção.

[093] De preferência, o teor de cromo varia de 1,30 a 1,40% em peso, preferivelmente de 1,35 a 1,40% em peso com base no peso total da composição química do aço. NÍQUEL: 0,15% a 0,25%

[094] O níquel é um elemento muito importante para o endurecimento da solução no aço da invenção. O Ni aumenta a resistência de escoamento e a resistência à tração. Em combinação com a presença de Cu, melhora as propriedades de tenacidade. Por esse motivo, seu teor mínimo é de 0,15%. Acima de 0,25%, a qualidade da superfície do aço de acordo com a invenção é impactada negativamente pelos processos de laminação a quente.

[095] De preferência, o teor de níquel varia de 0,15 a 0,20% em peso, com base no peso total da composição química do aço. MOLIBDÊNIO: 0,65% a 0,75%

[096] O molibdênio aumenta tanto a resistência ao escoamento como a resistência à tração e suporta a homogeneidade das propriedades mecânicas, a microestrutura e a tenacidade do material de base através do comprimento e espessura do tubo. Abaixo de 0,65%, os efeitos descritos acima não são eficazes o suficiente. Acima de 0,75%, o comportamento do aço em termos de tenacidade é impactado negativamente.

[097] De preferência, o teor de molibdênio varia de 0,65 a 0,70% em peso, com base no peso total da composição química do aço. NIÓBIO: 0,020% a 0,030%

[098] A presença de nióbio leva a precipitados de carboneto e/ou nitreto, levando a uma microestrutura de tamanho de grão fino por efeitos de fixação dos limites de grão e resistência à tração aprimorada. Para todos estes efeitos, é necessário um mínimo de 0,020% de Nb no aço da presente invenção. Acima de 0,030%, um controle rigoroso do teor de nitrogênio é necessário para evitar um efeito quebradiço do NbC. Além disso, acima de 0,030%, espera-se uma diminuição do comportamento de tenacidade do aço de acordo com a invenção.

[099] De preferência, o teor de nióbio varia de 0,20 a 0,25% em peso, com base no peso total da composição química do aço. BORO: 0,001% a 0,0025%

[0100] A presença do boro aumenta a capacidade de endurecimento no tubo sem costura.

[0101] Abaixo de 0,0025% ele suporta a homogeneidade das propriedades mecânicas, a microestrutura e a tenacidade do material de base através do comprimento e espessura do tubo. Abaixo de 0,001%, o efeito positivo desaparece.

[0102] De preferência, o teor de boro está compreendido entre 0,001 e 0,0025%, mais preferencialmente entre 0,001 e 0,0018% em peso com base no peso total da composição química do aço. VANÁDIO: ≤ 0,05%

[0103] Acima de 0,05%, os precipitados de vanádio aumentam o risco de dispersão nos valores de tenacidade a baixas temperaturas e/ou mudança das temperaturas de transição para temperaturas mais altas. Consequentemente, as propriedades de tenacidade são negativamente impactadas pelo teor de vanádio acima de 0,05%. De preferência, o teor de vanádio é estritamente abaixo de 0,02% em peso. TITÂNIO: 0,024% a 0,038%

[0104] A presença de Ti leva a precipitados de carboneto e/ou nitreto. TiN são criados preferencialmente para BN. Portanto, B está principalmente na forma atômica, aumentando assim o desempenho da capacidade de endurecimento. Acima de 0,038%, TiN e TiC reduzem o comportamento da tenacidade. Abaixo de 0,024%, o efeito descrito acima não é eficaz o suficiente.

[0105] De preferência, o teor de titânio varia de 0,028 a 0,038% em peso, com base no peso total da composição química do aço. NITROGÊNIO: ≤ 0,012%

[0106] Acima de 0,012% precipitações de nitreto de tamanho grande são esperadas e estes precipitados vão afetar negativamente o comportamento de tenacidade, ao alterar a temperatura de transição na faixa superior.

[0107] De preferência, o teor de nitrogênio varia de 0,001 a 0,038% em peso, com base no peso total da composição química do aço.

ELEMENTOS RESIDUAIS

[0108] O saldo é feito de Fe e impurezas inevitáveis resultantes dos processos de produção e fundição de aço. O teor dos principais elementos de impureza é limitado como conforme definido abaixo para fósforo, enxofre e hidrogênio: P ≤≤0,015%, preferencialmente P ≤0,012%, mais preferencialmente P ≤0,010%, S ≤0,003%, de preferência S ≤0,002% H≤ 0,003%

[0109] Outros elementos como Ca e REM (minerais de terras raras) também podem estar presentes como impurezas inevitáveis.

[0110] A soma do teor inevitável de elementos de impureza é inferior a 0,1%.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA

[0111] De acordo com uma concretização preferida, a composição química consiste em:

[0112] C: de 0,27 a 0,30% em peso;

[0113] Sr: de 0,20 a 0,35% em peso;

[0114] Mn: de 0,80 a 0,90% em peso;

[0115] Cr: de 1,30 a 1,45% em peso;

[0116] Mo: de 0,65 a 0,75% em peso;

[0117] Ni: de 0,15 a 0,25% em peso;

[0118] Cu: de 0,10 a 0,25% em peso;

[0119] Al: de 0,015 a 0,035% em peso;

[0120] Ti: de 0,024 a 0,038% em peso;

[0121] N: de 0,001 a 0,012% em peso;

[0122] V: de 0,001 a 0,050% em peso;

[0123] B: de 0,001 a 0,0025% em peso;

[0124] Nb: de 0,02 a 0,03% em peso, em que o saldo do referido aço é ferro e impurezas inevitáveis do processamento industrial.

[0125] De acordo com esta concretização, as impurezas inevitáveis são escolhidas entre:

P ≤0,015% em peso, preferencialmente P ≤0,012% em peso, mais preferencialmente P ≤0,010% em peso, S ≤0,003% em peso, de preferência S ≤0,002% em peso no peso total da composição química.

[0126] Em uma concretização mais preferida, a composição química consiste em:

[0127] C: de 0,27 a 0,30% em peso;

[0128] Si: de 0,22 a 0,30% em peso;

[0129] Mn: de 0,80 a 0,85% em peso;

[0130] Cr: de 1,30 a 1,40% em peso;

[0131] Mo: de 0,65 a 0,70% em peso;

[0132] Ni: de 0,15 a 0,20% em peso;

[0133] Cu: de 0,10 a 0,20% em peso,

[0134] Al: de 0,017 a 0,030% em peso,

[0135] Ti: de 0,028 a 0,038% em peso,

[0136] N: de 0,001 a 0,010% em peso;

[0137] V: de 0,001 a 0,020% em peso

[0138] B: de 0,0010 e 0,0018%,

[0139] Nb: de 0,020 a 0,025% em peso, em que o saldo do referido aço é ferro e impurezas inevitáveis do processamento industrial.

[0140] De acordo com esta concretização, as impurezas inevitáveis são escolhidas entre os elementos acima mencionados. Método de Produção

[0141] Conforme mencionado anteriormente, o método da presente invenção compreende pelo menos as seguintes etapas sucessivas: (i) fornecer um aço com a composição química revelada anteriormente; (ii) uma etapa em que o aço é formado a quente a uma temperatura variando de 1100°C a 1300°C através de um processo de formação a quente para obter um tubo; em seguida (iii) uma etapa em que o tubo é aquecido a uma temperatura de austenitização (AT) acima ou igual a 890°C e mantido na temperatura de austenitização (AT) durante um tempo compreendido entre 5 e 30 minutos; seguido por (iv) uma etapa em que: - o tubo é resfriado a uma temperatura no máximo de 100°C, a fim de obter um tubo temperado; e - o referido tubo temperado é então aquecido e mantido a uma temperatura de revenimento (TT) variando de 580°C a 720°C e mantido à temperatura de revenimento (TT) durante um tempo de revenimento, e depois resfriado a uma temperatura de no máximo 20°C, a fim de obter um tubo temperado e recozido; (v) uma etapa em que uma medida da relação entre a resistência ao escoamento e a resistência à tração de ruptura é inferior a 0,93.

[0142] De acordo com esse método, um tubo sem costura é produzido.

[0143] O método da presente invenção tem a vantagem de gerar microestruturas capazes de atingir relações entre escoamento e resistência à tração de ruptura inferiores a 0,93.

[0144] De fato, se o aço possuir uma relação entre resistência ao escoamento e resistência à tração de ruptura acima de 0,93, então a estabilidade das propriedades mecânicas e a tenacidade a baixas temperaturas serão prejudicadas.

[0145] De preferência, o método de acordo com a invenção compreende as seguintes etapas sucessivas listadas abaixo.

[0146] Um aço com a composição química divulgada anteriormente é obtido de acordo com métodos de fundição conhecidos na técnica.

[0147] Em seguida, o aço é aquecido a uma temperatura entre 1100°C e 1300°C, de modo que em todos os pontos a temperatura alcançada é favorável às altas taxas de deformação que o aço sofrerá durante a conformação a quente. Essa faixa de temperatura é necessária para estar na faixa austenítica. De preferênci,a a temperatura máxima é inferior a 1300°C.

[0148] O lingote ou tarugo é então formado a quente em pelo menos uma etapa com os processos comuns de formação a quente usados em todo o mundo, por exemplo, forjamento, processo de perfuração, mandril contínuo, processo de acabamento de qualidade premium em um tubo com as dimensões desejadas.

[0149] A taxa mínima de deformação deve ser pelo menos 2,8.

[0150] O tubo é então austenitizado, isto é, aquecido até uma temperatura (AT) no ponto que a microestrutura é austenítica. A temperatura de austenitização (AT) está acima de Ac3, preferencialmente acima de 890°C, mais preferencialmente a 910°C.

[0151] O tubo feito de aço de acordo com a invenção é então mantido à temperatura de austenitização (AT) por um tempo de austenitização (At) de pelo menos 5 minutos, o objetivo é que em todos os pontos do tubo, a temperatura atingida seja pelo menos igual à temperatura de austenitização, para garantir que a temperatura seja homogênea em todo o tubo. O tempo de austenitização (At) não deve ser superior a 30 minutos, porque acima dessa duração os grãos de austenita crescem indesejadamente grandes e levam a uma estrutura final mais grossa. Isso seria prejudicial à tenacidade.

[0152] De preferência, o tempo de austenitização (At) varia de 5 a 15 minutos.

[0153] Em seguida, o tubo feito de aço de acordo com a invenção é resfriado a uma temperatura de no máximo 100°C, preferencialmente usando a têmpera da água. Em outras palavras, o tubo é arrefecido a uma temperatura não superior a 100°C, preferencialmente a uma temperatura de 20°C.

[0154] Em seguida, o tubo temperado de aço de acordo com a invenção é de preferência recozido, isto é, aquecido e mantido a uma temperatura de revenimento (TT) compreendida entre 580°C e 720°C, especialmente entre 600°C e 680°C.

[0155] Esse revenimento é realizado durante um tempo de revenimento (Tt) que pode estar compreendido entre 10 e 60 minutos, especialmente durante 15 minutos.

[0156] Finalmente, o tubo de acordo com a invenção é resfriado a uma temperatura de no máximo 20°C, preferencialmente 20°C, usando resfriamento a ar para obter um tubo temperado e recozido.

[0157] Deste modo, um tubo temperado e recozido feito de aço é obtido, que contém na área pelo menos 95% de martensita relacionada a toda a microestrutura, preferencialmente 99%. A soma de ferrita, bainita e martensita é de 100%.

[0158] Em particular, o método da presente invenção compreende, de preferência, pelo menos as seguintes etapas sucessivas: (i) fornecer um aço com a composição química divulgada anteriormente, (ii) uma etapa em que o aço é formado a quente a uma temperatura variando de 1100°C a 1300°C através de um processo de formação a quente para obter um tubo, em seguida (iii) uma etapa em que o tubo é aquecido a uma temperatura de austenitização (AT) acima ou igual a 890°C e mantido na temperatura de austenitização (AT) durante um tempo compreendido entre 5 e 30 minutos; seguido por (iv) uma etapa em que: - o tubo é resfriado a uma temperatura de 100°C ou menos para obter um tubo temperado e então

- o referido tubo temperado é aquecido e mantido a uma temperatura de revenimento (TT) variando de 580°C a 720°C e mantido à temperatura de revenimento (TT) durante um tempo de revenimento, e depois resfriado a uma temperatura de no máximo 20°C, a fim de obter um tubo temperado e recozido; (v) uma etapa em que uma medida da relação entre a resistência ao escoamento e a resistência à tração de ruptura é inferior a 0,93.

[0159] De acordo com a etapa (v) do método da presente invenção, a medição da razão de resistência ao escoamento para resistência à tração de ruptura é realizada a fim de verificar se o resultado é inferior a 0,93. Recursos microestruturais Martensita

[0160] O teor de martensita no aço de acordo com a invenção depende da velocidade de resfriamento durante a operação de têmpera, em combinação com a composição química. O teor de martensita é de pelo menos 95%, preferencialmente 99%. O saldo de 100% é ferrita e bainita. Ferrita

[0161] Em uma concretização preferida, o tubo de aço temperado e recozido de acordo com a invenção, após arrefecimento final, apresenta uma microestrutura com menos de 1% de ferrita na fração volumétrica. Idealmente, não há ferrita no aço, uma vez que impactaria negativamente a resistência ao escoamento (Ys) e a resistência à tração de ruptura (UTs) de acordo com a invenção.

[0162] Além disso, a presença de ferrita também pode impedir a homogeneidade das propriedades mecânicas, especialmente a dureza, através da espessura da parede.

Bainita

[0163] O teor de bainita no aço de acordo com a invenção depende da velocidade de resfriamento durante a operação de têmpera, em combinação com a composição química. Seu teor é limitado a um máximo de 1%. O saldo de 100% é ferrita e martensita. Componente Mecânico

[0164] Como mencionado anteriormente, a invenção refere-se a um tubo sem costura compreendendo o aço definido anteriormente.

[0165] De preferência, o tubo sem costura é feito do referido aço.

[0166] Em uma concretização preferida, a presente invenção é dirigida a um tubo sem costura de aço que compreende o aço como definido anteriormente, de preferência feito do referido aço.

[0167] De acordo com uma concretização preferida, o tubo sem costura de aço tem uma espessura de parede acima de 12,5 mm, preferencialmente acima de 20 mm e mais preferencialmente variando entre 38 mm (menor que 1,5 polegada) e 78 mm (maior que 3 polegadas).

[0168] De preferência, o tubo sem costura de aço tem um diâmetro externo que varia de 80 mm a 660 mm.

[0169] Como mencionado anteriormente, a invenção também se refere a um acessório de óleo e gás e/ou um componente mecânico compreendendo o aço definido anteriormente. Uso do aço

[0170] A presente invenção também é direcionada ao uso do aço divulgado anteriormente para produzir um tubo sem costura.

[0171] Em particular, a invenção refere-se ao uso do referido aço para melhorar a capacidade de endurecimento de um tubo sem costura.

[0172] De acordo com a presente invenção, a capacidade de endurecimento de um produto é definida como a capacidade do produto para endurecer quando esfriado bruscamente e está relacionada à profundidade e distribuição da dureza através de uma seção transversal.

[0173] De acordo com a presente invenção, a capacidade de endurecimento é medida com o teste de têmpera final Jominy.

[0174] A presente invenção também se refere ao uso do aço divulgado anteriormente na fabricação de um acessório de óleo e gás e/ou um componente mecânico.

[0175] Especialmente, a invenção refere-se ao uso do aço divulgado anteriormente na fabricação de um acessório de óleo e gás e/ou um componente mecânico.

[0176] Os exemplos abaixo são dados como ilustrações da presente invenção.

EXEMPLOS I. Aço-A (de acordo com a invenção)

[0177] O processo a montante, isto é, da fusão à formação a quente, é realizado com o método de fabricação comumente conhecido para tubos de aço sem costura.

[0178] Por exemplo, é desejável que o aço fundido da composição constituinte abaixo seja derretido por práticas de fusão comumente usadas. Os métodos comuns envolvidos são o processo de fundição contínua ou lingotamento.

[0179] A Tabela 1 ilustra a composição química de um aço de acordo com a presente invenção (as quantidades indicadas são calculadas em porcentagem em peso, o saldo da referida composição é feito com ferro). Tabela 1: Composição química do Aço – A Aç o C Si Mn P S Cr Mo Ni 0, 2 9 0, 2 6 0, 8 1 0, 0 07 0, 0 01 1, 3 8 0, 6 6 0, 1 7 A Cu Al Ti Nb V B N 0, 1 4 0, 0 25 0, 0 33 0, 0 24 0, 0 07 0, 0 01 4 0, 0 08

[0180] Em seguida, estes materiais são aquecidos a uma temperatura entre 1100°C e 1300°C e depois transformados em tubos, por exemplo, trabalhando a quente forjando, o processo de usinagem de plugue ou pilger, que são métodos de fabricação comumente conhecidos, da composição constituinte acima, nas dimensões desejadas.

[0181] A composição descrita na Tabela 1 passa por um processo de produção que pode ser resumido na tabela 2 abaixo com os recursos da etapa divulgados abaixo: - o tubo é aquecido até uma temperatura de austenitização (AT) de 910°C e mantido a essa temperatura por 10 minutos (At: tempo de austenitização); a seguir - o tubo é resfriado com água a uma temperatura de 100°C ou menor para obter um tubo temperado e então o referido tubo temperado é aquecido e mantido a uma temperatura de revenimento (TT) por 15 minutos, e depois resfriado a uma temperatura de 20°C ou inferior, a fim de obter um tubo temperado e recozido; - a relação resistência ao escoamento (Ys) e resistência à tração de ruptura (UTs) é controlada após a etapa de revenimento.

[0182] O método acima mencionado foi executado para obter dois tubos sem costura (A-1.1 e A-1.2), cada um com uma espessura de parede de 38,1 mm (correspondente a 1,5 polegada) e dois tubos sem costura (A-2.1 e A-2.2), cada um com uma espessura de parede de 76,2 mm (correspondente a 3 polegadas).

[0183] Os parâmetros do método acima estão resumidos na Tabela 2 abaixo:

Tabela 2: condições do processo de exemplos após laminação a quente Aç o T ubo n º Es pes s ur a AT At TT Tt da par e de (°C) (m in) (°C) (m in) (m m ) A- 1. 1 91 0 10 ' 65 0 15 38 , 1 A A - 1 .2 ( 2) 91 0 10 ' 65 0 15 38 , 1 A - 2. 1 ( 1) 91 0 10 ' 62 0 15 76 , 2 A - 2. 2 ( 2) 91 0 10 ' 62 0 15 76 , 2

[0184] Os parâmetros do processo divulgados na Tabela 2 são consistentes com a presente invenção.

[0185] Isso levou a tubos de aço temperado e recozido que, após o resfriamento final da temperatura de revenimento, apresentam uma microestrutura que compreende pelo menos 99% de martensita baseada na microestrutura.

[0186] Além disso, os tubos de aço temperado e recozido obtidos têm um diâmetro externo de 304,8 mm.

1. Propriedades mecânicas

1.1 Durezas no tubo sem costura temperado

[0187] A dureza baseada na escala Rockwell (HRC) é medida nos quatro quadrantes (Q1, Q2, Q3 e Q4) do tubo sem costura de aço temperado e recozido (amostra A 1.1; espessura da parede correspondente a 38,1 mm) obtido a partir da composição divulgada na Tabela 1 (composição de aço A). Cada quadrante representa uma orientação angular de 90°.

[0188] Para cada quadrante, a dureza foi medida três vezes no exterior, no interior e no meio da parede do tubo sem costura de aço.

[0189] Os resultados estão resumidos na Tabela 3:

Tabela 3: Dureza (HRC na escala Rockwell) Quadrante Externo Meio da parede Interno Q1 49,5 49,3 48,5 51,3 52,0 51,5 50,3 48,8 49,6 Q2 48,7 48,6 48,8 52,3 51,8 50,5 49,8 48,8 49,3 Q3 48,7 49,3 48,7 51,6 50,8 51,3 49,6 49,3 50,2 Q4 49,3 48,5 48,1 51,0 51,1 52,0 49,8 49,3 49,8

[0190] A Figura 1 ilustra os valores de dureza resumidos na Tabela 3 para cada quadrante em função do local em que a medição da dureza foi determinada na parede do tubo, isto é, externo, interno e meio da parede.

[0191] Esses resultados mostram que a dureza é homogênea em todo o tubo sem costura.

1.2 Determinações das resistências ao escoamento (Ys) e à tração (UTs)

1.2.1 Espessura de parede: 38,1 mm (1,5 polegada)

[0192] Um conjunto de duas amostras foi coletado, uma de cada extremidade do tubo sem costura A-1.1 (espessura da parede: 38,1 mm) e o tubo sem costura A-1.2 (espessura da parede: 38,1 mm).

[0193] Em cada amostra, a resistência ao escoamento (Ys em MPa), a resistência à tração de ruptura (UTs em MPa), o alongamento na ruptura (A%) e a área de redução (min%) foram avaliados em dois quadrantes: 0° e 180° na direção longitudinal.

[0194] Os resultados sobre as propriedades mecânicas estão resumidos na Tabela 4:

Tabela 4: Propriedades mecânicas (Ys, UTs, A (%) e área de redução) Ys UTs Relação A Área de redução Amostra (MPa) (MPa) Ys/UTs % min % A-1.1.a Q(0°) 911 1021 0,89 19,6 63,0 Q (180°) 907 1016 0,89 20,4 64,2 A-1.1.b Q (0°) 899 1002 0,90 21,7 64,1 Q (180°) 908 1018 0,89 20,2 63,8 A-1.2.a Q (0°) 912 1019 0,89 20,8 63,1 Q (180°) 908 1023 0,89 19,2 63,4 A-1.2.b Q (0°) 918 1026 0,89 19,4 63,3 Q(180°) 900 1009 0,89 20,7 63,7

[0195] As amostras inteiras exibem uma relação entre a resistência ao escoamento e a resistência à tração de ruptura inferior a 0,93.

[0196] A partir desses resultados, percebe-se que cada amostra possui alta resistência ao escoamento e à tração, um alto alongamento na ruptura e uma área de redução de pelo menos 60% antes da ruptura.

[0197] Portanto, significa que as amostras feitas do aço da presente invenção podem suportar uma alta deformação por esforço.

1.2.2 Espessura de parede: 76,2 mm (3 polegadas)

[0198] Um conjunto de duas amostras foi coletado, uma de cada extremidade do tubo sem costura A -2.1 (espessura da parede: 76,2 mm) e o tubo sem costura A-2.2 (espessura da parede: 76,2 mm).

[0199] Em cada amostra, a resistência ao escoamento (Ys em MPa), a resistência à tração de ruptura (UTs em MPa), o alongamento na ruptura (A%) e a área de redução (min%) foram avaliados em dois quadrantes: 0° e 180° na direção longitudinal.

[0200] Os resultados sobre as propriedades mecânicas estão resumidos na Tabela 5:

Tabela 5: Propriedades mecânicas (Ys, UTs, A (%) e área de redução) Ys UTs Relação A Área de Amostra ( MPa) ( MPa) Ys/UTs % redução min % A-2.1.a Q(0°) 937 1031 0,91 16,8 58,4 Q (180°) 922 1018 0,91 19,4 60,4 A-2.1.b Q (0°) 917 1021 0,90 19,7 57,4 Q (180°) 930 1022 0,91 20,0 56,4 A-2.2.a Q (0°) 893 1002 0,89 19,1 56,8 Q (180°) 898 996 0,90 21,4 61,5 A-2.2.b Q (0°) 909 1007 0,90 19,7 62,4 Q(180°) 919 1017 0,90 18,2 59,1

[0201] As amostras inteiras exibem uma relação entre a resistência ao escoamento e a resistência à tração de ruptura inferior a 0,93.

[0202] A partir desses resultados, percebe-se que cada amostra possui alta resistência ao escoamento e à tração, um alto alongamento na ruptura e uma área de redução de aproximadamente 60% antes da ruptura.

[0203] Portanto, significa que as amostras feitas do aço da presente invenção podem sustentar uma alta deformação por esforço.

2. Resultados da energia de impacto (espessura da parede: 38,1 mm)

[0204] A tenacidade a baixas temperaturas foi avaliada para cada amostra anterior com uma espessura de parede de 38,1 mm.

2.2 Direção Transversal

[0205] Para cada amostra, os valores de energia de impacto em Joules (Kcv) foram determinados na direção transversal, de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra em tamanho real (10x10 mm) a -20°C.

[0206] Para cada amostra, esses parâmetros foram determinados três vezes. A média (Ave) é determinada para os valores de energia de impacto. Os resultados estão resumidos na Tabela 6: Tabela 6: Tenacidade a baixas temperaturas (transversal) Temp. Kcv1 Kcv2 Kcv3 Amostras Orientação Ave (°C) (J) (J) (J) A-1.1.a 134 131 133 134 A-1.1.b Transv. -20°C 139 136 129 135 A-1.2.a 136 136 135 136 A -1.2.b 139 139 139 139

2.3 Valores de transição Charpy em função das temperaturas

[0207] Uma amostra foi retirada do tubo sem costura A-1.1 (espessura da parede: 38,1 mm), a fim de ser padronizada em dimensão e forma para os testes Charpy.

[0208] Os valores de energia de impacto em Joules (Kcv) em função de temperaturas variando de 0°C a -60°C também foram avaliados para esta amostra na direção transversal. Este parâmetro foi determinado três vezes a cada temperatura. Os resultados estão resumidos na Tabela 7: Tabela 7: Valores de transição Charpy Kcv1 Kcv2 Kcv3 Ave Amostra Orientação Temp (ºC). (J) (J) (J) (J) 0 148 143 146 146 A-1.2.c Transv. -20 135 142 146 141 -40 121 112 128 120 -60 88 94 91 91

[0209] A Figura 2 ilustra as curvas de transição Charpy (Joules) em função das temperaturas na direção transversal com base nos valores divulgados na Tabela 7 e representativas de um tubo sem costura de aço de acordo com a presente invenção com uma espessura de parede de 38,1 mm (1,5 polegada).

[0210] Os resultados divulgados nas Tabelas 7 mostram claramente que o aço tem um comportamento dúctil a temperaturas abaixo de zero. Especialmente, a amostra exibe altos valores de energia de impacto acima de 90 Joules a -60° C e um comportamento estável.

3. Resultados da energia de impacto (espessura da parede: 76,2 mm).

[0211] A tenacidade a baixas temperaturas foi avaliada para as amostras A-2.1.a, A-2.1.b e A-2.2.a divulgadas anteriormente. Para os fins desta avaliação, uma amostra adicional também foi retirada do tubo sem costura A-2 (amostra A-2.2.c).

[0212] As medições foram realizadas em direções transversais.

[0213] Para cada amostra prévia, os valores de energia de impacto em Joules (Kcv) foram determinados na direção transversal, de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra em tamanho real (10x10 mm) realizados a -20°C.

[0214] Para cada amostra, este parâmetro foi determinado três vezes. A média (Ave) é determinada para os valores de energia de impacto. Os resultados estão resumidos na Tabela 8: Tabela 8: Tenacidade a baixas temperaturas (transversal) Temp. Kcv1 Kcv2 Kcv3 Amostras Orientação Ave (°C) (J) (J) (J) A - 2.1.a 106 104 103 104 A - 2.1.b Transv. -20°C 121 125 124 123 A-2.2.a 119 105 121 115 A-2.2.c 117 124 125 122

[0215] A partir desses resultados, pode-se ver que altos valores da energia de impacto a -20°C (acima de 100 Joules) são obtidos, o que significa que cada amostra tem um comportamento tenaz em temperaturas abaixo de zero.

3.3 Valores de transição Charpy em função das temperaturas

[0216] Os valores de energia de impacto em Joules (Kcv) em função de temperaturas variando de 0°C a -60°C também foram avaliados para a amostra A-2.2.c na direção transversal. Este parâmetro foi determinado três vezes a cada temperatura. Os resultados estão resumidos na Tabela 9: Tabela 9: Valores de transição Charpy Temp. Kcv1 Kcv2 Kcv3 Ave Amostra Orientação (°C) (J) (J) (J) (J) 0 127 133 138 133 A-2.2.c Transv. -20 117 124 125 122 -40 107 106 111 108 -60 75 91 83 83

[0217] A Figura 3 ilustra as curvas de transição Charpy (Joules) em função das temperaturas na direção transversal com base nos valores divulgados na Tabela 9 e representativas de um tubo sem costura de aço de acordo com a presente invenção com uma espessura de parede de 76,2 mm (3 polegadas).

[0218] A partir desses resultados, pode-se ver que altos valores da energia de impacto a -60°C (pelo menos em torno de 80 Joules em média) são obtidos, o que significa que cada amostra tem um comportamento tenaz em temperaturas abaixo de zero.

[0219] Além disso, o aço da presente invenção exibe excelente comportamento de tenacidade a temperaturas de trabalho abaixo de zero, por exemplo, um valor de tenacidade na direção longitudinal de pelo menos 130 Joules a -40°C e pelo menos em torno de 100 Joules a -60°C e um valor de tenacidade na direção transversal de pelo menos 100 Joules a -40°C e de aproximadamente 80 Joules a -60°C de acordo com os testes de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra de tamanho real (10 x 10 mm) para um aço de classe 150ksi.

[0220] Como consequência, as amostras de acordo com a presente invenção têm um comportamento de tenacidade e ductilidade a temperaturas abaixo de zero, independentemente da espessura da parede corresponder a 38,1 mm ou 76,2 mm.

[0221] 5. Resultados da energia de impacto (espessura da parede: 50,8 mm).

[0222] O método mencionado anteriormente foi realizado para obter um tubo sem costura (A-3) com uma espessura de parede de 50,8 mm (correspondente a 2 polegadas) da composição química divulgada na Tabela 1 (aço-A de acordo com a presente invenção).

[0223] Os parâmetros do método acima estão resumidos na Tabela 10 abaixo: Tabela 10: Parâmetros de processo do método Aço Tubo At At TT Tt Espessura da Parede nº (°C) (min) (°C) (min) (mm) A A-3 910 10' 650 15 50,8

[0224] Os valores de energia de impacto em Joules (Kcv) em função de temperaturas variando de 0°C a -60°C têm sido avaliados para esta amostra.

[0225] A Figura 4 ilustra as curvas de transição Charpy (Joules) na direção transversal para esta amostra.

[0226] A partir desses resultados, pode-se ver que altos valores de energia de impacto a -60°C (pelo menos aproximadamente 90 Joules) são obtidos, o que ilustra o comportamento da resistência da amostra testada em temperaturas abaixo de zero. II. Aço-B (aço comparativo)

[0227] A Tabela 11 ilustra a composição química de um aço comparativo (as quantidades indicadas são calculadas em porcentagem em peso, o saldo da referida composição é feito com ferro). Tabela 11: Composição química do Aço-B Aço C Si Mn P S Cr Mo Ni 0,29 0,19 0,33 0,011 0,0014 0,95 0,8 0,04

B Cu Al Ti Nb V B N 0,02 0,046 0,017 - 0,003 0,0012 0,0046

[0228] O processo a montante e o processo de produção implementado para o Aço-B são idênticos aos descritos para o Aço-A.

[0229] O método implementado foi realizado para obter um tubo sem costura (B-1) com uma espessura de parede de 76,2 mm (correspondente a 3 polegadas).

[0230] Os parâmetros do método acima estão resumidos na Tabela 12 abaixo: Tabela 12: condições do processo de exemplos após laminação a quente Tubo At At TT Tt Espessura da Parede Aço nº (°C) (min) (°C) (min) (mm) B B-1 910 10' 650 15 76,2

1. Propriedades mecânicas

1.1 Resistências ao escoamento e tração de ruptura

[0231] Um conjunto de três amostras foi retirado do tubo sem costura B-1.

[0232] Em cada amostra, a resistência de escoamento (Ys em

MPa), a resistência à tração de ruptura (UTs em MPa) e o alongamento na ruptura (A%) foram avaliados na direção longitudinal.

[0233] Em particular, a avaliação dessas propriedades foi feita na parede externa das amostras B-1.2 e B-1.3 e na parede interna da amostra B-1.5.

[0234] Os resultados sobre as propriedades mecânicas estão resumidos na Tabela 13: Tabela 13: Propriedades mecânicas (Ys, UTs e A (%)) Ys UTs A Amostra (MPa) (MPa) (%) B -1.2 970 1046 18,7 B - 1.3 987 1062 17,8 B-1.5 972 1049 16,3

2. Resultados de Energia de Impacto

[0235] Um conjunto de três amostras foi retirado do tubo sem costura B-1 de acordo com o teste de impacto Charpy ASTM E23 - Tipo A em uma amostra em tamanho real (10x10 mm).

[0236] A tenacidade de cada amostra foi avaliada determinando os valores da energia de impacto na direção transversal a 0° C. Para cada amostra, os valores de energia de impacto foram determinados três vezes. Os resultados são dados abaixo: Tabela 14: Valores de energia de impacto a 0° C Orientação Kcv1 Kcv2 Kcv3 (J) (J) (J) B - 1.6 Transv. 138 132 134 B - 1.7 134 135 138

[0237] Para a amostra B-1.8, as medições foram determinadas na parede externa, interna e meio da parede da amostra. Tabela 15: Valores de energia de impacto a 0ºC

B -1.8 Kcv1 (J) Kcv2 (J) Kcv3 (J) Parede externa 131 130 138 Meio da parede 121 126 112 Parede interna 137 146 152

3. Valores de transição Charpy em função das temperaturas

[0238] Os valores de energia de impacto em Joules (Kcv) em função de temperaturas variando de 20°C a -40°C foram avaliados para a amostra B-1.6 na direção transversal. Este parâmetro foi determinado três vezes a cada temperatura. Os resultados estão resumidos na Tabela 16: Tabela 16: Valores de transição Charpy Temp. Kcv1 Kcv2 Kcv3 Ave Amostra Orientação (°C) (J) (J) (J) (J) 20 114 123 119 119 B - 1.6 Transv. 0 138 132 134 135 -20 110 107 91 103 -40 79 64 82 75

[0239] A Figura 5 ilustra as curvas de transição Charpy (Joules) na direção transversal para esta amostra.

[0240] De acordo com esses resultados, pode-se ver que os valores de energia de impacto são maiores que 110 Joules a 20°C, mas depois caem significativamente em temperaturas abaixo de zero, especialmente a -40°C. De fato, a energia de impacto é de cerca de 75 Joules a -40°C.

[0241] Portanto, a tenacidade da amostra testada diminui significativamente em temperaturas muito baixas.

IV. Aço D de acordo com a invenção

[0242] A Tabela 17 ilustra a composição química de um aço de acordo com a presente invenção (as quantidades indicadas são calculadas em porcentagem em peso, o saldo da referida composição é feito com ferro). Tabela 17: Composição química do Aço-D Aç C Si Mn P S Cr Mo Ni o 0,2 0,32 0,87 0,01 0,00 1,45 0,71 0,1 D Cu8 Al Ti Nb1 V1 B N 8 0,1 0,02 0,03 0,02 0,02 0,001 0,00 5 2 8 4 7 5

[0243] O processo a montante e o processo de produção implementado para o Aço-D são idênticos aos descritos para o Aço-A.

[0244] Em particular o método implementado foi realizado para obter um tubo sem costura (D-1) com uma espessura de parede de 38,1 mm (correspondente a 1,5 polegada).

[0245] Os parâmetros do método acima estão resumidos na Tabela 18 abaixo: Tabela 18: condições do processo de exemplos após laminação a quente Tubo At At TT Tt Espessura da Parede Aço nº (°C) (min) (°C) (min) (mm) D D-1 910 10' 650 15 38,1

[0246] O método levou a um tubo de aço temperado e recozido que, após o resfriamento final da temperatura de revenimento, apresenta uma microestrutura composta por 99% de martensita, o saldo é ferrita e bainita.

[0247] Além disso, o tubo de aço temperado e recozido obtido têm um diâmetro externo de 374,65 mm.

1. Determinação das resistências ao escoamento (Ys) e à tração (UTs)

[0248] Uma amostra foi retirada do tubo sem costura D-1. A resistência ao escoamento (Ys em MPa), a resistência à tração de ruptura (UTs em MPa) e o alongamento na ruptura (A em %) foram avaliados na direção longitudinal.

[0249] Os resultados sobre as propriedades mecânicas estão resumidos na Tabela 19: Tabela 19: Propriedades mecânicas (Ys, UTs e A(%)) Amostra Ys UTs Relação A (MPa) (MPa) Ys/UTs (%) D - 1.1 996 1134 0,88 17,6

2. Capacidade de endurecimento de acordo com os testes de Jominy

[0250] A capacidade de endurecimento (com base na escala Rockwell) de uma amostra obtida a partir da composição divulgada na Tabela 17 foi estudada de acordo com os testes de Jominy.

2.1. Procedimento

[0251] A forma e a dimensão da amostra foram padronizadas de acordo com os requisitos do teste de Jominy (ASTM A255).

[0252] O teste de Jominy foi realizado após austenização a uma temperatura de austenitização (AT) de 910°C e mantido a esta temperatura por 10 minutos (At: tempo de austenitização).

[0253] Esses testes foram realizados pela têmpera de uma extremidade da amostra com uma têmpera com água, medir a dureza da amostra a 1,5 mm (aproximadamente um décimo sexto de polegada) incrementa da extremidade temperada e, em seguida, prepara um gráfico das medições de dureza versus distância da extremidade temperada.

[0254] Uma queda rápida na dureza com o aumento da distância da extremidade temperada é indicativa de baixa capacidade de endurecimento (dureza). Portanto, quanto mais próxima a curva de

Jominy estiver de uma linha horizontal, maior será a capacidade de endurecimento (dureza).

[0255] Geralmente, a distância da extremidade temperada com água na qual a dureza se torna menor que a Rockwell 50 HRC é aqui referida como a profundidade de Jominy.

2.2 Resultados

[0256] A Figura 6 ilustra a curva de Jominy (dureza baseada na escala Rockwell), em que são plotadas medições de dureza versus distância da extremidade temperada com água.

[0257] Os resultados nesta figura mostram que a curva de Jominy permanece plana, aproximadamente em torno de 50 HRC, até uma distância de 40 mm da extremidade temperada da amostra.

[0258] Estes resultados demonstram que a dureza permanece estável por todo o comprimento da amostra testada, que apresenta uma alta capacidade de endurecimento.

[0259] Estima-se que tal capacidade de resfriamento possa permitir obter uma estrutura inteiramente martensítica (99,9%) para um tubo de 40 mm de espessura de parede temperada com água.

[0260] Em outras palavras, a produção de uma estrutura puramente martensítica para a amostra feita com o aço da presente invenção foi ainda corroborada pela sua curva de Jominy de capacidade de endurecimento.

3. Comparação da capacidade de endurecimento com aços comparativos

3.1. Composição do aço

[0261] A Tabela 20 ilustra a composição química de um aço comparativo (as quantidades indicadas são calculadas em porcentagem em peso, o saldo da referida composição é feito com ferro). Tabela 20: Composição química do Aço-F

Aço C Si Mn P S Cr Mo Ni 0,29 0,19 0,33 0,011 0,0014 0,95 0,8 0,04 F Cu Al Ti Nb V B N 0,02 0,046 0,017 - 0,003 0,0012 0,0046

3.2. Procedimento

[0262] A amostra emitida a partir das composições de aço F foi padronizada de acordo com os requisitos do teste de Jominy.

[0263] O teste de Jominy foi realizado após austenização a uma temperatura de austenitização (AT) de 910°C e mantido a esta temperatura por 10 minutos (At: tempo de austenitização).

3.3 Resultados

[0264] A Figura 7 ilustra as curvas de Jominy (dureza com base na escala Rockwell) da amostra da composição de aço F, em que as medições de dureza versus distância da extremidade temperada com água são plotadas.

[0265] Os resultados nesta Figura mostram que a curva de Jominy desta amostra não é plana e diminui significativamente com o aumento da distância da extremidade extinta.

[0266] Em particular, a curva da amostra obtida da composição de aço F tem um ponto de inflexão em torno de 15 mm antes de afundar significativamente.

[0267] Esses resultados mostram claramente que a dureza não é estável em todo o comprimento das amostras testadas.

[0268] Esses resultados também corroboram o fato de que a capacidade de têmpera realizada não é capaz de levar a uma estrutura totalmente martensítica. De fato, a estrutura desta amostra é composta por menos de 90% de martensita a uma distância de 40 mm da extremidade temperada.

[0269] Em particular, significa que essa capacidade de têmpera não permitirá obter uma estrutura totalmente martensítica (99,9%) para um tubo de 40 mm de espessura de parede temperado com água (seja medido com têmpera externa ou com têmpera externa e interna), mas sim uma estrutura com menos de 90% de martensita.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aço para tubo sem costura com a seguinte composição química que consiste em porcentagem em peso: C: de 0,27 a 0,30% em peso, Si: de 0,20 a 0,35% em peso, Mn: de 0,80 a 0,90% em peso, Cr: de 1,30 a 1,45% em peso, Mo: de 0,65 a 0,75% em peso, Ni: de 0,15 a 0,25% em peso; Cu: máximo de 0,25% em peso, Al: de 0,015 a 0,035% em peso, Ti: de 0,024 a 0,038% em peso, N: máximo de 0,012% em peso, V: máximo de 0,05% em peso, B: de 0,001 a 0,0025% em peso; Nb: de 0,02 a 0,03 % em peso, caracterizado pelo fato de que o saldo do referido aço é ferro e impurezas inevitáveis do processamento industrial e com uma resistência ao escoamento (Ys) de pelo menos 862 MPa e uma resistência à tração de ruptura (UTs), em que uma razão entre a resistência ao escoamento (Ys) e a resistência à tração de ruptura (UTs) é menor que 0,93.

2. Aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química consiste em porcentagem em peso: C: de 0,27 a 0,30% em peso, Si: de 0,22 a 0,30% em peso, Mn: de 0,80 a 0,85% em peso, Cr: de 1,30 a 1,40% em peso, Mo: de 0,65 a 0,70% em peso; Ni: de 0,15 a 0,20% em peso;

Cu: de 0,10 a 0,20% em peso, Al: de 0,017 a 0,030% em peso, Ti: de 0,028 a 0,038% em peso, N: de 0,001 a 0,010% em peso; V: de 0,001 a 0,020% em peso B: de 0,0010 e 0,0018%, Nb: de 0,020 a 0,025% em peso, em que o saldo do referido aço é ferro e impurezas inevitáveis do processamento industrial.

3. Aço, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a razão entre a resistência ao escoamento (Ys) e a resistência ao escoamento final (UTs) é menor que 0,9, preferencialmente menor que 0,88.

4. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a resistência ao escoamento (Ys) é de pelo menos 900 MPa, preferencialmente de pelo menos 930 MPa.

5. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a resistência à tensão de ruptura (UTs) é de pelo menos 950 MPa, preferencialmente de pelo menos 1035 MPa.

6. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que tem um valor de tenacidade de acordo com ASTM E23 - Tipo A em uma amostra em tamanho real (10x10 mm) na direção transversal a -40°C que é pelo menos: Resistência ao Escoamento (kSi) Energia de teste de Charpy (J) 125-135 (incluído) 100 135 (excluído) -155 80

7. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que tem um valor de tenacidade de acordo com ASTM E23 - Tipo A em uma amostra em tamanho real (10x10 mm) na direção transversal a -60°C que é pelo menos: Resistência ao Escoamento (kSi) Energia de teste de Charpy (J) 125-135 (incluído) 80 135 (excluído) -155 64

8. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição satisfaz a relação abaixo entre os teores de níquel, cromo e manganês: Σ (Ni, Cr, Mn) ≥ 2,2

9. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição satisfaz a relação abaixo entre os teores de níquel, cromo, manganês e silício: Σ (Ni, Cr, Mn, Si) ≥ 2,4

10. Aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que sua microestrutura compreende pelo menos 95% de martensita relacionada a toda a microestrutura, preferencialmente 99% de martensita.

11. Método de produção de tubo sem costura de aço, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos as seguintes etapas sucessivas: (i) fornecer um aço com a composição química como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10; (ii) formar a quente o aço a uma temperatura variando de 1100°C a 1300°C através de um processo de formação a quente para obter um tubo; em seguida (iii) aquecer o referido tubo a uma temperatura de austenitização (AT) acima ou igual a 890°C e manter o referido tubo na temperatura de austenitização (AT) durante um tempo compreendido entre 5 e 30 minutos, seguido por - arrefecer o tubo a uma temperatura no máximo de 100°C, a fim de obter um tubo temperado; e - aquecer e manter o referido tubo temperado a uma temperatura de revenimento (TT) variando de 580°C a 720°C e manter o referido tubo à temperatura de revenimento (TT) durante um tempo de revenimento, e depois resfriar o referido tubo a uma temperatura de no máximo 20°C, a fim de obter um tubo temperado e recozido, (iv) medir a tensão de escoamento em relação à resistência à tração de ruptura e controlar que a referida razão seja inferior a 0,93.

12. Tubo sem costura caracterizado pelo fato de ser feito de aço, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

13. Tubo sem costura, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o tubo sem costura de aço têm uma espessura de parede que varia de 38 a 78 milímetros.

14. Acessório de óleo e gás e/ou componente mecânico caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um tubo sem costura como definido na reivindicação 12 ou 13.

15. Uso de aço como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de ser na fabricação de um acessório de óleo e gás e/ou um componente mecânico.