BR112020020305B1 - Material de aço adequado para uso em ambiente ácido - Google Patents

Abstract

É fornecido um material de aço que tem um limite de escoamento dentro de um intervalo de 655 a 1069 Mpa (grau 95 a 140 ksi) e excelente resistência SSC. O material de aço de acordo com a presente divulgação contém uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,20 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: menos de 0,0050%, Al: 0,005 a 0,050%, Cr: 0,10 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,80%, Ti: 0,002 a 0,050%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,0070% ou menos e O: menos que 0,0050% com o balanço sendo Fe e impurezas. Um limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a 1069 MPa, e um índice de rendimento é de 85% ou mais. Uma proporção de valores KAM de 1° ou menos é 30% de área ou mais.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a um material de aço e, mais particularmente, a um material de aço adequado para uso em um ambiente ácido.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] Devido ao aprofundamento dos poços de petróleo e poços de gás (de acordo com este documento, poços de petróleo e poços de gás são coletivamente mencionados como “poços de petróleo”), há uma demanda para aumento da resistência de materiais de aço de poços de petróleo representados pelos tubos de aço de poço de petróleo. Especificamente, por exemplo, tubos de aço de poço de petróleo de grau 80 ksi (limite de escoamento é 80 a menos de 95 ksi, ou seja, 552 a menos de 655 MPa) e grau 95 ksi (limite de escoamento é 95 a menos de 110 ksi, ou seja, 655 a menos de 758 MPa) estão sendo amplamente utilizados e solicitações recentes estão começando a serem feitas para tubos de aço de poço de petróleo de grau 110 ksi (limite de escoamento é 110 a menos de 125 ksi, ou seja, 758 a menos de 862 MPa), grau 125 ksi (limite de escoamento é 125 a menos de 140 ksi, ou seja, 862 a menos de 965 MPa) e grau 140 ksi (limite de escoamento é 140 ksi a 155 ksi, ou seja, 965 a 1069 MPa).

[0003] A maioria dos poços profundos está em um ambiente ácido contendo sulfeto de hidrogênio corrosivo. Na presente descrição, o termo “ambiente ácido” significa um ambiente acidificado contendo sulfeto de hidrogênio. Observe que, em alguns casos, um ambiente ácido pode conter dióxido de carbono. Tubos de aço de poço de petróleo que são usados nesses ambientes ácidos precisam ter não apenas uma elevada resistência, mas também precisam ter resistência à trincamento por tensão de sulfetos (de acordo com este documento, mencionada como “resistência SSC”).

[0004] A tecnologia para melhorar a resistência SSC de materiais de aço de poço de petróleo como tipificado por tubos de aço de poço de petróleo é divulgada na Publicação de Pedido de Patente Japonesa n°. 62-253720 (Literatura Patentária 1), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n°. 59-232220 (Literatura Patentária 2), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n°. 06-322478 (Literatura Patentária 3), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 08-311551 (Literatura Patentária 4), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 2000-256783 (Literatura Patentária 5), Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 2000-297344 (Literatura Patentária 6), Publicação do Pedido de Patente Japonesa n° 2005350754 (Literatura Patentária 7), Publicação Nacional do Pedido de Patente Internacional n° 2012-519238 (Literatura Patentária 8) e Publicação de Pedido de Patente Japonesa n° 2012-26030 (Literatura Patentária 9).

[0005] A Literatura Patentária 1 propõe um método para reduzir impurezas como Mn e P e, assim, aumentar a resistência SSC de um aço de poço de petróleo. A Literatura Patentária 2 propõe um método para realizar a têmpera duas vezes para refinar os grãos de cristal e, assim, aumentar a resistência SSC de um aço.

[0006] A Literatura Patentária 3 propõe um método para realizar o tratamento de aquecimento por indução para refinar uma microestrutura de aço e, assim, aumentar a resistência SSC de um material de aço de grau 125 ksi. A Literatura Patentária 4 propõe um método para aumentar a temperabilidade do aço usando um processo de têmpera direta e aumentar a temperatura de revenimento para aumentar a resistência SSC de um tubo de aço de grau 110 ksi para grau 140 ksi.

[0007] A Literatura Patentária 5 e a Literatura Patentária 6 propõem, cada uma delas, métodos para controlar formas de carbetos e, assim, aumentar a resistência SSC de um aço para produtos tubulares petrolíferos de baixa liga de grau 110 a 140 ksi. A Literatura Patentária 7 propõe um método para controlar uma densidade de deslocamento e um coeficiente de difusão de hidrogênio de modo que eles mostrem os valores desejados e, assim, aumentar a resistência SSC de um material de aço de grau 125 ksi ou mais. A Literatura Patentária 8 propõe um método para realizar a têmpera uma pluralidade de vezes em um aço de baixa liga que contém 0,3 a 0,5% de C e, assim, aumentar a resistência SSC de um aço de grau 125 ksi. A Literatura Patentária 9 propõe um método para empregar um processo de revenimento incluindo tratamento térmico de dois estágios e, assim, controlar a morfologia ou um número de carbetos. Mais especificamente, na Literatura Patentária 9, uma densidade numérica de M3C ou M2C grande é suprimida e uma resistência SSC de um aço de grau 125 ksi é aumentada.

LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA PATENTÁRIA

[0008] Literatura Patentária 1: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 62-253720 Literatura Patentária 2: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 59-232220 Literatura Patentária 3: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 6-322478 Literatura Patentária 4: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 8-311551 Literatura Patentária 5: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2000-256783 Literatura Patentária 6: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2000-297344 Literatura Patentária 7: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2005-350754 Literatura Patentária 8: Publicação Nacional do Pedido de Patente Internacional N° 2012-519238 Literatura Patentária 9: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 2012-26030

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0009] Conforme descrito acima, acompanhando a crescente severidade dos ambientes de poços de petróleo nos últimos anos, há uma demanda por tubos de aço de poços de petróleo que são mais excelentes em resistência SSC do que os tubos de aço de poços de petróleo convencionais. Portanto, um materiais de aço (por exemplo, tubo de aço de poço de petróleo) com um limite de escoamento de grau 95 a 140 ksi (655 a 1069 MPa) e excelente resistência SSC podem ser obtidos usando técnicas diferentes das técnicas divulgadas nas Literaturas Patentárias 1 a 9 acima.

[0010] Um objetivo da presente divulgação é fornecer um material de aço que tenha um limite de escoamento de 655 a 1069 MPa (95 a 155 ksi; grau 95 a 140 ksi) e que também tenha excelente resistência SSC.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0011] Um material de aço de acordo com a presente divulgação contém uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,20 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: menos de 0,0050%, Al: 0,005 a 0,050%, Cr: 0,10 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,80%, Ti: 0,002 a 0,050%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,0070% ou menos, O: menos de 0,0050%; V: 0 a 0,30%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, metal de terras raras: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,50%, W: 0 a 1,50%, Ni: 0 a 0.50%, e Cu: 0 a 0,50% com o balanço sendo Fe e impurezas. Um limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a 1069 MPa, e um índice de rendimento é de 85% ou mais. Uma proporção de valores KAM de 1° ou menos é 30% de área ou mais.Em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a menos de 862 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 40% de área ou mais.Em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 35% de área ou mais.Em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 965 a 1069 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 30% de área ou mais.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0012] O material de aço de acordo com a presente divulgação também tem um limite de escoamento em um intervalo de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 155 ksi, 95 a 140 ksi)) e também possui uma excelente resistência SSC.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] [FIG. 1A] A FIG. 1A é uma vista lateral e uma vista em seção transversal de uma amostra de teste DCB é usada em um teste DCB em uma modalidade.[FIG. 1B] A FIG. 1B é uma vista em perspectiva de uma cunha usada no teste DCB na modalidade.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

[0014] Os presentes inventores conduziram investigações e estudos sobre um método para obter tanto um limite de escoamento em um intervalo de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 155 ksi, grau 95 a 140 ksi) e excelente resistência SSC para um material de aço que se supõe que será usado em um ambiente ácido e obtiveram os seguintes resultados.

[0015] Muitos estudos foram conduzidos a respeito da relação entre a densidade de deslocamento e a resistência SSC para um material de aço que se supõe ser usado em um ambiente ácido. Especificamente, se a densidade de deslocamento no material de aço for aumentada, o limite de escoamento do material de aço diminuirá. Por outro lado, existe a possibilidade de que os deslocamentos obstruam o hidrogênio. Portanto, em um caso em que a densidade de deslocamento do material de aço é aumentada com o objetivo de aumentar o limite de escoamento do material de aço, existe a possibilidade de que a resistência SSC do material de aço diminua.

[0016] Convencionalmente, considerou-se como se segue um mecanismo pelo qual a resistência SSC do material de aço diminuirá em resultado do aumento da densidade de deslocamento. O deslocamento é um tipo de defeito de rede que surge em uma rede de cristal da microestrutura do material de aço. Considerou-se que os deslocamentos são susceptíveis de ocluir o hidrogênio. Portanto, considerou-se que o material de aço com alta densidade de deslocamento está sujeito a ocluir o hidrogênio e a resistência SSC diminuirá.

[0017] Por outro lado, em uma microestrutura de material de aço, a deformação microscópica ocorre em um cristal em alguns casos devido a uma causa diferente de deslocamentos. Por exemplo, existe a possibilidade de que a deformação microscópica ocorra em um cristal na microestrutura do material de aço por um elemento dissolvido. Por exemplo, além disso, em um caso onde um precipitado e inclusões existem na microestrutura do material de aço, existe a possibilidade de que a deformação microscópica ocorra em um cristal em uma interface entre o precipitado ou semelhante e um metal de base.

[0018] Como visto acima, a ocorrência de deformação microscópica em um cristal na microestrutura do material de aço não é apenas devido a deslocamentos. Considera-se que a deformação microscópica ocorre em um cristal na microestrutura do material de aço por ações combinadas de uma pluralidade de fatores, como os deslocamentos, o elemento dissolvido, o precipitado, as inclusões e semelhantes, bem como o número deles, graus de dispersão deles, e assim por diante. Além disso, existe a possibilidade de que a deformação microscópica em um cristal na microestrutura do material de aço influencie a resistência SSC do material de aço.

[0019] Portanto, os presentes inventores conduziram vários estudos sobre um método para observar a deformação microscópica em um cristal na microestrutura do material de aço. Em consequência dos estudos detalhados, os presentes inventores focaram sua atenção na orientação do cristal na microestrutura do material de aço. A orientação do cristal pode determinar a deformação microscópica de um cristal que ocorre pelo acúmulo dos fatores combinados supracitados.

[0020] Portanto, os presentes inventores conduziram investigações e estudos detalhados a respeito de uma relação entre a orientação do cristal e a resistência SSC de um material de aço que se presume ser usado em um ambiente ácido e contém uma composição química que consiste, em % em massa, C: 0,20 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: menos de 0,0050%, Al: 0,005 a 0,050%, Cr: 0,10 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,80%, Ti: 0,002 a 0,050%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,0070% ou menos, O: menos de 0,0050%; V: 0 a 0,30%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, metal de terras raras: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,50%, W: 0 a 1,50%, Ni: 0 a 0.50%, e Cu: 0 a 0,50% com o balanço sendo Fe e impurezas.

[0021] Especificamente, os presentes inventores primeiro focaram sua atenção em um material de aço contendo a composição química supracitada e um limite de escoamento dentro de um intervalo de 965 a 1069 MPa (grau 140 ksi) e conduziram investigações e estudos detalhados sobre uma relação entre a orientação do cristal e resistência SSC do material de aço. A orientação do cristal do material de aço contendo a composição química supracitada e o limite de escoamento de grau de 140 ksi foi determinada por EBSD (padrão de Difração de Elétrons Retroespalhados) que é descrita posteriormente.

[0022] Em seguida, os presentes inventores conduziram estudos detalhados a respeito de uma relação entre a orientação do cristal determinada e a deformação microscópica no cristal. Em consequência disto, os presentes inventores descobriram que o cálculo de um desvio da orientação do cristal em relação ao ambiente pode determinar a deformação microscópica em um cristal da microestrutura. Ou seja, uma distribuição de deformação é calculada em vez de um valor médio de deformação no material de aço, conforme tipificado pela densidade de deslocamento supracitada. Em consequência disto, para o material de aço contendo a composição química supracitada e o limite de escoamento de grau de 140 ksi, a deformação microscópica em um cristal da microestrutura pode ser determinada.

[0023] Com base na descoberta acima, os presentes inventores determinaram um valor KAM (Desorientação Média de Kernel) a partir da orientação do cristal determinada. O valor KAM foi definido como segue.

[0024] Um campo visual foi dividido com base em um pixel hexágono regular e um dado pixel hexágono regular no campo visual foi selecionado como um pixel central. Com relação ao pixel central selecionado e seis pixels que estavam dispostos de forma a ficarem adjacentes ao exterior do pixel central, foram determinadas as diferenças de orientação entre os pixels. O valor médio das diferenças de orientação obtidas foi determinado e o valor médio foi definido como o valor KAM do pixel central.

[0025] Ou seja, o valor KAM definido como acima é um índice que representa um desvio da orientação de um cristal dos arredores na microestrutura do material de aço. Especificamente, em um ponto de medição com um grande valor KAM, as diferenças na orientação do cristal entre os arredores e no ponto de medição são grandes. Nesse caso, no ponto de medição, a deformação microscópica em um cristal é localmente grande. Em contraste, em um ponto de medição com um pequeno valor KAM, as diferenças na orientação do cristal entre os arredores e o ponto de medição são pequenas. Nesse caso, no ponto de medição, a deformação microscópica no cristal é reduzida.

[0026] Em seguida, os presentes inventores conduziram estudos relativos à determinação de uma distribuição da cepa microscópica em um cristal usando o valor KAM. Especificamente, os presentes inventores calcularam o valor KAM obtido em um determinado pixel de modo que o pixel não se estenda através de um limite de grão e, assim, criaram um mapa que representa mudanças na orientação do cristal em um grão de cristal (mapa KAM). Com o mapa KAM, uma distribuição da deformação microscópica em um cristal da microestrutura do material de aço pode ser visualizada.

[0027] Com base no mapa KAM criado, os presentes inventores conduziram estudos detalhados a respeito de uma relação entre a distribuição da deformação microscópica em um cristal e a resistência SSC no material de aço contendo a composição química supracitada e o limite de escoamento de grau 140 ksi. Especificamente, os presentes inventores criaram o mapa KAM acima para o material de aço contendo a composição química supracitada e o limite de elasticidade dentro do intervalo de 965 a 1069 MPa (grau de 140 ksi) e cria um histograma obtido a partir do mapa KAM criado por um método que é descrito posteriormente.

[0028] Em consequência disto, os presentes inventores descobriram que há uma correlação entre a proporção de áreas com valores KAM de 1° ou menos e a resistência SSC. Mais especificamente, os presentes inventores descobriram que, no material de aço contendo a composição química de acordo com a presente modalidade e o limite de escoamento de grau 140 ksi, a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada aumentando a proporção dos valores KAM de 1° ou menos a 30% de área ou mais.

[0029] Ou seja, aumentando a proporção dos valores KAM de 1° ou menos a 30% de área ou mais, a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada enquanto o limite de escoamento é mantido em um grau de 140 ksi. Portanto, no caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade contendo a composição química supracitada tem um limite de escoamento de grau 140 ksi, a proporção de valores KAM de 1° ou menos é definido como 30% de área ou mais. Em consequência disto, é possível obter um limite de escoamento de grau 140 ksi e excelente resistência SSC.

[0030] Os presentes inventores também conduziram estudos de maneira semelhante em relação aos casos em que os limites de escoamento são diferentes. Especificamente, os presentes inventores criaram o mapa KAM acima em relação ao caso do intervalo de 862 a menos de 965 MPa (grau de 125 ksi) e conduziram investigações em relação à deformação microscópica e a resistência SSC do material de aço.

[0031] Em consequência disto, os presentes inventores descobriram que, no material de aço contendo a composição química de acordo com a presente modalidade e o limite de escoamento de grau 125 ksi, a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada aumentando a proporção dos valores KAM de 1° ou menos para 35% de área ou mais.

[0032] Ou seja, aumentando a proporção dos valores KAM de 1° ou menos a 35% de área ou mais, a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada enquanto o limite de escoamento é mantida em um grau de 125 ksi. Portanto, no caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade contendo a composição química supracitada tem um limite de escoamento de grau 125 ksi, a proporção de valores KAM de 1° ou menos é definido como 35% de área ou mais. Em consequência disto, é possível obter um limite de escoamento de grau 125 ksi e excelente resistência SSC.

[0033] Além disso, os presentes inventores criaram o mapa KAM acima em relação ao caso do intervalo de 655 a menos de 862 MPa (grau 95 ksi e grau 110 ksi) e conduziram investigações em relação à deformação microscópica e a resistência SSC do material de aço.

[0034] Em consequência disto, os presentes inventores descobriram que, no material de aço contendo a composição química de acordo com a presente modalidade e os limites de escoamento de grau 95 ksi e grau 110 ksi, a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada aumentando a proporção de valores KAM de 1° ou menos a 40% de área ou mais.

[0035] Ou seja, aumentando a proporção dos valores KAM de 1° ou menos a 40% de área ou mais, a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada enquanto o limite de escoamento é mantido em um grau de 95 ksi e 110 ksi. Portanto, no caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade contendo a composição química supracitada tem limites de escoamento de grau 95 ksi e grau 110 ksi, a proporção de valores KAM de 1° ou menos é definido como 40% de área ou mais. Em consequência disto, ambos os limites de escoamento de grau 95 ksi e grau 110 ksi e excelente resistência de SSC podem ser obtidos.

[0036] Portanto, o material de aço de acordo com a presente modalidade contém a composição química supracitada e a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é aumentado de acordo com o limite de escoamento pretendido (grau 95 ksi, grau 110 ksi, grau 125 ksi e grau 140 ksi). Em consequência disto, o material de aço de acordo com a presente modalidade pode obter ambos os limites de escoamento desejados (grau 95 ksi, grau 110 ksi, grau 125 ksi e grau 140 ksi) e excelente resistência SSC.

[0037] Observe que a microestrutura do material de aço é composta principalmente de martensita revenida e bainita revenida. O termo “sendo composto principalmente de martensita temperada e bainita temperada” significa que o total da razão volumétrica de martensita temperada e bainita temperada é de 95% ou mais. Se a microestrutura do material de aço é composta principalmente de martensita revenida e bainita revenida, no material de aço de acordo com a presente modalidade, o limite de escoamento está dentro do intervalo de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 140 ksi), um índice de rendimento (uma razão entre o limite de escoamento e a resistência à tração, ou seja, o índice de rendimento (YR) = limite de escoamento (YS)/resistência à tração (TS)) é de 85% ou mais.

[0038] O material de aço de acordo com a presente modalidade que foi concluído com base nos resultados acima contém uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,20 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: menos de 0,0050%, Al: 0,005 a 0,050%, Cr: 0,10 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,80%, Ti: 0,002 a 0,050%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,0070% ou menos, O: menos de 0,0050%; V: 0 a 0,30%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, metal de terras raras: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,50%, W: 0 a 1,50%, Ni: 0 a 0.50%, e Cu: 0 a 0,50% com o balanço sendo Fe e impurezas. Um limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a 1069 MPa, e um índice de rendimento é de 85% ou mais. Uma proporção de valores KAM de 1° ou menos é 30% de área ou mais.Em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a menos de 862 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 40% de área ou mais. Em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 35% de área ou mais.Em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 965 a 1069 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 30% de área ou mais.

[0039] No presente relatório descritivo, embora não particularmente limitado, o material de aço é, por exemplo, um tubo de aço ou uma placa de aço. O material de aço é preferencialmente um material de aço de poço de petróleo usado em um poço de petróleo, ainda mais preferencialmente é um tubo de aço de poço de petróleo. No presente relatório descritivo, o termo poço de petróleo é um termo coletivo incluindo poços de petróleo e poços de gás, conforme descrito acima.

[0040] A composição química supracitada pode conter V: 0,01 a 0,30%.

[0041] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ca: 0,0001 a 0,0100%, Mg: 0,0001 a 0,0100%, Zr: 0,0001 a 0,0100% e um metal de terras raras em uma quantidade de 0,0001 a 0,0100%.

[0042] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Co: 0,02 a 1,50% e W: 0,02 a 1,50%.

[0043] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo que consiste em Ni: 0,02 a 0,50%, e Cu: 0,02 a 0,50%.

[0044] No material de aço supracitado, o limite de escoamento pode estar em um intervalo de 655 a menos de 758 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos pode ser 40% de área ou mais.

[0045] No material de aço supracitado, o limite de escoamento pode estar em um intervalo de 758 a menos de 862 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos pode ser 40% de área ou mais.

[0046] No material de aço supracitado, o limite de escoamento pode estar em um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos pode ser 35% de área ou mais.

[0047] No material de aço supracitado, o limite de escoamento pode estar no intervalo de 965 a 1069 MPa, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos pode ser 30% de área ou mais.

[0048] O material de aço supracitada pode ser um tubo de aço de poço de petróleo.

[0049] Na presente descrição, o tubo de aço de poço de petróleo pode ser um tubo de aço que é usado para um tubo de linha ou pode ser um tubo de aço usado para produtos tubulares petrolíferos. O tubo de aço de poço de petróleo pode ser um tubo de aço sem costura ou pode ser um tubo de aço costurado. Os produtos tubulares petrolíferos são, por exemplo, tubos de aço que são usados para uso no revestimento ou tubulação.

[0050] O material de aço supracitado pode ser um tubo de aço sem costura.

[0051] No caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade é um tubo de aço sem costura, mesmo se a espessura de parede for de 15 mm ou mais, o tubo de aço de poço de petróleo tem um limite de escoamento de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 140 ksi) e excelente resistência SSC.

[0052] De acordo com isto, o material de aço de acordo com a presente invenção é descrito em detalhes. O símbolo “%” em relação a um elemento significa “percentual em massa”, exceto se especificamente declarado em contrário.

[0053] [Composição Química] A composição química do material de aço de acordo com a presente invenção contém os seguintes elementos.

[0054] C: 0,20 a 0,50% O carbono (C) melhora a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. C também promove a esferoidização de carbetos durante o revenimento no processo de produção e aumenta a resistência SCC do material de aço. Quando o carbeto dispersa-se, a resistência do aço é adicionalmente aumentada. Esses efeitos não serão obtidos se o teor de C for muito baixo. Por outro lado, se o teor de C for muito elevado, a tenacidade do material de aço diminuirá e é provável a ocorrência de trincamento na têmpera. Portanto, o teor de C está dentro do intervalo de 0,20 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de C é 0,22% e mais preferencialmente 0,26%. Um limite superior preferencial do teor de C é de 0,45%, mais preferencialmente é de 0,43% e ainda mais preferencialmente é de 0,40%.

[0055] Si: 0,05 a 0,50% Silício (Si) desoxida o aço. Se o teor de Si for muito baixo, esse efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Si for muito alto, a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Si está dentro do intervalo de 0,05 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Si é 0,15% e mais preferencialmente 0,20%. Um limite inferior preferencial do teor de Si é 0,45% e mais preferencialmente 0,40%.

[0056] Mn: 0,05 a 1,00% Manganês (Mn) desoxida o material de aço. Mn também aumenta a temperabilidade do material de aço. Se o teor de Mn for muito baixo, esses efeitos não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Mn for muito alto, o Mn segrega as bordas do grão juntamente com impurezas como P e S. Nesse caso, a resistência SCC do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Mn está dentro de um intervalo de 0,05 a 1,00%. Um limite inferior preferencial do teor de Mn é 0,25% e mais preferencialmente 0,30%. Um limite superior preferencial do teor de Mn é 0,90% e mais preferencialmente é 0,80%.

[0057] P: 0,030% ou menos Fósforo (P) é uma impureza. Em outras palavras, o teor de P é maior que 0%. P segrega nas bordas de grãos e diminui a resistência SSC do material de aço. Portanto, o teor de P é 0,030% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de P é 0,020% e mais preferencialmente 0,015%. De preferência, o teor de P é o mais baixo possível. No entanto, se o teor de P for excessivamente reduzido, o custo de produção aumenta significativamente. Portanto, ao levar em consideração a produção industrial, um limite inferior preferencial do teor de P é 0,0001%, mais preferencialmente é 0,0002% e ainda mais preferencialmente é 0,0003%.

[0058] S: menos de 0,0050% Enxofre (S) é uma impureza. Em outras palavras, o teor de S é maior que 0%. S segrega nas bordas de grãos e diminui a resistência SSC do material de aço. Portanto, o teor de S é menos do que 0,0050%. Um limite superior preferencial do teor de S é de 0,0045%, mais preferencialmente é de 0,0040% e ainda mais preferencialmente é de 0,0030%. De preferência, o teor de S é o mais baixo possível. No entanto, se o teor de S for excessivamente reduzido, o custo de produção aumenta significativamente. Portanto, ao levar em consideração a produção industrial, um limite inferior preferencial do teor de S é 0,0001%, mais preferencialmente é 0,0002% e ainda mais preferencialmente é 0,0003%.

[0059] Al: 0,005 a 0,050% Alumínio (Al) desoxida o material de aço. Se o teor de Al for muito baixo, esse efeito não é obtido e a resistência SSC do material de aço diminui. Por outro lado, se o teor de Al for muito alto, surgem inclusões baseadas em óxido grosseiro e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Al está dentro de um intervalo de 0,005 a 0,050%. Um limite inferior preferencial do teor de Al é 0,015% e mais preferencialmente 0,020%. Um limite superior preferencial do teor de Al é 0,040% e mais preferencialmente 0,030%. Na presente descrição, o teor de “Al” significa “Al solúvel em ácido”, ou seja, o teor de “Al sol.”.

[0060] Cr: 0,10 a 1,50% Cromo (Cr) melhora a temperabilidade do material aço. Cr também aumenta a resistência ao amolecimento do revenimento do material de aço e permite o revenimento em alta temperatura. Em resultado, a resistência SSC do material de aço diminui. Se o teor de Cr for muito baixo, esses efeitos não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Cr for muito alto, a tenacidade e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Cr está dentro de um intervalo de 0,10 a 1,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Cr é 0,25% e mais preferencialmente 0,30%. Um limite superior preferencial do teor de Cr é 1,30% e mais preferencialmente 1,20%.

[0061] Mo: 0,25 a 1,80% Molibdênio (Mo) melhora a temperabilidade do material aço. Mo também forma carbetos finos e aumenta a resistência ao amolecimento por revenimento do material de aço. Em resultado, a resistência SSC do material de aço diminui. Se o teor de Mo for muito baixo, esses efeitos não são obtidos. Por outro lado, se o teor de Mo for muito alto, os efeitos supracitados são saturados. Portanto, o teor de Mo está dentro de um intervalo de 0,25 a 1,80%. Um limite inferior preferencial do teor de Mo é 0,30%, mais preferencialmente é 0,35%, ainda mais preferencialmente é 0,40%, e ainda mais preferencialmente é 0,50%. Um limite superior preferencial do teor de Mo é 1,50%, mais preferencialmente é 1,30%, mais preferencialmente é 1,25% e ainda mais preferencialmente é 1,10%.

[0062] Ti: 0,002 a 0,050% Titânio (Ti) forma nitretos e refina os grãos cristalinos pelo efeito de pinagem. Em resultado, a resistência do material de aço aumenta. Se o teor de Ti for muito baixo, o efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Ti for muito alto, os nitretos de Ti se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Ti está dentro de um intervalo de 0,002 a 0,050%. Um limite inferior preferencial do teor de Ti é 0,003% e mais preferencialmente 0,005%. Um limite superior preferencial do teor de Ni é 0,030% e mais preferencialmente 0,020%.

[0063] Nb: 0,002 a 0,100% Nióbio (Nb) combina-se com C ou N para formar carbetos, nitretos ou carbonitretos e semelhantes (doravante mencionados como “carbonitretos ou semelhantes”). Esses carbonitretos e semelhantes refinam a subestrutura do material de aço pelo efeito de pinagem e aumentam a resistência SSC do material de aço. Além disso, como Nb também forma carbetos do tipo MC esféricos, o Nb suprime a formação de carbetos do tipo M2C acicular e, assim, aumenta a resistência SSC do material de aço. Se o teor de Nb for muito baixo, esses efeitos não podem ser obtidos. Por outro lado, se o teor de Nb for muito alto, formam-se carbonitretos e semelhantes em excesso e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Nb está dentro do intervalo de 0,002 a 0,100%. Um limite inferior preferencial do teor de Nb é 0,003% e mais preferencialmente 0,007%. Um limite superior preferencial do teor de Nb é menor que 0,050%, mais preferencialmente é 0,035% e ainda mais preferencialmente é 0,030%.

[0064] B: 0,0001 a 0,0050% O Boro (B) se dissolve no aço, aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. Este efeito não é obtido se o teor de B for muito baixo. Por outro lado, se o teor de B for muito alto, formam-se nitretos grosseiros no material de aço e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de B está dentro de um intervalo de 0,0001 a 0,0050%. Um limite inferior preferencial do teor de B é 0,0003% e mais preferencialmente é 0,0007%. Um limite superior preferencial do teor de B é 0,0035% e mais preferencialmente é 0,0025%.

[0065] N: 0,0070% ou menos Nitrogênio (N) é inevitavelmente contido. Em outras palavras, o teor de N é maior que 0%. N combina-se com Ti para formar nitretos e, desta forma, refina os grãos cristalinos do material de aço pelo efeito de pinagem. Contudo, se o teor de N for muito alto, N forma nitretos grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de N é 0,0070% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de N é 0,0050% e mais preferencialmente 0,0040%. O limite inferior do teor de N para obter os efeitos supracitados mais eficazmente é 0,0005%, mais preferencialmente é 0,0010% e ainda mais preferencialmente é 0,0020%.

[0066] O: menos de 0,0050% Oxigênio (O) é uma impureza. Em outras palavras, o teor de O é maior que 0%. Oxigênio (O) forma óxidos grosseiros e reduz a resistência à corrosão do material de aço. Portanto, o teor de O é menos do que 0,0050%. Um limite superior preferencial do teor de O é 0,0030% e mais preferencialmente é 0,0020%. De preferência, o teor de O é o mais baixo possível. No entanto, se o teor de O for excessivamente reduzido, o custo de produção aumenta significativamente. Portanto, ao levar em consideração a produção industrial, um limite inferior preferencial do teor de O é 0,0001%, mais preferencialmente é 0,0002% e ainda mais preferencialmente é 0,0003%.

[0067] O equilíbrio da composição química do material de aço de acordo com a presente modalidade é Fe e impurezas. Aqui, o termo “impurezas” refere-se aos elementos que, durante a produção industrial do material de aço, são misturados a partir do minério ou refugo que é usado como matéria prima do material de aço ou a partir do ambiente de produção ou semelhante, e que são permitidos dentro de um intervalo que não afeta de forma adversa o material de aço de acordo com a presente modalidade.

[0068] [Quanto aos elementos opcionais] A composição química do material de aço que é descrito acima pode conter ainda V como um substituto para uma parte do Fe.

[0069] V: 0 a 0,30% O Vanádio (V) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de V pode ser 0%. Se contido, o V forma carbonitretos e semelhantes. Esses carbonitretos e semelhantes refinam a subestrutura do material de aço pelo efeito de pinagem e melhoram a resistência SSC do aço. V também forma carbetos finos durante o revenimento. Os carbetos finos aumenta a resistência ao amolecimento no revenimento do material de aço e aumentam a resistência do material de aço. Além disso, como V também forma carbetos do tipo MC esféricos, o V suprime a formação de carbetos do tipo M2C acicular e, assim, aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de V é contida, esses efeitos são obtidos até certo ponto. Contudo, se o teor de V for muito alto, a tenacidade do material de aço diminui. Portanto, o teor de V está dentro do intervalo de 0 a 0,30%. Um limite inferior preferencial do teor de V é maior do que 0%, mais preferencialmente é 0,01%, e mais preferencialmente é 0,02%. No caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 965 MPa ou mais, é preferencial que o material de aço contenha V em uma quantidade de 0,01% ou mais. Quando V está contido em uma quantidade de 0,01% ou mais, o limite de escoamento do material de aço é feita de forma estável de 965 MPa ou mais. Portanto, em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 965 a menos de 1069 MPa, um limite inferior preferencial do teor de V é 0,01%, mais preferencialmente é 0,02%, mais preferencialmente é 0,04% e mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de V é 0,20%, mais preferencialmente é 0,15% e ainda mais preferencialmente é 0,12%.

[0070] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos do elemento selecionado do grupo que consiste em Ca, Mg, Zr e metal de terras raras (REM) como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e aumenta a resistência SSC do material de aço.

[0071] Ca: 0 a 0,0100% O Cálcio (Ca) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de Ca pode ser 0%. Se contido, Ca neutraliza S no material de aço ao formar sulfetos e, assim, aumenta a resistência SCC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Ca é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Ca for muito alto, os óxidos do material aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Ca está dentro do intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Ca é de mais de 0%, mais preferencialmente é de 0,0001%, ainda mais preferencialmente é de 0,0003%, ainda mais preferencialmente é de 0,0006% e ainda mais preferencialmente é de 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de Ca é 0,0025% e mais preferencialmente 0,0020%.

[0072] Mg: 0 a 0,0100% O Magnésio (Mg) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de Mg pode ser 0%. Se contido, Mg neutraliza S no material de aço ao formar sulfetos e, assim, aumenta a resistência SCC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Mg é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Mg for muito alto, os óxidos do material aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Mg está dentro do intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Mg é de mais de 0%, mais preferencialmente é de 0,0001%, ainda mais preferencialmente é de 0,0003%, ainda mais preferencialmente é de 0,0006% e ainda mais preferencialmente é de 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de Mg é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.

[0073] Zr: 0 a 0,0100% O Zircônio (Zr) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de Zr pode ser 0%. Se contido, Zr neutraliza S no material de aço ao formar sulfetos e, assim, aumenta a resistência SCC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Zr é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Zr for muito alto, os óxidos do material aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Zr está dentro do intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Zr é de mais de 0%, mais preferencialmente é de 0,0001%, ainda mais preferencialmente é de 0,0003%, ainda mais preferencialmente é de 0,0006% e ainda mais preferencialmente é de 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de Zr é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.

[0074] Metal de terras raras (REM): 0 a 0,0100% O metal de terras raras (REM) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de REM pode ser 0%. Se contido, REM neutraliza S no material de aço ao formar sulfetos e, assim, aumenta a resistência SCC do material de aço. REM também combina-se a P no material de aço e suprime a segregação de P nas bordas de grãos. Portanto, uma diminuição na resistência SSC do material de aço que é devido à segregação de P é suprimida. Se mesmo uma pequena quantidade de REM é contida, esses efeitos são obtidos até certo ponto. No entanto, se o teor de REM for muito alto, os óxidos do material aço se tornam grosseiros e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de REM está dentro do intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de REM é de mais de 0%, mais preferencialmente é de 0,0001%, ainda mais preferencialmente é de 0,0003%, ainda mais preferencialmente é de 0,0006% e ainda mais preferencialmente é de 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de REM é 0,0025% e mais preferencialmente é 0,0020%.

[0075] Observe que, na presente descrição, o termo “REM” refere-se a um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo constituído por escândio (Sc), que é o elemento com número atômico 21, ítrio (Y), que é o elemento com número atômico 39 e os elementos do lantânio (La) com número atômico 57 a lutécio (Lu) com número atômico 71 que são lantanoides. Além disso, na presente descrição, o termo “teor de REM” refere-se ao teor total desses elementos.

[0076] No caso em que dois ou mais tipos de elementos selecionados do grupo acima mencionado contendo Ca, Mg, Zr e REM estão contidos em combinação, a quantidade total destes elementos é de preferência de 0,0100% ou menos, e mais preferencialmente é de 0,0050% ou menos.

[0077] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos do elemento selecionado do grupo que consiste em Co e W como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional que forma um revestimento de proteção contra corrosão em um ambiente ácido e suprime a penetração de hidrogênio no material de aço. Por meio disso, cada um desses elementos aumenta a resistência SSC do material de aço.

[0078] Co: 0 a 1,50% O cobalto (Co) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Em outras palavras, o teor de Co pode ser 0%. Se contido, Co forma um revestimento de proteção contra corrosão em um ambiente ácido e suprime a penetração de hidrogênio no material de aço. Por meio disto, Co aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Co é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Co for muito alto, a temperabilidade do material de aço diminuirá e a resistência do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Co está dentro do intervalo de 0 a 1,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Co é maior do que 0%, mais preferencialmente é 0,02%, e mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de Co é 1,25%, mais preferencialmente é 1,00%, mais preferencialmente é 0,80%, mais preferencialmente é 0,60% e ainda mais preferencialmente é 0,50%.

[0079] W: 0 a 1,50% O Tungstênio (W) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de W pode ser 0%. Se contido, W forma um revestimento de proteção contra corrosão em um ambiente ácido e suprime a penetração de hidrogênio no material de aço. Por meio disto, W aumenta a resistência SSC do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de W é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de W for muito alto, formam-se carbetos grosseiros no material de aço e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de W está dentro do intervalo de 0 a 1,50%. Um limite inferior preferencial do teor de W é maior do que 0%, mais preferencialmente é 0,02%, e mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de W é 1,25%, mais preferencialmente é 1,00%, mais preferencialmente é 0,80%, mais preferencialmente é 0,60% e ainda mais preferencialmente é 0,50%.

[0080] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos do elemento selecionado do grupo que consiste em Ni e Cu como um substituto para uma parte do Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e aumenta a temperabilidade do material de aço.

[0081] Ni: 0 a 0,50% O Níquel (Ni) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de Ni pode ser 0%. Se contido, Ni aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Ni é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Ni for muito elevado, o NI promoverá a corrosão local e a resistência SSC do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Ni está dentro do intervalo de 0 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Ni é maior que 0% e mais preferencialmente 0,02%. Um limite inferior preferencial do teor de Ni é 0,35% e mais preferencialmente 0,25%.

[0082] Cu: 0 a 0,50% O Cobre (Cu) é um elemento opcional e não precisa estar contido. Em outras palavras, o teor de Cu pode ser 0%. Se contido, Cu aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a resistência do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de Cu é contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Cu for muito elevado, a temperabilidade do material de aço será muito alta e a resistência SSC do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Cu está dentro do intervalo de 0 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Cu é mais de 0% e mais preferencialmente é 0,02%. Um limite superior preferencial do teor de Cu é 0,35% e mais preferencialmente 0,25%.

[0083] [Valor KAM] Em um caso onde o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento de 655 a menos do que 862 MPa (grau 95 ksi e grau 110 ksi), a proporção de valores KAM de 1° ou menos é 40 % de área ou mais. Além disso, em um caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento de 862 a menos de 965 MPa (grau 125 ksi), a proporção de valores KAM de 1° ou menos é 35% de área ou mais. Além disso, em um caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento de 965 a 1069 MPa (grau 140 ksi), a proporção de valores KAM de 1° ou menos é 30% de área ou mais.

[0084] Conforme descrito acima, o valor KAM é um índice que representa um desvio da orientação de um cristal dos arredores na microestrutura do material de aço. Em um ponto de medição com um grande valor KAM, as diferenças na orientação do cristal entre os arredores e o ponto de medição são grandes. Nesse caso, no ponto de medição, a deformação microscópica em um cristal é localmente grande. Em contraste, em um ponto de medição com um pequeno valor KAM, as diferenças na orientação do cristal entre os arredores e o ponto de medição são pequenas. Nesse caso, no ponto de medição, a deformação microscópica no cristal é reduzida.

[0085] Com o mapa KAM criado com base no valor KAM, uma distribuição da deformação microscópica em um cristal da microestrutura do material de aço pode ser visualizada. Portanto, no material de aço de acordo com a presente modalidade, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos que é visualizado pelo mapa KAM é aumentada. Em consequência disto, o material de aço de acordo com a presente modalidade pode aumentar a resistência SSC.

[0086] Ou seja, uma distribuição da deformação microscópica em um cristal é usada como um índice, em vez do valor médio da deformação microscópica em um cristal, conforme tipificado pela densidade de deslocamento que foi convencionalmente usada. O campo usado para criar o mapa KAM para determinar a proporção dos valores KAM de 1° ou menos, que é o índice da distribuição da deformação microscópica em um cristal, não é particularmente limitado, mas é, por exemplo, 100 μm x 100 μm. O mapa KAM criado no campo até certo ponto correlaciona-se com a distribuição da deformação microscópica em um cristal com alta precisão.

[0087] Em resumo, a proporção de áreas com valores KAM de 1° ou menos do material de aço de acordo com a presente modalidade não é simplesmente comparado com a densidade de deslocamento. Por exemplo, pode haver um caso em que a proporção de áreas com valores KAM de 1° ou menos é baixa, enquanto a densidade de deslocamento é alta. Por outro lado, pode haver um caso em que a proporção de áreas com valores KAM de 1° ou menos é alta, enquanto a densidade de deslocamento é baixa.

[0088] Conforme descrito acima, a proporção de valores KAM de 1° ou menos é um índice que representa a deformação microscópica na microestrutura do material de aço. Se a proporção de KAM de 1° ou menos é muito baixa, a deformação microscópica não é suficientemente reduzida na microestrutura do material de aço. Em consequência disto, o material de aço não exerce excelente resistência ao SSC. Portanto, para o material de aço de acordo com a presente modalidade, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é aumentada para cada limite de elasticidade que se pretende obter.

[0089] Em um caso em que o limite de escoamento está dentro do intervalo de 655 a menos de 862 MPa (grau 95 ksi e grau 110 ksi), a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 40% de área ou mais. Neste caso, um limite inferior preferencial da proporção de valores KAM de 1° ou menos é 45% da área, mais preferencialmente é 47% de área, mais preferencialmente é 50% de área, e ainda mais preferencialmente é 53% de área.

[0090] Em um caso em que o limite de escoamento está dentro do intervalo de 862 a menos de 965 MPa (grau 125 ksi), a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 35% de área ou mais. Neste caso, um limite inferior preferencial da proporção de valores KAM de 1° ou menos é 37% da área, mais preferencialmente é 40% da área, mais preferencialmente é 42% da área e ainda preferencialmente é 45% da área.

[0091] Em um caso em que o limite de escoamento está dentro do intervalo de 965 a 1069 MPa (grau 140 ksi), a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é 30% de área ou mais. Neste caso, um limite inferior preferencial da proporção de valores KAM de 1° ou menos é 32% da área, mais preferencialmente é 35% da área, ainda mais preferencialmente é 37% da área e ainda preferencialmente é 40% da área.

[0092] Observe que, de preferência, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é o mais alto possível. Ou seja, um limite superior da proporção de valores KAM de 1° ou menos não é particularmente limitado. Em suma, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos pode ser 100% da área.

[0093] No entanto, no método EBSD de acordo com a presente modalidade, uma região cercada por diferenças de orientação de cristais adjacentes de 5° ou mais é reconhecida como um grão de cristal. Portanto, próximo às bordas dos grãos de cristal, o valor KAM tende a se tornar grande. Observe que, no material de aço de acordo com a presente modalidade que é presumido para ser usado em um ambiente ácido, os limites dos grãos de cristal são observados em um campo de observação através de uma área de campo de observação em um método de medição que é descrito posteriormente. Portanto, no material de aço de acordo com a presente modalidade, o limite superior da proporção dos valores KAM de 1° ou menos é substancialmente menor do que 100% da área.

[0094] O valor KAM do material de aço de acordo com a presente modalidade pode ser determinado pelo método a seguir. Uma amostra de teste para uso na medição de valor KAM é retirada do material de aço de acordo com a presente modalidade. Em um caso onde o material de aço é uma placa de aço, uma amostra é retirada da parte central da espessura. Em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, uma amostra é retirada da parte central da espessura da parede. O tamanho da amostra de teste não é particularmente limitado, desde que a amostra tenha uma superfície de observação de 100 μm x 100 μm centralizada na porção central da espessura da placa ou na porção central da espessura de parede.

[0095] O polimento espelhado é executado na superfície de observação supracitada e a superfície é acabada. Em uma amostra cuja superfície é acabada, a medição EBSD é realizada em um campo de 100 μm x 100 μm em passo de 0,3 μm. Na medição EBSD, uma tensão de aceleração é definida para 20 kV. A partir do valor de medição EBSD determinado, o valor KAM é determinado.

[0096] O valor KAM é definido conforme acima. Especificamente, um campo de 100 μm x 100 μm é dividido com base em um pixel hexágono regular. Um dos lados do pixel é 0,15 μm de comprimento. Um determinado pixel hexágono regular é selecionado como um pixel central. No que diz respeito ao pixel central selecionado e seis pixels que estão dispostos de forma a ficarem adjacentes ao exterior do pixel central, as diferenças de orientação entre os pixels são determinadas. O valor médio das diferenças de orientação obtidas é determinado e o valor médio é definido como o valor KAM do pixel central. O mesmo método é usado para cada pixel dentro do campo de 100 μm x 100 μm e o valor KAM é determinado.

[0097] Depois que o valor KAM de cada pixel no campo de observação é calculado, um mapa KAM representando o valor KAM de cada pixel é criado. No mapa KAM obtido, os valores KAM de todos os pixels são resumidos. Entre os valores KAM de todos os pixels, a proporção dos valores KAM de 1° ou menos é determinado. A proporção é definida como uma proporção dos valores KAM de 1° ou menos (% área).

[0098] Como um programa de análise EBSD para determinar o valor KAM, um programa bem conhecido pode ser usado. Por exemplo, OIM Data Collection/Analysis 6.2.0 fabricado pela TSL solutions Ltd. pode ser usado.

[0099] [Microestrutura] A microestrutura do material de aço de acordo com a presente invenção é composta principalmente de martensita revenida e bainita revenida. Mais especificamente, a razão volumétrica de martensita revenida e/ou bainita revenida na microestrutura é de 95% ou mais. Em outras palavras, o total das razões volumétricas de martensita revenida e bainita revenida na microestrutura é de 95% ou mais. O balanço da microestrutura é, por exemplo, ferrita ou perlita.

[0100] Se a microestrutura do material de aço contendo a composição química supracitada contiver martensita revenida e bainita revenida em uma quantidade equivalente a uma taxa de volume total de 95% ou mais, o limite de escoamento estará dentro do intervalo de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 140 ksi ) e o índice de rendimento será de 85% ou mais.

[0101] Na presente modalidade, se o limite de escoamento estiver dentro do intervalo de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 140 ksi) e o índice de rendimento for 85% ou mais, assume-se que a microestrutura contenha martensita revenida e bainita revenida em uma quantidade equivalente a 95% ou mais. De preferência, a microestrutura é composta apenas por martensita revenida e/ou bainita revenida. Em outras palavras, o total das razões volumétricas de martensita revenida e bainita revenida na microestrutura pode ser de 100%.

[0102] Observe que, no caso em que o total das razões volumétricas de martensita revenida e bainita revenida é determinado por observação, o total pode ser determinado pelo seguinte método. Em um caso onde o material de aço é um placa de aço, uma amostra tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção de rolagem e 10 mm na direção de espessura é cortada de uma porção central da espessura. Em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, uma amostra tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção do eixo do tubo e 10 mm na direção de espessura de parede é cortada de uma porção central da espessura da parede.

[0103] Depois de polir a superfície de observação da amostra para obter uma superfície espelhada, a amostra é imersa por cerca de 10 segundos em um reagente de gravação nital para revelar a microestrutura por gravação. A superfície de observação gravada é observada realizando observação com respeito à 10 campos visuais por meio de uma imagem secundária de elétrons obtida usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV). A área do campo visual é de 400 μm2 (ampliação de x5000).

[0104] A martensita revenida e bainita revenida são identificadas com base no contraste em cada campo visual. Foram determinados os totais das frações de área de martensita revenida e bainita revenida identificadas. Na presente 28/85 modalidade, o valor da média aritmética dos totais das frações de área de martensita revenida e bainita revenida determinada em todos os campos visuais é definido como a razão volumétrica (%) de martensita revenida e bainita revenida.

[0105] [Forma do material de aço] A forma do material de aço de acordo com a presente modalidade não é particularmente limitada. O material de aço é, por exemplo, um tubo de aço ou uma chapa de aço. Em um caso em que o material de aço é um tubo de aço para poços de petróleo, o material de aço é de preferência um tubo de aço sem costura. Além disso, em um caso onde o material de aço é um tubo de aço de poço de petróleo, a espessura de parede não é particularmente limitada e, por exemplo, está dentro de um intervalo de 9 a 60 mm. O material de aço de acordo com a presente modalidade é adequado para uso como um tubo de aço de parede pesada. Mais especificamente, mesmo se o material de aço de acordo com a presente invenção é um tubo de aço sem costura tendo uma parede pesada com uma espessura de 15 mm ou mais ou, além disso, 20 mm ou mais, pode-se obter um limite de escoamento em um intervalo de grau 95 a 140 ksi e excelente resistência SSC.

[0106] [Limite de escoamento e índice de rendimento do material de aço] O material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento dentro do intervalo de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 140 ksi) e um índice de rendimento de 85% ou mais. Em suma, o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento dentre qualquer um de grau 95 ksi, grau 110 ksi, grau 125 ksi e grau 140 ksi e um índice de rendimento de 85% ou mais.

[0107] O limite de escoamento do material de aço de acordo com a presente modalidade é definido de acordo com API 5CT (2011). Especificamente, o limite de escoamento do material de aço de acordo com a presente modalidade é definido para cada intervalo do limite de escoamento. Mais especificamente, em um caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento dentro de um intervalo de 655 a menos de 758 MPa (grau 95 ksi), o limite de escoamento significa uma tensão que é obtida em um teste de tração em um tempo de alongamento de 0,5% (aproximação de limite elástico de 0,5%). Em um caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento dentro de um intervalo de 758 a menos de 862 MPa (grau de 110 ksi), o limite de escoamento significa uma tensão que é obtida em um teste de tração em um tempo de alongamento de 0,7 % (aproximação de limite elástico de 0,7%).

[0108] Em um caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa (grau 125 ksi), o limite de escoamento significa uma tensão que é obtida em um teste de tração em um tempo de alongamento de 0,65 % (aproximação de limite elástico de 0,65%). Em um caso em que o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento dentro de um intervalo de 965 a 1069 MPa (grau 140 ksi), o limite de escoamento significa uma tensão que é obtida em um teste de tração em um tempo de alongamento de 0,65 % (aproximação de limite elástico de 0,65%).

[0109] Mesmo o material de aço de acordo com a presente modalidade é ajustado para ter um limite de escoamento de 655 a 1069 MPa (grau 95 a 140 ksi), o material de aço tem excelente resistência SSC ao satisfazer a composição química supracitada, a proporção de valores KAM de 1° ou menos, e a microestrutura. Observe que o índice de rendimento (YR) é uma razão entre um limite de escoamento (YS) e uma resistência à tração (TS) (YR = YS / TS).

[0110] O limite de escoamento e o índice de rendimento do material de aço de acordo com a presente modalidade podem ser determinados pelo método a seguir. Especificamente, um teste de tensão é realizado de acordo com a ASTM E8 (2013). Uma amostra de teste de barra redonda é retirada do material de aço de acordo com a presente modalidade. Em um caso onde o material de aço é uma placa de aço, a amostra de teste de barra redonda é retirada da parte central da espessura. Em um caso onde o material de aço é um tubo de aço, a amostra de teste de barra redonda é retirada da parte central da espessura da parede.

[0111] Em relação ao tamanho da amostra de teste de barra redonda, por exemplo, a amostra de teste de barra redonda tem um diâmetro de porção paralela de 8,9 mm e um comprimento de porção paralela de 35,6 mm. Observe que a direção axial da amostra de teste de barra redonda é paralela à direção de rolagem do material de aço. Usando a amostra de barra redonda, o teste de tração é realizado na atmosfera em temperatura normal (25°C).

[0112] Em um caso onde a tensão obtida no momento de alongamento de 0,5% (aproximação de limite elástico de 0,5%) está dentro do intervalo de 655 a menos de 758 MPa (grau 95 ksi), a aproximação de limite elástico de 0,5% é definida como o limite de escoamento. Em um caso onde a tensão obtida no momento do alongamento de 0,7% (aproximação de limite elástico de 0,7%) está dentro do intervalo de 758 a menos de 862 MPa (grau 110 ksi), a aproximação de limite elástico de 0,7% é definida como o limite de escoamento. Em um caso em que a tensão obtida no momento do alongamento de 0,65 (aproximação de limite elástico de 0,65%) está dentro do intervalo de 862 a 1069 MPa (grau 125 ksi ou grau 140 ksi), a aproximação de limite elástico de 0,65% é definida como o limite de escoamento.

[0113] Além disso, a tensão máxima em um alongamento uniforme é definida como a resistência à tração (MPa). O índice de rendimento (YR) (%) pode ser determinado como a razão entre um limite de escoamento (YS) e uma resistência à tração (TS) (YR = YS / TS).

[0114] [Resistência SSC do material de aço] Como descrito acima, existe a possibilidade de que os deslocamentos no material de aço obstruam o hidrogênio. Portanto, pensou-se que a resistência SSC do material de aço diminui à medida que o limite de escoamento do material de aço aumenta. Portanto, também na presente modalidade, excelente resistência SSC é definida para cada grau de limite de escoamento. Especificamente, excelente resistência SSC é definida como se segue.

[0115] [Resistência SSC quando o limite de escoamento é grau 95 ksi] Em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 95 ksi, a resistência SSC do material de aço pode ser avaliada por meio de um método de acordo com um teste de curvatura de quatro pontos. A seguir, é descrita em detalhes uma excelente resistência SSC em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 95 ksi.

[0116] As amostras são retiradas do material de aço de acordo com a presente modalidade. Em um caso onde o material de aço é uma placa de aço, as amostras são retiradas da parte central da espessura. Em um caso onde o material de aço é um tubo de aço, as amostras são retiradas da parte central da espessura da parede. O tamanho da amostra é, por exemplo, 2 mm de espessura, 10 mm de largura e 75 mm de comprimento. A direção longitudinal da amostra é paralela à direção de rolagem do material de aço.

[0117] Solução aquosa contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio é empregada como a solução de teste. De acordo com a norma ASTM G39-99 (2011), a tensão é aplicada às amostras de teste por curvatura de quatro pontos, de modo que a tensão aplicada a cada amostra de teste se torne 95% da tensão de escoamento real.

[0118] As amostras as quais a tensão foi aplicada são colocadas em uma autoclave, juntamente com o gabarito de teste. A solução de teste é derramada na autoclave de modo a deixar uma parte da fase de vapor e é adotada como banho de teste. Após o banho de teste ser desgaseificado, gás de H2S a 15 atm é selado sob pressão na autoclave e o banho de teste é agitado para saturar o gás de H2S. Após selar a autoclave, o banho de teste é agitado a 24°C.

[0119] Se o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento de grau 95 ksi, se o trincamento não for confirmado após 720 horas (30 dias) decorridas no teste de flexão de quatro pontos descrito acima, é determinado que o material de aço tem excelente resistência SSC. Observe que, na presente descrição, o termo “trincamento não é confirmado” significa que o trincamento não é confirmado em uma amostra em um caso em que a amostra após o teste foi observada a olho nu.

[0120] [Resistência SSC quando o limite de escoamento é grau 110 ksi] Em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 110 ksi, a resistência SSC do material de aço pode ser avaliada por meio de um teste de curvatura de quatro pontos. A seguir, é descrita em detalhes uma excelente resistência SSC em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 110 ksi.

[0121] As amostras são retiradas do material de aço de acordo com a presente modalidade. Em um caso onde o material de aço é uma placa de aço, uma amostra é retirada da parte central da espessura. Em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, uma amostra é retirada da parte central da espessura da parede. O tamanho da amostra é, por exemplo, 2 mm de espessura, 10 mm de largura e 75 mm de comprimento. A direção longitudinal da amostra é paralela à direção de rolagem do material de aço.

[0122] Solução aquosa contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio é empregada como a solução de teste. De acordo com a norma ASTM G39-99 (2011), a tensão é aplicada às amostras de teste por curvatura de quatro pontos, de modo que a tensão aplicada a cada amostra de teste se torne 90% da tensão de escoamento real.

[0123] As amostras as quais a tensão foi aplicada são colocadas em uma autoclave, juntamente com o gabarito de teste. A solução de teste é derramada na autoclave de modo a deixar uma parte da fase de vapor e é adotada como banho de teste. Após o banho de teste ser desgaseificado, gás de H2S a 15 atm é selado sob pressão na autoclave e o banho de teste é agitado para saturar o gás de H2S. Após selar a autoclave, o banho de teste é agitado a 24°C.

[0124] Se o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento de grau 110 ksi, se o trincamento não for confirmado após 720 horas (30 dias) decorridas no teste de flexão de quatro pontos descrito acima, é determinado que o material de aço tem excelente resistência SSC. Observe que, na presente descrição, o termo “trincamento não é confirmado” significa que o trincamento não é confirmado em uma amostra em um caso em que a amostra após o teste foi observada a olho nu.

[0125] [Resistência SSC quando o limite de escoamento é grau 125 ksi] Em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 125 ksi, a resistência SSC do material de aço pode ser avaliada por meio de um teste DCB de acordo com o “Método D” especificado na NACE TM0177-2005. A seguir, é descrita em detalhes uma excelente resistência SSC em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 125 ksi.

[0126] Uma amostra de teste DCB ilustrada na FIG. 1A é retirada do material de aço de acordo com a presente modalidade. Em um caso onde o material de aço é uma placa de aço, a amostra DCB é retirada da parte central da espessura. Em um caso onde o material de aço é um tubo de aço, a amostra DCB é retirada da parte central da espessura da parede. Uma direção longitudinal da amostra do teste DCB é paralela à direção de laminação do material de aço.

[0127] Além disso, uma cunha ilustrada na FIG. 1B é retirada do material de aço de acordo com a presente modalidade. A espessura t da cunha é de 2,82 (mm). Referindo-se à FIG. 1A, a cunha supracitada foi conduzida entre as ramificações da amostra do teste DCB. A amostra de teste DCB na qual a cunha foi conduzida é colocada em um recipiente de teste.

[0128] Uma solução aquosa mista contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio e 0,4% em massa de acetato de sódio que é ajustada para pH 3,5 usando ácido acético (solução NACE B) é usada como solução de teste. A solução de teste é derramada no recipiente de teste com a amostra de teste DCB incluída de modo a deixar uma parte da fase de vapor e é adotada como banho de teste.

[0129] Após a desgaseificação do banho de teste, uma mistura gasosa de 0,03 atm de H2S e 0,97 atm de CO2 é soprada no recipiente de teste para tornar o banho de teste um ambiente corrosivo. O interior do recipiente de teste é mantido a uma temperatura de 4°C durante 408 horas (17 dias) enquanto se agita o banho de teste. Depois de mantida, a amostra de teste DCB é retirada do recipiente de teste.

[0130] Foi inserido um pino em um furo formado na ponta da ramificação de cada amostra de teste DCB que foi obtida e foi aberta uma porção de entalhe com uma máquina de teste de tensão e foi medida uma cunha que libera tensão P. Além disso, o entalhe na amostra de teste DCB foi liberado no nitrogênio líquido e foi medido um comprimento de propagação de trincamento “a” com respeito à propagação de trincamento que ocorreu durante a imersão. O comprimento de propagação de trincamento “a” pode ser medido visualmente utilizando paquímetros. Foi determinado um valor Kissc (MPaVm) de tenacidade de fratura usando a Fórmula (1) com base na cunha de liberação de tensão P obtida e no comprimento de propagação de trincamento “a”.

[0131]

[0132] Na Fórmula (1), h representa a altura (mm) de cada ramificação da amostra de teste DCB, B representa a espessura (mm) da amostra de teste DCB, e Bn representa a espessura da malha (mm) da amostra de teste DCB. Estes são definidos no "Método D" da NACE TM0177-2005.

[0133] Se o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento de grau 125 ksi, se o valor K1SSC de tenacidade de fratura determinado no teste DCB supracitado é 15 MPaVm ou mais, determina-se que o material de aço tem excelente resistência SSC.

[0134] [Resistência SSC quando o limite de escoamento é grau 140 ksi] Em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 140 ksi, a resistência SSC do material de aço pode ser avaliada por meio de um teste DCB de acordo com o “Método D” especificado na NACE TM0177-2005. A seguir, é descrita em detalhes uma excelente resistência SSC em um caso em que o limite de escoamento do material de aço é de 140 ksi.

[0135] Uma amostra de teste DCB ilustrada na FIG. 1A é retirada do material de aço de acordo com a presente modalidade. Em um caso onde o material de aço é uma placa de aço, a amostra DCB é retirada da parte central da espessura. Em um caso onde o material de aço é um tubo de aço, a amostra DCB é retirada da parte central da espessura da parede. Uma direção longitudinal da amostra do teste DCB é paralela à direção de laminação do material de aço.

[0136] Além disso, uma cunha ilustrada na FIG. 1B é retirada do material de aço de acordo com a presente modalidade. A espessura t da cunha é de 3,13 (mm). Referindo-se à FIG. 1A, a cunha supracitada foi conduzida entre as ramificações da amostra do teste DCB. A amostra de teste DCB na qual a cunha foi conduzida é colocada em um recipiente de teste.

[0137] Uma solução aquosa mista contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio e 0,4% em massa de acetato de sódio que é ajustada para pH 4,0 usando ácido acético é usada como solução de teste. A solução de teste é derramada no recipiente de teste com a amostra de teste DCB incluída de modo a deixar uma parte da fase de vapor e é adotada como banho de teste.

[0138] Após a desgaseificação do banho de teste, uma mistura gasosa de 0,003 atm de H2S e 0,997 atm de CO2 é soprada no recipiente de teste para tornar o banho de teste um ambiente corrosivo. O interior do recipiente de teste é mantido a uma temperatura de 4°C durante 408 horas (17 dias) enquanto se agita o banho de teste. Depois de mantida, a amostra de teste DCB é retirada do recipiente de teste.

[0139] Foi inserido um pino em um furo formado na ponta da ramificação de cada amostra de teste DCB que foi obtida e foi aberta uma porção de entalhe com uma máquina de teste de tensão e foi medida uma cunha que libera tensão P. Além disso, o entalhe na amostra de teste DCB foi liberado no nitrogênio líquido e foi medido um comprimento de propagação de trincamento “a” com respeito à propagação de trincamento que ocorreu durante a imersão. O comprimento de propagação de trincamento “a” pode ser medido visualmente utilizando paquímetros. Foi determinado um valor Kissc (MPaVm) de tenacidade de fratura usando a Fórmula (1) com base na cunha de liberação de tensão P obtida e no comprimento de propagação de trincamento “a”.

[0140]

[0141] Na Fórmula (1), h representa a altura (mm) de cada ramificação da amostra de teste DCB, B representa a espessura (mm) da amostra de teste DCB, e Bn representa a espessura da malha (mm) da amostra de teste DCB. Estes são definidos no "Método D" da NACE TM0177-2005.

[0142] Se o material de aço de acordo com a presente modalidade tem um limite de escoamento de grau 140 ksi, se o valor K1SSC de tenacidade de fratura determinado no teste DCB supracitado é 24 MPaVm ou mais, determina-se que o material de aço tem excelente resistência SSC.

[0143] [Método de Produção] Será descrito agora um método para produzir o material de aço de acordo com a presente modalidade. O método de produção descrito abaixo é um método para a produção de um tubo de aço sem costura como um exemplo do material de aço de acordo com a presente modalidade. O método para produzir um tubo de aço sem costura inclui um processo de preparação de uma casca oca (processo de preparação), um processo de submeter a casca oca a têmpera e revenimento (processo de têmpera e processo de revenimento), um processo de alinhamento a quente, um processo de ajuste de temperatura da casca oca e um processo de resfriamento rápido. Observe que, um método de produção de acordo com a presente modalidade não é limitado ao método de produção descrito abaixo.

[0144] [Processo de Preparação] No processo de preparação, é preparado um material de aço intermediário contendo a composição química supracitada. O método para produzir o material de aço intermediário não é particularmente limitado desde que o material de aço intermediário contenha a composição química supracitada. Como usado neste documento, o termo “material de aço intermediário” refere-se a um material de aço em forma de placa em um caso onde o produto final é uma placa de aço, e refere-se a uma casca oca em um caso onde o produto final é um tubo de aço.

[0145] O processo de preparação pode incluir um processo no qual uma matéria-prima é preparada (processo de preparação de matéria-prima), e um processo no qual a matéria-prima é submetida a trabalho a quente para produzir um material de aço intermediário (processo de trabalho a quente). Em seguida, um caso em que o processo de preparação inclui o processo de preparação da matéria- prima e o processo de trabalho a quente é descrito em detalhe.

[0146] [Processo de preparação da matéria-prima] No processo de preparação da matéria-prima, uma matéria-prima é produzida usando aço fundido contendo a composição química supracitada. O método para produzir a matéria-prima não é particularmente limitado e pode ser usado um método bem conhecido. Especificamente, a peça fundida (uma placa, lupa ou tarugo) é produzida por uma processo de fundição contínua usando o aço fundido. Pode ser produzido também um lingote por um processo de produção de lingote usando o aço fundido. Conforme necessário, a placa, lupa ou lingote pode ser submetido a desbaste para produzir um tarugo. A matéria-prima (uma placa, lupa ou tarugo) é produzida pelo processo descrito acima.

[0147] [Processo de trabalho a quente] No processo de trabalho a quente, a matéria-prima que foi preparada é submetida a trabalho a quente para produzir um material de aço intermediário. No caso em onde o material de aço é um tubo de aço sem costura, o material de aço intermediário corresponde a uma casca oca. Primeiro, o tarugo é aquecido no forno de aquecimento. Embora a temperatura de aquecimento não seja particularmente limitada, por exemplo, a temperatura de aquecimento está dentro de um intervalo de 1100 a 1300°C. O tarugo que é extraído a partir do forno de aquecimento é submetido a trabalho a quente para produzir uma casca oca (tubo de aço sem costura). O método de realizar o trabalho a quente não é particularmente limitado e um método bem conhecido pode ser usado.

[0148] Por exemplo, o processo Mannesmann pode ser realizado conforme o trabalho a quente para produzir a casca oca. Neste caso, um tarugo redondo é laminado por perfuração usando uma perfuradora. Quando se realiza a laminação por perfuração, embora a razão de perfuração não seja particularmente limitada, a razão de perfuração está, por exemplo, dentro de um intervalo de 1,0 a 4,0. O tarugo redondo que foi submetido a laminação por perfuração é ainda laminado a quente para formar uma casca oca usando um laminador contínuo, um redutor, um moinho de dimensionamento ou semelhante. A redução cumulativa de área no processo de trabalho a quente é, por exemplo, de 20 a 70%.

[0149] Uma casca oca pode ser produzida também a partir do tarugo por outro método de trabalho a quente. Por exemplo, no caso de um material de aço de parede pesada de um comprimento curto tal como um acoplamento, uma casca oca pode ser produzida por forjamento por processo de Ehrhardt ou semelhante. Uma casca oca é produzida pelo processo acima. Embora não particularmente limitada, a espessura da parede da casca oca é, por exemplo, de 9 a 60 mm.

[0150] A casca oca produzida por trabalho a quente pode ser resfriada por ar (produto laminado). A casca oca produzida por trabalho a quente pode ser submetida a têmpera direta após trabalho a quente sem ser resfriada à temperatura normal ou pode ser submetida a têmpera após sofrer aquecimento suplementar (reaquecimento) após trabalho a quente.

[0151] Em um caso onde a têmpera direta é realizada após o trabalho a quente, ou a têmpera é realizada após o aquecimento suplementar, o resfriamento pode ser interrompido ou o resfriamento suave é realizado no meio da têmpera. Neste caso, a ocorrência de trincamentos de têmpera em uma casca oca pode ser suprimida. Além disso, em um caso onde a têmpera direta é realizada após trabalho a quente ou a têmpera é realizada após aquecimento suplementar, pode-se realizar um tratamento de alívio de tensão (tratamento SR) em um momento que após a têmpera e antes do tratamento a quente do próximo processo. Nesse caso, a tensão residual na casca oca é eliminada.

[0152] Como descrito acima, um material de aço intermediário é preparado no processo de preparação. O material de aço intermediário pode ser produzido pelo processo preferencial supracitado, ou pode ser um material de aço intermediário que foi produzido por terceiros, ou um material de aço intermediário que foi produzido em outra fábrica que não a fábrica na qual um processo de têmpera e processo de revenimento que são descritos mais tarde são realizados, ou em trabalhos diferentes. O processo de têmpera é descrito em detalhes abaixo.

[0153] [Processo de Têmpera] No processo de têmpera, o material de aço intermediário que foi preparado é submetido a têmpera. Na presente descrição, o termo "têmpera" significa resfriamento rápido do material de aço intermediário que está a uma temperatura não inferior ao ponto A3. A temperatura de têmpera preferencial é de 850 a 1000°C. Se a temperatura de têmpera for muito alta, em alguns casos, os grãos Yprévios tornam-se grossos e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, uma temperatura de têmpera no intervalo de 850 a 1000°C é preferencial.

[0154] Em um caso em que a têmpera direta é realizada após o trabalho a quente, a temperatura de têmpera neste documento corresponde à temperatura da superfície do material intermediário que é medida por um termômetro colocado no lado de saída do aparelho que realiza o trabalho final a quente. Além disso, em um caso onde a têmpera é realizada após o aquecimento ou o aquecimento suplementar ser realizado após o trabalho a quente, a temperatura de têmpera corresponde à temperatura do forno que realiza o aquecimento suplementar.

[0155] O método de têmpera, por exemplo, resfria continuamente o material de aço intermediário (casca oca) a partir da temperatura inicial de têmpera e diminui continuamente a temperatura da casca oca. O método de realizar o tratamento de resfriamento contínuo não é particularmente limitado e um método bem conhecido pode ser usado. O método de realizar o tratamento de resfriamento contínuo é, por exemplo, um método que resfria a casca oca imergindo a casca oca em um banho de água ou um método que resfria a casca oca de forma acelerada por resfriamento de água de chuveiro ou resfriamento por nebulização.

[0156] Se a taxa de resfriamento durante a têmpera for muito lenta, em alguns casos a microestrutura não se torna aquela composta principalmente de martensita e bainita. Neste caso, para o material de aço após o processo de revenimento que é descrito posteriormente, as propriedades mecânicas definidas na presente modalidade (ou seja, um limite de escoamento dentro de um intervalo de 95 a 140 ksi de grau e um limite de escoamento de 85% ou mais) não pode ser obtido.

[0157] Portanto, no método para produzir o material de aço de acordo com a presente modalidade, o material de aço (casca oca) intermediário é rapidamente resfriado durante a têmpera. Especificamente, no processo de têmpera, a taxa média de resfriamento quando a temperatura do material de aço intermediário (casca oca) está dentro do intervalo de 800 a 500°C é definida como uma taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500.

[0158] No processo de têmpera de acordo com a presente modalidade, uma taxa de resfriamento preferencial durante a têmpera CR800-500 é 300°C/min ou mais. Um limite inferior preferencial da taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 é 450°C/min, e mais preferencialmente é 600°C/min. Um limite superior da taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 não é particularmente limitado mas é, por exemplo, 60000°C/min.

[0159] Observe que a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 pode ser determinada com base em uma temperatura medida em uma região que é mais lentamente resfriada dentro de uma seção transversal do material de aço intermediário que está sendo temperado (por exemplo, no caso de resfriamento forçado de ambas as superfícies, a taxa de resfriamento é medida na parte central da espessura do material de aço intermediário).

[0160] De preferência, a têmpera é realizada após realizar uma pluralidade de vezes o aquecimento da casca oca na zona de austenita. Neste caso, a resistência SSC do material de aço aumenta, pois os grãos de austenita são refinados antes da têmpera. O aquecimento na zona de austenita pode ser repetido uma pluralidade de vezes ao realizar a têmpera uma pluralidade de vezes ou o aquecimento na zona de austenita pode ser repetido uma pluralidade de vezes ao realizar a normalização e têmpera. A têmpera e revenimento descritos abaixo podem ser realizados em combinação uma pluralidade de vezes. Portanto, tanto a têmpera como o revenimento podem ser realizados uma pluralidade de vezes. Nesse caso, a resistência SSC é adicionalmente aumentada. A seguir, o processo de revenimento é descrito em detalhes.

[0161] [Processo de Revenimento] O processo de revenimento é realizado através do revenimento após a têmpera supracitada. Na presente descrição, o termo “revenimento” significa reaquecer o material intermediário de aço após a têmpera a uma temperatura que não exceda o ponto Ac1 e mantenha o material intermediário de aço nessa temperatura. A temperatura de revenimento é ajustada de forma adequada de acordo com a composição química do material de aço e o limite de escoamento que deve ser obtido. Neste documento, a temperatura de revenimento corresponde à temperatura do forno quando o material intermediário de aço após a têmpera é aquecido e mantido na temperatura relevante.

[0162] Ou seja, no processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, com respeito ao material de aço intermediário (casca oca) contendo a composição química supracitada, a temperatura de revenimento é ajustada de modo a ajustar o limite de escoamento do material de aço para dentro do intervalo de 655 a 1069 MPa (grau 95 ksi ou grau 140 ksi). A seguir, são descritas em detalhes as temperaturas de revenimento em um caso onde pretende-se obter limites de escoamento de grau 95 ksi, grau 110 ksi, grau 125 ksi e grau 140 ksi.

[0163] [Temperatura de revenimento quando o limite de escoamento é grau 95 ksi] No caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 95 ksi (655 a menos de 758 MPa), uma temperatura de revenimento preferencial está dentro do intervalo de 650 a 740°C. Se a temperatura de revenimento for muito alta, em alguns casos a densidade de deslocamento é reduzida demais e um limite de escoamento de 95 ksi não pode ser obtido. Por outro lado, se a temperatura de revenimento for muito lenta, em alguns casos a densidade de deslocamento não pode ser adequadamente reduzida. Nesse caso, o limite de escoamento do material de aço torna-se muito alto e/ou a resistência SSC do material de aço diminui.

[0164] Assim, no caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 95 ksi, é preferencial definir a temperatura de revenimento no intervalo de 650 a 740°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 95 ksi, um limite inferior mais preferencial da temperatura de revenimento é de 670°C, e ainda preferencialmente é 680°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 95 ksi, um limite superior mais preferencial da temperatura de revenimento é 730°C, e ainda preferencialmente é 720°C.

[0165] [Temperatura de revenimento quando o limite de escoamento é grau 110 ksi] No caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 110 ksi (758 a menos de 862 MPa), uma temperatura de revenimento preferencial está dentro do intervalo de 650 a 720°C. Se a temperatura de revenimento for muito alta, em alguns casos a densidade de deslocamento é reduzida demais e um limite de escoamento de 110 ksi não pode ser obtido. Por outro lado, se a temperatura de revenimento for muito lenta, em alguns casos a densidade de deslocamento não pode ser adequadamente reduzida. Nesse caso, o limite de escoamento do material de aço torna-se muito alto e/ou a resistência SSC do material de aço diminui.

[0166] Assim, no caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 110 ksi, é preferencial definir a temperatura de revenimento no intervalo de 650 a 720°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 110 ksi, um limite inferior mais preferencial da temperatura de revenimento é de 660°C, e ainda preferencialmente é 670°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 110 ksi, um limite superior mais preferencial da temperatura de revenimento é 715°C, e ainda preferencialmente é 710°C.

[0167] [Temperatura de revenimento quando o limite de escoamento é grau 125 ksi] No caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 125 ksi (862 a menos de 965 MPa), uma temperatura de revenimento preferencial está dentro do intervalo de 650 a 720°C. Se a temperatura de revenimento for muito alta, em alguns casos a densidade de deslocamento é reduzida demais e um limite de escoamento de 125 ksi não pode ser obtido. Por outro lado, se a temperatura de revenimento for muito lenta, em alguns casos a densidade de deslocamento não pode ser adequadamente reduzida. Nesse caso, o limite de escoamento do material de aço torna-se muito alto e/ou a resistência SSC do material de aço diminui.

[0168] Assim, no caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 125 ksi, é preferencial definir a temperatura de revenimento no intervalo de 650 a 720°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 125 ksi, um limite inferior mais preferencial da temperatura de revenimento é de 660°C, e ainda preferencialmente é 670°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 125 ksi, um limite superior mais preferencial da temperatura de revenimento é 715°C, e ainda preferencialmente é 710°C.

[0169] [Temperatura de revenimento quando o limite de escoamento é grau 140 ksi] No caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 140 ksi (965 a 1069 MPa), uma temperatura de revenimento preferencial está dentro do intervalo de 620 a 720°C. Se a temperatura de revenimento for muito alta, em alguns casos a densidade de deslocamento é reduzida demais e um limite de escoamento de 140 ksi não pode ser obtido. Por outro lado, se a temperatura de revenimento for muito lenta, em alguns casos a densidade de deslocamento não pode ser adequadamente reduzida. Nesse caso, o limite de escoamento do material de aço torna-se muito alto e/ou a resistência SSC do material de aço diminui.

[0170] Assim, no caso em que se pretende obter um limite de escoamento de 140 ksi, é preferencial definir a temperatura de revenimento no intervalo de 620 a 720°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 140 ksi, um limite inferior mais preferencial da temperatura de revenimento é de 640°C, e ainda preferencialmente é 650°C. Quando se pretende obter um limite de escoamento de 140 ksi, um limite superior mais preferencial da temperatura de revenimento é 700°C, e ainda preferencialmente é 690°C.

[0171] Conforme descrito acima, no processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, a temperatura de revenimento é adequadamente controlada de acordo com o limite de escoamento que se pretende obter (grau 95 ksi, grau 110 ksi, grau 125 ksi e grau 140 ksi). Observe que, um versado na técnica será suficientemente capaz de fazer com que o limite de escoamento do material de aço contendo a composição química supracitada caia dentro do intervalo pretendido ajustando de modo adequado o tempo de espera supracitado na temperatura de revenimento supracitada.

[0172] No processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, um tempo de espera preferencial para revenimento (tempo de revenimento) está dentro do intervalo de 10 a 180 minutos. Neste documento, o tempo de revenimento (tempo de espera) significa o período de tempo de inserção do material de aço intermediário no forno de tratamento térmico até a extração.

[0173] Se o tempo de revenimento for muito curto, em alguns casos a microestrutura composta principalmente de martensita revenida e bainita revenida não é obtida. Por outro lado, se o tempo de revenimento for muito longo, os efeitos supracitados são saturados. Se o tempo de revenimento for muito longo, em alguns casos, o limite de escoamento desejado não poderá ser obtido. Portanto, no processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, o tempo de espera é preferencialmente ajustado no intervalo de 10 a 180 minutos.

[0174] Um limite inferior mais preferencial do tempo de revenimento é 15 minutos. Um limite superior mais preferencial do tempo de revenimento é 120 minutos e, mais preferencialmente, é 90 minutos. Observe que, em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, em comparação com outras formas, variações de temperatura em relação ao tubo de aço podem ocorrer durante a retenção para revenimento. Por conseguinte, em um caso em que o material de aço é um tubo de aço, o tempo revenimento é preferencialmente ajustado dentro de um intervalo de 15 a 180 minutos.

[0175] [Em relação à taxa de aquecimento no revenimento e taxa de resfriamento após o revenimento] Em um processo de revenimento convencional, as propriedades mecânicas desejadas são obtidas controlando apenas a temperatura de revenimento e o tempo de revenimento. Porém, se apenas a temperatura e o tempo de revenimento forem controlados, em alguns casos uma grande quantidade de carbetos precipita no resfriamento após o revenimento. Em torno dos carbetos precipitantes, a deformação ocorre na orientação do cristal.

[0176] Ou seja, no caso de controlar apenas a temperatura de revenimento e o tempo de revenimento, ocorre deformação em torno de grande parte dos precipitados, e em alguns casos a proporção de valores KAM de 1° ou menos do material de aço diminui. Nesse caso, a resistência SSC do material de aço diminuirá. Por outro lado, se a taxa de resfriamento após revenimento for aumentada, uma quantidade de precipitação de carbetos na microestrutura do material de aço após o revenimento pode ser reduzida. Neste caso, na microestrutura do material de aço, a proporção da região tendo valores KAM de 1° ou menos aumenta e a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada.

[0177] Além disso, a deformação microscópica em torno de carbetos grosseiros pode se tornar grande. Observe que, entre os carbetos que precipitam, os carbetos que precipitam nos limites dos grãos tornam-se facilmente grossos. Os presentes inventores consideram que a razão para isso é a seguinte.

[0178] Na microestrutura do material de aço após a têmpera, quase todo o carbono (C) se dissolve. Em seguida, quando o revenimento é realizado, carbetos finos precipitam das bordas dos grãos até que a temperatura alcance a temperatura de revenimento. Os carbetos que precipitam das bordas dos grãos crescem e tornam-se gradualmente grandes durante a manutenção subsequente na temperatura de revenimento e no resfriamento subsequente. Em consequência disto, um grande número de carbetos grossos precipita nas bordas dos grãos.

[0179] Pelo referido mecanismo, se a taxa de aquecimento no processo de revenimento for aumentada, a precipitação dos carbetos é reduzida e o engrossamento dos carbetos na microestrutura do material de aço pode ser suprimido. Em consequência disto, a proporção da região com valores KAM de 1° ou menos do material de aço aumenta e a resistência SSC do material de aço pode ser aumentada.

[0180] Portanto, em um método para produzir o material de aço de acordo com a presente modalidade, tanto a taxa de aquecimento de revenimento quanto a taxa de resfriamento após o revenimento são controladas no processo de revenimento. Ou seja, no processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, controlando a taxa de aquecimento no revenimento e a taxa de resfriamento após o revenimento, cada região tendo um valor KAM de 1° ou menos é aumentada na microestrutura do material de aço.

[0181] Especificamente, a taxa de aquecimento no momento do revenimento é controlada como segue. No processo de revenimento, a taxa média de aquecimento quando a temperatura do material de aço intermediário (casca oca) está dentro do intervalo de 100 a 600°C durante o revenimento é definida como uma taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600.

[0182] Se a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 é muito baixa, como descrito acima, em alguns casos os carbetos depois do revenimento tornam-se grosseiros. Neste caso, na microestrutura do material de aço, a proporção da região tendo valores KAM de 1° ou menos diminui e a resistência SSC do material de aço diminui. Por outro lado, se também a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 for muito alta, os efeitos supracitados são saturados.

[0183] Portanto, no processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 é de preferência definida dentro do intervalo de mais de 10 a 50°C/min. Observe que, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 é medida em uma região que é mais lentamente resfriada dentro de uma seção transversal do material de aço intermediário que está sendo revenido (por exemplo, no caso de resfriamento forçado de ambas as superfícies, a taxa de resfriamento é medida na parte central da espessura do material de aço intermediário).

[0184] Um limite inferior mais preferencial da taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 é 13°C/min, e mais preferencialmente é 15°C/min. Um limite superior mais preferencial da taxa de aquecimento durante a têmpera HR100-600 é 40°C/min, e mais preferencialmente é 30°C/min.

[0185] A taxa de resfriamento após o revenimento é controlada da seguinte maneira. No processo de revenimento, a taxa média de resfriamento quando a temperatura do material de aço intermediário (casca oca) está dentro do intervalo de 600 a 200°C após o revenimento é definida como uma taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200.

[0186] Conforme descrito acima, se a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 for muito baixa, em alguns casos um grande número de carbetos precipita na microestrutura do material de aço. Neste caso, na microestrutura do material de aço, a região tendo um valor KAM de 1° ou menos diminui e a resistência SSC do material de aço diminui.

[0187] Portanto, no processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 é de preferência definida dentro do intervalo de 5 a 100°C/seg. Observe que, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 é medida em uma região que é mais lentamente resfriada dentro de uma seção transversal do material de aço intermediário que está sendo revenido (por exemplo, no caso de resfriamento forçado de ambas as superfícies, a taxa de resfriamento é medida na parte central da espessura do material de aço intermediário).

[0188] Um limite inferior mais preferencial da taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 é 10°C/seg, e mais preferencialmente é 15°C/seg. Um limite superior mais preferencial da taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 é menor que 100°C/seg, e mais preferencialmente é 70°C/seg.

[0189] O método de aquecimento no qual a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 é definida dentro do intervalo de mais de 10 a 50°C/min não é particularmente limitada e um método bem conhecido pode ser usado. O método de resfriamento no qual a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 está dentro do intervalo de 5 a 100°C/seg não é particularmente limitada e um método bem conhecido pode ser usado. O método de resfriamento, por exemplo, resfria continuamente e forçosamente a casca oca a partir da temperatura de revenimento e diminui continuamente a temperatura da superfície da casca oca. Como um tratamento de resfriamento contínuo, por exemplo, existe um método que resfria a casca oca imergindo a casca oca em um banho de água ou um método que resfria a casca oca de forma acelerada por resfriamento de água de chuveiro ou resfriamento por nebulização.

[0190] Observe que, no caso onde o revenimento é realizado várias vezes, pode-se controlar o resfriamento após o revenimento final. Ou seja, o resfriamento após o revenimento, exceto para o revenimento final, pode ser realizado da mesma forma que o convencional.

[0191] O material de aço de acordo com a presente modalidade pode ser produzido pelo método de produção descrito acima. Foi descrito um método para produzir um tubo de aço sem costura descrito como um exemplo do método de produção supracitado. Contudo, o material de aço da presente de acordo com a presente invenção pode ser uma placa de aço ou outra forma. Um método para produzir uma placa de aço ou um material de aço de outra forma também inclui, por exemplo, um processo de preparação, um processo de têmpera e um processo de revenimento, similarmente ao método de produção supracitado. Contudo, o método de produção supracitada é um exemplo e o material de aço de acordo com a presente modalidade também pode ser produzido por outro método de produção.

[0192] Neste documento, a presente invenção é descrita mais especificamente a título de exemplos.

EXEMPLO 1

[0193] No Exemplo 1, foi investigada a resistência SSC de um material de aço com um limite de escoamento de 95 ksi (655 a menos de 758 MPa). Especificamente, os aços fundidos contendo as composições químicas mostradas na Tabela 1 foram produzidos.

[0194] [Tabela 1] TABELA 1

[0195] Tarugos com um diâmetro externo de 310 mm foram produzidos usando os aços fundidos supracitado. Os tarugos produzidos foram aquecidos a 1250°C, e em seguida foram laminados a quente para produzir tubos de aço sem costura cada um tendo um diâmetro externo de 244,48 mm e uma espessura de parede de 13,84 mm. Materiais de amostra tendo uma espessura de 13,84 mm em uma placa de aço foram retirados dos tubos de aço sem costura produzidos de modo que os materiais de amostra tem um tamanho suficiente para retirar amostras para uso nos testes de avaliação que serão descritos posteriormente.

[0196] A têmpera e revenimento foram repetidos duas vezes no material de amostra de cada número de teste. A temperatura de têmpera (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o aquecimento antes da têmpera foi realizado. O tempo de espera (min) nos presentes exemplos foi considerado como o período de tempo desde a inserção do material da amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico em que o aquecimento antes da têmpera foi realizado até a extração. A temperatura de revenimento (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o revenimento foi realizado. O tempo de revenimento (min) nos presentes exemplos foi considerado como o período de tempo desde a inserção do material de amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico cujo revenimento foi realizado até a extração.

[0197] Especificamente, o material de amostra de cada número de teste foi mantido a uma temperatura de têmpera de 920°C durante 10 minutos. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da primeira têmpera foi 300°C/min para o material de amostra de cada número de teste. A taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 foi determinada com base na temperatura medida por um termopar do tipo K de um tipo de bainha que foi inserida em uma porção central da espessura do material da amostra com antecedência.

[0198] O primeiro revenimento foi executado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera. No primeiro revenimento, o material da amostra de cada número de teste foi mantido em espera na temperatura de revenimento de 700°C para o tempo de revenimento de 30 minutos, e em seguida, foi resfriado até a temperatura normal.

[0199] O segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera e o primeiro revenimento. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de espera (min) foram como mostrados na Tabela 2. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da segunda têmpera foi de 300°C/min.

[0200] [Tabela 2] TABELA 2

[0201] Em seguida, o segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a segunda têmpera. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min), a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de revenimento (min) foram conforme mostrado na Tabela 2.

[0202] Após o tratamento térmico ter sido realizado em cada temperatura de revenimento, o material de amostra de cada número de teste foi resfriado. Para o resfriamento, foi realizado o resfriamento controlado por resfriamento de nebulização de ambos os lados do material de aço. No revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 (°C/seg) foi mostrada na Tabela 2. A taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min) e a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 foram determinados com base em uma temperatura que foi medida por um termopar tipo K de um tipo de bainha que foi inserido na parte central da espessura do material de amostra com antecedência.

[0203] [Testes de Avaliação] O teste de tração, o teste de determinação de microestrutura, o teste de medição de valor KAM e o teste de resistência SSC que são descritos neste documento foram realizados no material de amostra de cada número de teste do revenimento supracitado.

[0204] [Teste de tração] O teste de tração foi realizado de acordo com a ASTM E8 (2013). Amostras de teste de tração de barra redonda com um diâmetro de 8,9 mm e um comprimento de 35,6 mm foram retiradas a partir da porção central da espessura dos materiais de amostra de cada número de teste. A direção axial da amostra de teste de barra redonda foi paralela à direção de laminação do material de amostra (ou seja, a direção axial do tubo de aço sem costura). Foi realizado o teste de tração na atmosfera em temperatura normal (25°C) usando a amostra de teste de barra redonda de cada número de teste e foram obtidos o limite de escoamento (MPa) e a resistência à tração (MPa).

[0205] Observe que, no presente exemplo 1, a aproximação de limite elástico de 0,5% obtida no teste de tração foi definida como o limite de escoamento para cada número de teste. A tensão máxima em um alongamento uniforme foi definida como a resistência à tração. A razão (YS/TS) entre o índice de rendimento determinado (YS) e a resistência à tração determinada (TS) foi definida como o índice de rendimento YR (%). O limite de escoamento determinado (YS), a resistência à tração determinada (TS) e o índice de rendimento determinado (YR) são mostrados na Tabela 2.

[0206] [Teste de Determinação de Microestrutura] O material de amostra de cada número de teste tinha um limite de escoamento no intervalo de 655 a menos de 758 MPa (grau 95 ksi) e um limite de escoamento de 85% ou mais. Portanto, na microestrutura do material de amostra de cada número de teste, determinou-se que a razão volumétrica total da martensita revenida e bainita revenida foi de 95% ou mais.

[0207] [Teste de medição do valor KAM] A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada para o material de amostra de cada número de teste. A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada pelo método supracitado. A proporção determinada de valores KAM de 1° ou menos é mostrada na Tabela 2 como “Proporção de KAM < 1° (% da área)”.

[0208] [Teste de resistência SSC] O teste de curvatura de quatro pontos foi realizado utilizando o material de amostra de cada número de teste para avaliar a resistência SSC. Amostras com espessura de 2 mm, largura de 10 mm e comprimento de 75 mm foram preparadas pela porção central da espessura do material de amostra de cada número de teste. A direção longitudinal da amostra foi paralela à direção de laminação do material de amostra (ou seja, a direção axial do tubo de aço sem costura).

[0209] Uma tensão foi aplicada por curvatura de quatro pontos às amostras de cada número de teste de acordo com a ASTM G39-99 (2011) de modo que a tensão aplicada às amostras foi equivalente à 95% da tensão de escoamento real do material de amostra de cada número de teste. Duas amostras aos quais a tensão foi aplicada foram colocadas em uma autoclave, juntamente com o gabarito de teste.

[0210] Solução aquosa contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio foi empregada como a solução de teste. A solução de teste a 24°C foi derramada na autoclave de modo a deixar uma parte da fase de vapor e adotada como banho de teste. Após a desgaseificação do banho de teste, 15 atm de gás H2S foi selado nele sob pressão e o banho de teste foi agitado para saturar o gás H2S no banho de teste. Após selar a autoclave, o banho de teste foi agitado a 24°C durante 720 horas (30 dias).

[0211] Após serem mantidas durante 720 horas (30 dias), as amostras de cada número de teste foram observadas para determinar se ocorreu ou não o trincamento por tensão de sulfeto (SSC). Especificamente, após serem mantidas em espera durante 720 horas (30 dias), as amostras foram observadas a olho nu. Materiais de amostra para os quais não foram confirmados trincamentos em ambas as amostras como resultado da observação foram determinados como sendo “E” (Excelente). Por outro lado, materiais de amostra para os quais o trincamento foi confirmado em pelo menos uma das amostras foram determinados como “NA” (Não Aceitável).

[0212] [Resultados do Teste] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 2.

[0213] Com referência à Tabela 1 e Tabela 2, a composição química dos respectivos materiais de amostra dos Números de Teste 1-1, 1-4 a 1-15, 1-21 e 1-22 foram apropriadas, o limite de escoamento estava dentro do intervalo de 655 a menos que 758 MPa (grau 95 ksi) e o índice de rendimento foi 85% ou mais. Além disso, a proporção de KAM < 1° era de 40% de área ou mais. Em consequência disto, os materiais de amostra supracitados exibiram excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0214] Por outro lado, para os materiais de amostra dos Números de Teste 1-2 e 1-3, a taxa de aquecimento durante o revenimento (HR100-600) foi muito lenta. Além disso, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 estava muito baixa. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 40% da área. Em consequência disto, os materiais de amostra supracitados não exibiram excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0215] Para o material de amostra dos Testes de Número 1-16, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 40% da área. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0216] Para o material de amostra dos Testes de Número 1-17, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 40% da área. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0217] No material de amostra do Teste de Número 1-18, o teor de Mo foi muito baixo. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0218] No material de amostra do Teste de Número 1-19, o teor de S foi muito elevado. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0219] No material de amostra do Teste de Número 1-20, o teor de O foi muito elevado. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

EXEMPLO 2

[0220] No Exemplo 2, foi investigada a resistência SSC de um material de aço com um limite de escoamento de 110 ksi (758 a menos de 862 MPa). Especificamente, os aços fundidos contendo as composições químicas mostradas na Tabela 3 foram produzidos.

[0221] [Tabela 3] TABELA 3

[0222] Tarugos com um diâmetro externo de 310 a 360 mm foram produzidos usando os aços fundidos supracitados. Os tarugos produzidos foram aquecidos a 1250°C e, posteriormente, foram laminados a quente para produzir tubos de aço sem costura, cada um com um diâmetro externo de 244,48 a 346,08 mm e uma espessura de parede de 13,84 a 15,88 mm. A partir dos tubos de aço sem costura produzidos, amostras de materiais que eram grandes o suficiente para permitir que as amostras usadas no teste de avaliação que é descrito posteriormente fossem retiradas e tinham uma espessura de 13,84 a 15,88 mm foram retiradas.

[0223] A têmpera e revenimento foram repetidos duas vezes no material de amostra de cada número de teste. A temperatura de têmpera (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o aquecimento antes da têmpera foi realizado. De maneira semelhante ao Exemplo 1, o tempo de espera (min) nos presentes exemplos foi tomado como o período de tempo desde a inserção do material da amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico, cujo aquecimento antes da têmpera foi realizado até o extração. A temperatura de revenimento (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o revenimento foi realizado. O tempo de revenimento (min) nos presentes exemplos foi considerado como o período de tempo desde a inserção do material de amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico cujo revenimento foi realizado até a extração.

[0224] Especificamente, o material de amostra de cada número de teste foi mantido a uma temperatura de têmpera de 920°C durante 10 minutos. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da primeira têmpera foi 300°C/min para o material de amostra de cada número de teste. A taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 foi determinada com base na temperatura medida por um termopar do tipo K de um tipo de bainha que foi inserida em uma porção central da espessura do material da amostra com antecedência.

[0225] O primeiro revenimento foi executado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera. No primeiro revenimento, o material da amostra de cada número de teste foi mantido em espera na temperatura de revenimento de 700°C para o tempo de revenimento de 30 minutos, e em seguida, foi resfriado até a temperatura normal.

[0226] O segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera e o primeiro revenimento. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de espera (min) foram como mostrados na Tabela 4. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da segunda têmpera foi de 300°C/min.

[0227] [Tabela 4] TABELA 4

[0228] Em seguida, o segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a segunda têmpera. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min), a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de revenimento (min) foram conforme mostrado na Tabela 4.

[0229] Após o tratamento térmico ter sido realizado em cada temperatura de revenimento, o material de amostra de cada número de teste foi resfriado. Para o resfriamento, foi realizado o resfriamento controlado por resfriamento de nebulização de ambos os lados do material de aço. No revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a taxa de resfriamento CR600-200 (°C/seg) após revenimento foi mostrada na Tabela 4. Observe que, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min) e a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 foram determinadas com base em uma temperatura que foi medida por um termopar tipo K de um tipo de bainha que foi inserida na parte central da espessura do material de amostra com antecedência.

[0230] [Testes de Avaliação] O teste de tração, o teste de determinação de microestrutura, o teste de medição de valor KAM e o teste de resistência SSC que são descritos neste documento foram realizados no material de amostra de cada número de teste do revenimento supracitado.

[0231] [Teste de tração] Um teste de tração foi realizado de acordo com a ASTM E8 (2013) de maneira semelhante ao Exemplo 1. Foi realizado o teste de tração na atmosfera em temperatura normal (25°C) usando a amostra de teste de barra redonda de cada número de teste preparada de modo semelhante ao Exemplo 1 e foram obtidos o limite de escoamento (MPa) e a resistência à tração (MPa).

[0232] Observe que, nos presentes exemplos, a aproximação de limite elástico de 0,7% obtida no teste de tração foi definida como o limite de escoamento para cada número de teste. A tensão máxima em um alongamento uniforme foi definida como a resistência à tração. A razão (YS/TS) entre o índice de rendimento determinado (YS) e a resistência à tração determinada (TS) foi definida como o índice de rendimento YR (%). O limite de escoamento determinado (YS), a resistência à tração determinada (TS) e o índice de rendimento determinado (YR) são mostrados na Tabela 4.

[0233] [Teste de Determinação de Microestrutura] O material de amostra de cada número de teste tinha um limite de escoamento na faixa de 758 a menos de 862 MPa (grau de 110 ksi) e uma taxa de escoamento de 85% ou mais. Portanto, na microestrutura do material de amostra de cada número de teste, determinou-se que a razão volumétrica total da martensita revenida e bainita revenida foi de 95% ou mais.

[0234] [Teste de medição do valor KAM] A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada para o material de amostra de cada número de teste. A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada pelo método supracitado. A proporção determinada de valores KAM de 1° ou menos é mostrada na Tabela 4 como “PROPORÇÃO DE KAM < 1° (% da área)”.

[0235] [Teste de resistência SSC] O teste de curvatura de quatro pontos foi realizado utilizando o material de amostra de cada número de teste para avaliar a resistência SSC. As amostras de cada número de teste foram preparadas de maneira semelhante ao Exemplo 1. Uma tensão foi aplicada por curvatura de quatro pontos às amostras de cada número de teste de acordo com a ASTM G39-99 (2011) de modo que a tensão aplicada às amostras foi equivalente à 90% da tensão de escoamento real do material de amostra de cada número de teste. Duas amostras aos quais a tensão foi aplicada foram colocadas em uma autoclave, juntamente com o gabarito de teste.

[0236] Solução aquosa contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio foi empregada como a solução de teste. A solução de teste a 24°C foi derramada na autoclave de modo a deixar uma parte da fase de vapor e adotada como banho de teste. Após a desgaseificação do banho de teste, 15 atm de gás H2S foi selado nele sob pressão e o banho de teste foi agitado para saturar o gás H2S no banho de teste. Após selar a autoclave, o banho de teste foi agitado a 24°C durante 720 horas (30 dias).

[0237] Após serem mantidas durante 720 horas (30 dias), as amostras de cada número de teste foram observadas para determinar se ocorreu ou não o trincamento por tensão de sulfeto (SSC). Especificamente, após serem mantidas em espera durante 720 horas (30 dias), as amostras foram observadas a olho nu. Materiais de amostra para os quais não foram confirmados trincamentos em ambas as amostras como resultado da observação foram determinados como sendo “E” (Excelente). Por outro lado, materiais de amostra para os quais o trincamento foi confirmado em pelo menos uma das amostras foram determinados como “NA” (Não Aceitável).

[0238] [Resultados do Teste] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 4.

[0239] Com referência à Tabela 3 e Tabela 4, a composição química dos respectivos materiais de amostra dos Números de Teste 2-1, 2-3 e 2-5 a 2-27 foram apropriadas, o limite de escoamento estava dentro do intervalo de 758 a menos que 862 MPa (grau 110 ksi) e o índice de rendimento foi 85% ou mais. Além disso, a proporção de KAM < 1° era de 40% de área ou mais. Em consequência disto, os materiais de amostra supracitados exibiram excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0240] Por outro lado, para o material de amostra do Teste de Número 2-2, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Além disso, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 estava muito baixa. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 40% da área. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0241] Para o material de amostra do Teste de Número 2-4, o tempo de revenimento foi muito baixo. Consequentemente, o limite de escoamento foi menor que 758 MPa. Ou seja, o limite de escoamento de grau 110 ksi não foi obtido.

[0242] No material de amostra do Teste de Número 2-28, o teor de O foi muito elevado. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0243] No material de amostra do Teste de Número 2-29, o teor de Mo foi muito baixo. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0244] No material de amostra do Teste de Número 2-30, o teor de S foi muito baixo. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0245] Para o material de amostra dos Testes de Número 2-31, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 40% da área. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quatro pontos.

[0246] Para o material de amostra dos Testes de Número 2-32, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 40% da área. Em consequência disto, o material de amostra supracitado não exibiu excelente resistência SSC no teste de curvatura de quarto pontos.

EXEMPLO 3

[0247] No Exemplo 3, foi investigada a resistência SSC de um material de aço com um limite de escoamento de 125 ksi (862 a menos de 965 MPa).Especificamente, os aços fundidos contendo as composições químicas mostradas na Tabela 5 foram produzidos.

[0248] [Tabela 5] TABELA 5

[0249] Tarugos com um diâmetro externo de 310 mm foram produzidos usando os aços fundidos supracitado. Os tarugos produzidos foram aquecidos a 1250°C, e em seguida foram laminados a quente para produzir tubos de aço sem costura cada um tendo um diâmetro externo de 244,48 mm e uma espessura de parede de 13,84 mm. Materiais de amostra foram retirados dos tubos de aço sem costura produzidos de modo que os materiais de amostra tem um tamanho suficiente para retirar amostras para uso nos testes de avaliação que serão descritos posteriormente e tinham uma espessura de 13,84 mm.

[0250] A têmpera e revenimento foram repetidos duas vezes no material de amostra de cada número de teste. A temperatura de têmpera (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o aquecimento antes da têmpera foi realizado. De maneira semelhante ao Exemplo 1, o tempo de espera (min) nos presentes exemplos foi tomado como o período de tempo desde a inserção do material da amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico, cujo aquecimento antes da têmpera foi realizado até o extração. A temperatura de revenimento (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o revenimento foi realizado. O tempo de revenimento (min) nos presentes exemplos foi considerado como o período de tempo desde a inserção do material de amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico cujo revenimento foi realizado até a extração.

[0251] Especificamente, o material de amostra de cada número de teste foi mantido a uma temperatura de têmpera de 920°C durante 10 minutos. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da primeira têmpera foi 300°C/min para o material de amostra de cada número de teste. A taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 foi determinada com base na temperatura medida por um termopar do tipo K de um tipo de bainha que foi inserida em uma porção central da espessura do material da amostra com antecedência.

[0252] O primeiro revenimento foi executado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera. No primeiro revenimento, o material da amostra de cada número de teste foi mantido em espera na temperatura de revenimento de 670°C para o tempo de revenimento de 30 minutos, e em seguida, foi resfriado até a temperatura normal.

[0253] O segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera e o primeiro revenimento. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de espera (min) foram como mostrados na Tabela 6. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da segunda têmpera foi de 300°C/min.

[0254] [Tabela 6] TABELA 6

[0255] Em seguida, o segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a segunda têmpera. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, 5 a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min), a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de revenimento (min) foram conforme mostrado na Tabela 6.

[0256] Após o tratamento térmico ter sido realizado em cada temperatura de revenimento, o material de amostra de cada número de teste foi resfriado. Para o 10 resfriamento, foi realizado o resfriamento controlado por resfriamento de nebulização de ambos os lados do material de aço. No revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 (°C/seg) foi mostrada na Tabela 6. Observe que, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min) e a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 foram determinadas com base em uma temperatura que foi medida por um termopar tipo K de um tipo de bainha que foi inserida na parte central da espessura do material de amostra com antecedência.

[0257] [Testes de Avaliação] O teste de tração, o teste de determinação de microestrutura, o teste de medição de valor KAM e o teste de resistência SSC que são descritos neste documento foram realizados no material de amostra de cada número de teste do revenimento supracitado.

[0258] [Teste de tração] Um teste de tração foi realizado de acordo com a ASTM E8 (2013) de maneira semelhante ao Exemplo 1. Foi realizado o teste de tração na atmosfera em temperatura normal (25°C) usando a amostra de teste de barra redonda de cada número de teste preparada de modo semelhante ao Exemplo 1 e foram obtidos o limite de escoamento (MPa) e a resistência à tração (MPa).

[0259] Observe que, no Exemplo 3, a aproximação de limite elástico de 0,65% obtida no teste de tração foi definida como o limite de escoamento para cada número de teste. A tensão máxima em um alongamento uniforme foi definida como a resistência à tração. A razão (YS/TS) entre o índice de rendimento determinado (YS) e a resistência à tração determinada (TS) foi definida como o índice de rendimento YR (%). O limite de escoamento determinado (YS), a resistência à tração determinada (TS) e o índice de rendimento determinado (YR) são mostrados na Tabela 6.

[0260] [Teste de Determinação de Microestrutura] O material de amostra de cada número de teste tinha um limite de escoamento dentro da faixa de 862 a menos de 965 MPa (classe de 125 ksi) e uma taxa de escoamento de 85% ou mais. Portanto, na microestrutura do material de amostra de cada número de teste, determinou-se que a razão volumétrica total da martensita revenida e bainita revenida foi de 95% ou mais.

[0261] [Teste de medição do valor KAM] A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada para o material de amostra de cada número de teste. A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada pelo método supracitado. A proporção determinada de valores KAM de 1° ou menos é mostrada na Tabela 6 como “PROPORÇÃO DE KAM < 1° (% da área)”.

[0262] [Teste de resistência SSC] Um teste DCB de acordo com o “Método D” da NACE TM0177-2005 foi conduzido usando o material de amostra de cada número de teste e a resistência SSC foi avaliada. Três amostras de teste DCB ilustradas na FIG. 1A foram preparadas a partir de uma porção central da espessura do material de amostra de cada número de teste. A direção longitudinal da amostra DCB foi paralela à direção de laminação do material de amostra (ou seja, a direção axial do tubo de aço sem costura). Além disso, uma cunha ilustrada na FIG. 1B foi preparada a partir do material de amostra de cada número de teste. A cunha tinha uma espessura t de 2,82 mm. A cunha supracitada foi introduzida entre as ramificações da amostra DCB.

[0263] Uma solução aquosa mista contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio e 0,4% em massa de acetato de sódio que foi ajustada para pH 3,5 usando ácido acético (solução NACE B) foi empregada como solução de teste. A solução de teste é derramada no recipiente de teste com a amostra de teste DCB com a cunha incluída de modo a deixar uma parte da fase de vapor e é adotada como banho de teste. Após a desgaseificação do banho de teste, uma mistura gasosa de 0,03 atm de H2S e 0,97 atm de CO2 foi soprada no recipiente de teste para tornar o banho de teste um ambiente corrosivo. O interior do recipiente de teste foi mantido a uma temperatura de 4°C durante 408 horas (17 dias) enquanto se agita o banho de teste. Depois de mantida, a amostra de teste DCB foi retirada do recipiente de teste.

[0264] Foi inserido um pino em um furo formado na ponta dos braços de cada amostra de teste DCB que foi obtida e foi aberta uma porção de entalhe com uma máquina de teste de tensão, e foi medida uma cunha que libera tensão P. Além disso, o entalhe na amostra de teste DCB sendo imerso no banho de teste foi liberado no nitrogênio líquido e foi medido um comprimento de propagação de trincamento “a” com respeito à propagação de trincamento que ocorreu durante a imersão. O comprimento de propagação de trincamento “a” pode ser medido visualmente utilizando paquímetros. Foi determinado um valor K1SSC (MPaVm) de tenacidade de fratura usando a Fórmula (1) com base na cunha de liberação de tensão P obtida e no comprimento de propagação de trincamento “a”. A média aritmética dos três valores de tenacidade de fratura Kissc (MPaVm) foi determinada e definida como o valor de tenacidade de fratura KISSC (MPaVm) do material de amostra do número de teste relevante.

[0265]

[0266] Na Fórmula (1), h (mm) representa a altura de cada ramificação da amostra de teste DCB, B (mm) representa a espessura da amostra de teste DCB e Bn (mm) representa a espessura de malha da amostra de teste DCB. Estes são definidos no "Método D" da NACE TM0177-2005.

[0267] Para o material de amostra de cada número de teste, os valores K1ssC de tenacidade de fratura obtidos são mostrados na Tabela 6. se o valor K1ssC de tenacidade de fratura que foi definido como descrito acima foi de 15 MPaVm ou mais, determinou-se que a resistência ssC era boa. Observe que, a folga entre as ramificações quando a cunha foi conduzida antes da imersão no banho do teste influencia o valor K1ssC. Consequentemente, a medição atual da folga entre os braços foi realizada no avanço usando um micrômetro e foi confirmado também que a folga estava dentro do intervalo nos padrões API.

[0268] [Resultados do Teste] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 6.

[0269] Com referência à Tabela 5 e Tabela 6, a composição química dos respectivos materiais de amostra dos Números de Teste 3-1 a 3-10 foi apropriada, o limite de escoamento estava dentro do intervalo de 862 a menos que 965 MPa (grau 125 ksi) e o índice de rendimento foi 85% ou mais. Além disso, a proporção de KAM < 1° era de 35% de área ou mais. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi 15 MPaVm ou mais e o material da amostra exibiu excelente resistência SSC.

[0270] Por outro lado, para o material de amostra do Teste de Número 3-11, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Além disso, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 estava muito baixa. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 35% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

[0271] Para o material de amostra dos Testes de Número 3-12, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 35% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência ssC.

[0272] Para o material de amostra dos Testes de Número 3-13, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Além disso, a taxa de resfriamento após o revenimento cR600-200 estava muito baixa. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 35% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência ssc.

[0273] No material de amostra do Teste de Número 3-14, o teor de O foi muito elevado. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura K1ssc foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência ssc.

[0274] No material de amostra do Teste de Número 3-15, o teor de s foi muito elevado. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura K1ssc foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

[0275] No material de amostra do Teste de Número 3-16, o teor de Al foi muito elevado. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura K1SSC foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

[0276] No material de amostra do Teste de Número 3-17, o teor de N foi muito elevado. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura K1SSC foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

[0277] Para o material de amostra dos Testes de Número 3-18, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 35% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

[0278] Para o material de amostra dos Testes de Número 3-19, a taxa de resfriamento após o revenimento CR600-200 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 35% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 15 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

EXEMPLO 4

[0279] No Exemplo 4, foi investigada a resistência ssC de um material de aço com um limite de escoamento de 140 ksi (965 a 1069 MPa). Especificamente, os aços fundidos contendo as composições químicas mostradas na Tabela 7 foram produzidos.

[0280] [Tabela 7] [Tabela 7]

[0281] Tarugos com um diâmetro externo de 310 a 360 mm foram produzidos usando os aços fundidos supracitados. Os tarugos produzidos foram aquecidos a 1250°C e, posteriormente, foram laminados a quente para produzir tubos de aço sem costura, cada um com um diâmetro externo de 244,48 a 346,08 mm e uma espessura de parede de 13,84 a 15,88 mm. A partir dos tubos de aço sem costura produzidos, amostras de materiais que eram grandes o suficiente para permitir que as amostras usadas no teste de avaliação que é descrito posteriormente fossem retiradas e tinham uma espessura de 13,84 a 15,88 mm foram retiradas.

[0282] A têmpera e revenimento foram repetidos duas vezes no material de amostra de cada número de teste. A temperatura de têmpera (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o aquecimento antes da têmpera foi realizado. De maneira semelhante ao Exemplo 1, o tempo de espera (min) nos presentes exemplos foi tomado como o período de tempo desde a inserção do material da amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico, cujo aquecimento antes da têmpera foi realizado até o extração. A temperatura de revenimento (°C) nos presentes exemplos foi levada à temperatura do forno em que o revenimento foi realizado. O tempo de revenimento (min) nos presentes exemplos foi considerado como o período de tempo desde a inserção do material de amostra de cada número de teste no forno de tratamento térmico cujo revenimento foi realizado até a extração.

[0283] Especificamente, o material de amostra de cada número de teste foi mantido a uma temperatura de têmpera de 920°C durante 10 minutos. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da primeira têmpera foi 300°C/min para o material de amostra de cada número de teste. A taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 foi determinada com base na temperatura medida por um termopar do tipo K de um tipo de bainha que foi inserida em uma porção central da espessura do material da amostra com antecedência.

[0284] O primeiro revenimento foi executado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera. No primeiro revenimento, o material da amostra de cada número de teste foi mantido em espera na temperatura de revenimento de 700°C para o tempo de revenimento de 30 minutos, e em seguida, foi resfriado até a temperatura normal.

[0285] O segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a primeira têmpera e o primeiro revenimento. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de espera (min) foram como mostrados na Tabela 8. O material de amostra de cada número de teste após o tempo de espera foi imerso em um banho de água para realizar o resfriamento a água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 da segunda têmpera foi de 300°C/min.

[0286] [Tabela 8] TABELA 8

[0287] Em seguida, o segundo revenimento foi realizado no material de amostra de cada número de teste após a segunda têmpera. Especificamente, no segundo revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min), a temperatura de 5 revenimento (°C) e o tempo de revenimento (min) foram conforme mostrado na Tabela 8.

[0288] Após o tratamento térmico ter sido realizado em cada temperatura de revenimento, o material de amostra de cada número de teste foi resfriado. Para o resfriamento, foi realizado o resfriamento controlado por resfriamento de 10 nebulização de ambos os lados do material de aço. No revenimento realizado no material de amostra de cada número de teste, a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 (°C/seg) foi mostrada na Tabela 8. Observe que, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 (°C/min) e a taxa de resfriamento após revenimento CR600-200 foram determinadas com base em uma temperatura 15 que foi medida por um termopar tipo K de um tipo de bainha que foi inserida na parte central da espessura do material de amostra com antecedência.

[0289] [Testes de Avaliação] O teste de tração, o teste de determinação de microestrutura, o teste de medição de valor KAM e o teste de resistência SSC que são descritos neste 20 documento foram realizados no material de amostra de cada número de teste do revenimento supracitado.

[0290] [Teste de tração] Um teste de tração foi realizado de acordo com a ASTM E8 (2013) de maneira semelhante ao Exemplo 1. Foi realizado o teste de tração na atmosfera em temperatura normal (25°C) usando a amostra de teste de barra redonda de cada número de teste preparada de modo semelhante ao Exemplo 1 e foram obtidos o limite de escoamento (MPa) e a resistência à tração (MPa).

[0291] Observe que, no Exemplo 4, a aproximação de limite elástico de 0,65% obtida no teste de tração foi definida como o limite de escoamento para cada número de teste. A tensão máxima em um alongamento uniforme foi definida como a resistência à tração. A razão (YS/TS) entre o índice de rendimento determinado (YS) e a resistência à tração determinada (TS) foi definida como o índice de rendimento YR (%). O limite de escoamento determinado (YS), a resistência à tração determinada (TS) e o índice de rendimento determinado (YR) são mostrados na Tabela 8.

[0292] [Teste de Determinação de Microestrutura] O material de amostra de cada número de teste tinha um limite de escoamento dentro do intervalo de 965 a 1069 MPa (grau 140 ksi) e um índice de rendimento de 85% ou mais. Portanto, na microestrutura do material de amostra de cada número de teste, determinou-se que a razão volumétrica total da martensita revenida e bainita revenida foi de 95% ou mais.

[0293] [Teste de medição do valor KAM] A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada para o material de amostra de cada número de teste. A proporção de valores KAM de 1° ou menos foi determinada pelo método supracitado. A proporção determinada de valores KAM de 1° ou menos é mostrada na Tabela 8 como “PROPORÇÃO DE KAM < 1° (% da área)”.

[0294] [Teste de resistência SSC] Um teste DCB de acordo com o “Método D” da NACE TM0177-2005 foi conduzido usando o material de amostra de cada número de teste e a resistência SSC foi avaliada. De maneira semelhante ao Exemplo 3, três amostras de teste DCB ilustradas na FIG. 1A foram preparadas a partir de uma porção central da espessura do material de amostra de cada número de teste. A direção longitudinal da amostra DCB foi paralela à direção de laminação do material de amostra (ou seja, a direção axial do tubo de aço sem costura). Além disso, uma cunha ilustrada na FIG. 1B foi preparada a partir do material de amostra de cada número de teste. A cunha tinha uma espessura t de 3,13 mm. A cunha supracitada foi introduzida entre as ramificações da amostra DCB.

[0295] Uma solução aquosa mista contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio e 0,4% em massa de acetato de sódio que foi ajustada para pH 4,0 usando ácido acético foi usada como solução de teste. A solução de teste é derramada no recipiente de teste com a amostra de teste DCB com a cunha incluída de modo a deixar uma parte da fase de vapor e é adotada como banho de teste. Após a desgaseificação do banho de teste, uma mistura gasosa de 0,003 atm de H2S e 0,997 atm de CO2 foi soprada no recipiente de teste para tornar o banho de teste um ambiente corrosivo. O interior do recipiente de teste foi mantido a uma temperatura de 4°C durante 408 horas (17 dias) enquanto se agita o banho de teste. Depois de mantida, a amostra de teste DCB foi retirada do recipiente de teste.

[0296] O método para determinar o valor de tenacidade de fratura K1SSC (MPaVm) a partir da amostra de teste DCB obtida foi realizado de uma maneira semelhante ao Exemplo 3. Uma média dos valores de tenacidade de fratura dos três valores KISSC de tenacidade de fratura determinados (MPaVm) foi determinada e definida como o valor KISSC de tenacidade de fratura (MPaVm) do tubo de aço do número de teste. Os valores K1ssC de tenacidade de fratura obtidos para o material de amostra de cada número de teste são mostrados na Tabela 8. Quando o valor KISSC de tenacidade de fratura definido acima foi de 24 MPaVm ou mais, o resultado do teste DcB no tubo de aço sem costura foi determinado como sendo bom.

[0297] [Resultados do Teste] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 8.

[0298] com referência à Tabela 7 e Tabela 8, a composição química dos respectivos materiais de amostra dos Números de Teste 4-1 a 4-8, 4-10 e 4-16 foram apropriadas, o limite de escoamento estava dentro do intervalo de 965 a 1069 MPa (grau 140 ksi) e o índice de rendimento foi 85% ou mais. Além disso, a proporção de KAM < 1° era 30% de área ou mais. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi 24 MPaVm ou mais e os materiais da amostra exibiram excelente resistência SSC.

[0299] Por outro lado, para o material de amostra do Teste de Número 4-9, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 30% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 24 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência ssC.

[0300] No material de amostra do Teste de Número 4-11, o teor de O foi muito elevado. Além disso, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 estava muito baixa. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 30% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura K1ssc foi menor que 24 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

[0301] No material de amostra do Teste de Número 4-12, o teor de Mo foi muito baixo. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura K1ssc foi menor que 24 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência ssc.

[0302] No material de amostra do Teste de Número 4-13, o teor de s foi muito elevado. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura K1ssc foi menor que 24 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência ssc.

[0303] Para o material de amostra dos Testes de Número 4-14, a taxa de aquecimento durante o revenimento HR100-600 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 30% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 24 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência ssc.

[0304] Para o material de amostra dos Testes de Número 4-15, a taxa de resfriamento após o revenimento cR600-200 foi muito lenta. Portanto, a proporção de KAM < 1° era inferior a 30% da área. Em consequência disto, o valor de tenacidade de fratura KISSC foi menor que 24 MPaVm e o material da amostra não exibiu excelente resistência SSC.

[0305] Uma modalidade da presente invenção foi descrita acima. No entanto, a modalidade descrita acima é meramente um exemplo para implementar a presente invenção. Consequentemente, a presente invenção não está limitada à modalidade acima e a modalidade acima pode ser modificada adequadamente e implementada dentro de uma variação que não se desvia da essência da presente invenção.

APLICABILIDADE INDUsTRIAL

[0306] O material de aço de acordo com a presente invenção é amplamente aplicável à materiais utilizados em um ambiente ácido e de preferência pode ser utilizado como um material de aço para poço de petróleo que é utilizado em um ambiente de poço de petróleo, e ainda de preferência, pode ser utilizado como tubos de aço de poço de petróleo, tubagem ou tubulações ou semelhantes.

Claims (11)

1. Material de aço, caracterizado pelo fato de que compreende: uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,20 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,50%, Mn: 0,05 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: menos de 0,0050%, Al: 0,005 a 0,050%, Cr: 0,10 a 1,50%, Mo: 0,25 a 1,80%, Ti: 0,002 a 0,050%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0001 a 0,0050%, N: 0,0070% ou menos, O: menos de 0,0050%, V: 0 a 0,30%, Ca: 0 a 0,0100%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, metal de terras raras: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,50%, W: 0 a 1,50%, Ni: 0 a 0,50%, Cu: 0 a 0,50%, e com o balanço sendo Fe e impurezas, em que um limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a 1069 MPa, a razão volumétrica de martensita revenida e/ou bainita revenida na microestrutura é de 95% ou mais, um índice de rendimento é 85% ou mais, uma proporção de valores KAM de 1o ou menos é 30% de área ou mais, em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a menos de 862 MPa, a proporção dos valores KAM de 1o ou menos é 40% de área ou mais, em um caso em que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, a proporção dos valores KAM de 1o ou menos é 35% de área ou mais, e em um caso em que, o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 965 a 1069 Mpa, a proporção dos valores KAM de 1o ou menos é 30% de área ou mais.

2. Material de aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química contém: V: 0,01 a 0,30%.

3. Material de aço, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em: Ca: 0,0001 a 0,0100%, Mg: 0,0001 a 0,0100%, Zr: 0,0001 a 0,0100%, e metal de terras raras: 0,0001 a 0,0100%.

4. Material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo que consiste em: Co: 0,02 a 1,50%, e W: 0,02 a 1,50%.

5. Material de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a composição química contém um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo que consiste em: Ni: 0,02 a 0,50%, e Cu: 0,02 a 0,50%.

6. Material de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 655 a menos que 758 MPa, e a proporção de valores KAM de 1o ou menos é 40% de área ou mais.

7. Material de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 758 a menos que 862 MPa, e a proporção de valores KAM de 1o ou menos é 40% de área ou mais.

8. Material de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 862 a menos de 965 MPa, e a proporção de valores KAM de 1o ou menos é 35% de área ou mais.

9. Material de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o limite elástico está dentro de um intervalo de 965 a 1069 MPa, e a proporção de valores KAM de 1o ou menos é 30% de área ou mais.

10. Material de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o material de aço é um tubo de aço de poço de petróleo.

11. Material de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o material de aço é um tubo de aço sem costura.