BR112020023438B1 - Tubo de aço sem costuras de aço inoxidável martensítico para tubos de poço de petróleo e método para produção dos mesmos - Google Patents

Tubo de aço sem costuras de aço inoxidável martensítico para tubos de poço de petróleo e método para produção dos mesmos Download PDF

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Abstract

a invenção refere-se a tubo de aço sem costuras de aço inoxidável martensítico para tubos de poço de petróleo tendo uma tensão de escoamento de pelo menos 758 mpa e excelente resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos; e um método para produção do mesmo. o tubo de aço tem uma composição contendo, em termos de porcentagem em massa: pelo menos 0,010% de c; não mais do que 0,5% de si; 0,05-0,50% de mn; não mais do que 0,030% de p; não mais do que 0,005% de s; 4,6-8,0% de ni; 10,0-14,0% de cr; 1,0-2,7% de mo; não mais do que 0,1% de al; 0,005-0,2% de v; não mais do que 0,1% de n; 0,255-0,500% de ti; 0,01-1,0% de cu; e 0,01-1,0% de co; onde c, mn, cr, cu, ni, mo, w, nb, n e ti satisfazem expressões relacionais predeterminadas, e o restante é formado de fe e impurezas casuais. a tensão de escoamento é pelo menos 758 mpa.

Description

Campo da Técnica
[0001] A presente invenção refere-se a um tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para uso em aplicações de poço de petróleo bruto e poço de gás natural (daqui em diante referido simplesmente como "produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera") e a um método para fabricação de tal tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico. Particularmente, a invenção refere-se a um tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera tendo uma tensão de escoamento YS de 758 MPa ou mais, e excelente resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos (resistência à SSC) em um ambiente contendo sulfeto de hidrogênio (H2S), e a um método para fabricação de tal tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera.
Antecedentes da Técnica
[0002] Os preços crescentes do petróleo bruto e uma escassez esperada de recursos de petróleo no futuro próximo levaram ao desenvolvimento ativo de produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera para uso em aplicações que eram impensáveis no passado, por exemplo, tal como em campos de petróleo profundos, e em campos de petróleo e campos de gasóleo de ambientes corrosivos severos contendo gás dióxido de carbono, íons de cloro e sulfeto de hidrogênio. O material de tubos de aço para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera pretendido para esses ambientes requer alta resistência e excelente resistência à corrosão.
[0003] Produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera para extração de campos de petróleo e campos de gás de um ambiente contendo gás dióxido de carbono, íons de cloro, e similar tipicamente usam tubos de aço inoxidável martensítico com 13% de Cr. Tem também havido desenvolvimento global de campos de petróleo em ambientes corrosivos severos contendo sulfeto de hidrogênio. Portanto, a necessidade de resistência à SSC é alta, e tem havido uso crescente de um tubo de aço inoxidável martensítico com 13% de Cr de um teor de C reduzido e teores de Ni e Mo aumentados.
[0004] A PTL 1 descreve uma composição usando um aço à base de 13% de Cr como uma composição básica, em que C está contido em um teor muito menor do que em aços inoxidáveis comuns, e Ni, Mo e Cu estão contidos de modo a satisfazer Cr + 2 Ni + 1,1Mo + 0,7Cu < 32,5. A composição também contém pelo menos um de Nb: 0,20% ou menos e V: 0,20% ou menos de modo a satisfazer a condição Nb + V > 0,05%. É declarado na PTL 1 que isso proverá resistência alta com uma tensão de escoamento de 965 MPa ou mais, alta tenacidade com uma energia de absorção Charpy a -40°C de 50 J ou mais e resistência à corrosão desejável.
[0005] A PTL 2 descreve um tubo de aço inoxidável martensítico à base de 13% de Cr de uma composição contendo carbono em um teor ultrabaixo de 0,015% ou menos e 0,0,3% ou mais de Ti. É declarado na PTL 2 que esse tubo de aço inoxidável tem resistência alta com uma tensão de escoamento da ordem de 95 ksi, dureza baixa com HRC de menos de 27 e excelente resistência à SSC. A PTL 3 descreve um aço inoxidável martensítico que satisfaz 6,0 < Ti/C < 10,1, onde Ti/C tem uma correlação com um valor obtido subtraindo uma tensão de escoamento de uma tensão de tração. É declarado na PTL 3 que essa técnica, com um valor obtido subtraindo uma tensão de escoamento de uma tensão de tração sendo 20,7 MPa ou mais, pode reduzir a variação na dureza que prejudica a resistência à SSC.
[0006] A PTL 4 descreve um aço inoxidável martensítico contendo Mo em um teor limitado de Mo > 2,3 - 0,89Si + 32,2C, e tendo uma microestrutura de metal composta principalmente de martensita revenida, carbidas que precipitaram durante o revenido e compostos intermetálicos tal como uma fase Laves e uma fase δ formadas como precipitados finos durante o revenido. É declarado na PTL 4 que o aço produzido através dessa técnica obtém resistência alta com tensão à prova de 0,2% de 860 MPa ou mais, e tem excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono e resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos.
Lista de Citação Literatura de Patente
[0007] PTL 1: JP-A-2007-332442
[0008] PTL 2: JP-A-2010-242163
[0009] PTL 3: WO2008/023702
[0010] PTL 4: WO2004/057050
Sumário da Invenção Problema Técnico
[0011] O desenvolvimento de campos de petróleo e campos de gás recentes é feito em ambientes corrosivos severos contendo CO2, Cl- e H2S. Concentrações de H2S crescentes devido ao envelhecimento são também preocupantes. Tubos de aço para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera para uso nesses ambientes são então necessários ter excelente resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos (resistência à SSC), em adição à resistência à corrosão por dióxido de carbono. No entanto, a técnica descrita na PTL 1, que descreve um aço tendo excelente resistência à corrosão contra CO2, não leva em consideração resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos, e não pode ser dito que o aço tem resistência à corrosão contra um ambiente corrosivo severo.
[0012] A PTL 2 declara que resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos pode ser mantida sob uma tensão aplicada de 655 MPa em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl 5% (H2S: 0,10 bar) tendo um pH ajustado de 3,5. O aço descrito na PTL 3 tem resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl 20% (H2S: 0,03 bar, equil. CO2) tendo um pH ajustado de 4,5. O aço descrito na PTL 4 tem resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos em uma atmosfera de solução aquosa de NaCl 25% (H2S: 0,03 bar, equil. CO2) tendo um pH ajustado de 4,0. No entanto, esses pedidos de patente não levam em consideração resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos em atmosferas que não aquelas descritas acima e não pode ser dito que os aços descritos nesses pedidos de patente têm o nível de resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos que possa suportar os ambientes corrosivos severos exigentes de hoje em dia.
[0013] É, portanto, o objetivo da presente invenção prover um tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera tendo uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais, e excelente resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos. A invenção também pretende prover um método para fabricação de tal tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico.
[0014] Como aqui usado, "resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos excelente" significa que uma peça de teste mergulhada em uma solução de teste (uma solução aquosa de NaCl a 20% em peso; temperatura do líquido: 25°C; H2S: 0,1 bar; equil. CO2) tendo um pH ajustado de 4,0 com adição de acetato de sódio e ácido acético não racha mesmo após 720 horas sob uma tensão aplicada igual a 90% da tensão de escoamento.
Solução para o Problema
[0015] A fim de atingir os objetivos acima, os presentes inventores conduziram estudos intensivos dos efeitos de vários elementos de liga sobre resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos (resistência à SSC) em um ambiente corrosivo contendo CO2-, Cl--, e H2S-, usando um tubo de aço inoxidável à base de 13% de Cr como uma composição básica. Os estudos constataram que um tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera tendo a resistência desejada, e excelente resistência à SSC em um ambiente corrosivo contendo CO2-, Cl--, e H2S-, e em um ambiente sob uma tensão aplicada próxima da tensão de escoamento pode ser provido quando o aço contém C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, N, e Ti, e, opcionalmente, Nb e W, em quantidades ajustadas que satisfazem a relação apropriada, e quando o aço é submetido à têmpera e revenido apropriados.
[0016] A presente invenção é baseada nessa constatação, e foi completada após estudos adicionais. Especificamente, a essência da presente invenção é como segue.
[0017] [1] Um tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera tendo uma composição compreendendo, em % em massa: C: 0,010% ou mais, Si: 0,5% ou menos, Mn: 0,05 a 0,50%, P: 0,030% ou menos, S: 0,005% ou menos, Ni: 4,6 a 8,0%, Cr: 10,0 a 14,0%, Mo: 1,0 a 2,7%, Al: 0,1% ou menos, V: 0,005 a 0,2%, N: 0,1% ou menos, Ti: 0,255 a 0,500%, Cu: 0,01 a 1,0%, e Co: 0,01 e 1,0%, a composição satisfazendo a fórmula (1) que segue, e o equilíbrio sendo Fe e impurezas casuais, o tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico tendo uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais. Fórmula (1) -35 < -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 < 45
[0018] Na fórmula, C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, W, Nb, N, e Ti representam o teor de cada elemento em % em massa, e o teor é 0 (zero) por cento para elementos que não estão contidos.
[0019] [2] O tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera de acordo com o item [1], em que a composição compreende ainda, em % em massa, pelo menos um selecionado de Nb: 0,1% ou menos, e W: 1,0% ou menos.
[0020] [3] O tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera de acordo com o item [1] ou [2], em que a composição compreende ainda, em % em massa, um ou mais selecionado de Ca: 0,010% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos, e B: 0,010% ou menos.
[0021] [4] Um método para fabricação de um tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera, o método compreendendo: formar um tubo de aço a partir de um material de tubo de aço da composição de qualquer um dos itens [1] a [3]; têmpera do tubo de aço através de aquecimento do tubo de aço para uma temperatura igual a ou maior do que um ponto de transformação Ac3, e resfriamento do tubo de aço para uma temperatura de parada de resfriamento de 100°C ou menos; e revenido do tubo de aço em uma temperatura igual a ou menos do que um ponto de transformação Ac1. Efeitos Vantajosos da Invenção
[0022] A presente invenção permitiu a produção de um tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera tendo excelente resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos (resistência à SSC) em um ambiente corrosivo contendo CO2-, Cl-- e H2S- e resistência alta com uma tensão de escoamento YS de 758 MPa ou mais.
Descrição de Modalidades
[0023] O que segue descreve as razões para especificação da composição de um tubo de aço da presente invenção. A seguir, "%" significa por cento em massa, a menos que de outro modo especificamente declarado. C: 0,010% ou Mais
[0024] O C tem o efeito de prover uma quantidade eficaz de Cr e assegurar resistência à corrosão. Para essa finalidade, o teor de C é limitado a 0,010% ou mais. No entanto, quando C está contido em quantidades em excesso, a dureza aumenta, e o aço se torna mais suscetível à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos. Por essa razão, C está contido em uma quantidade de desejavelmente 0,040% ou menos. Isto é, o teor de carbono preferido é 0,010 a 0,040%. Si: 0,5% ou Menos
[0025] Si age como um agente desoxidante, e está contido em uma quantidade de desejavelmente 0,05% ou mais. Um teor de Si de mais de 0,5% prejudica a resistência à corrosão por dióxido de carbono e trabalhabilidade a quente. Por essa razão, o teor de Si é limitado a 0,5% ou menos. Do ponto de vista de prover resistência estavelmente, o teor de Si é preferivelmente 0,10% ou mais e é preferivelmente 0,30% ou menos. Mn: 0,05 a 0,50%
[0026] Mn é um elemento que melhora a trabalhabilidade a quente e resistência, e está contido em uma quantidade de 0,05% ou mais para prover a resistência necessária. Quando adicionado quantidades em excesso, no entanto, o Mn precipita em MnS, e prejudica a resistência à rachadura por corrosão sob tensão de sulfetos. Por essa razão, o teor de Mn é limitado a 0,05 a 0,50%. Preferivelmente, o teor de Mn é 0,40% ou menos. Preferivelmente, o teor de Mn é 0,10% ou mais. P: 0,030% ou Menos
[0027] P é um elemento que prejudica a resistência à corrosão por dióxido de carbono, resistência à corrosão localizada e resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos e deve estar desejavelmente contido em uma quantidade mínima possível na presente invenção. No entanto, um teor de P excessivamente pequeno aumenta o custo de fabricação. Por essa razão, o teor de P é limitado a 0,030% ou menos, que é uma faixa de teor que não causa um prejuízo severo de características, e que é economicamente prático em aplicações industriais. Preferivelmente, o teor de P é 0,015% ou menos. S: 0,005% ou Menos
[0028] S é um elemento que prejudica seriamente a trabalhabilidade a quente, e deve estar desejavelmente contido em uma quantidade mínima possível. Um teor de S reduzido de 0,005% ou menos permite produção de tubo usando um processo comum, e o teor de S é limitado a 0,005% ou menos na presente invenção. Preferivelmente, o teor de S é 0,002% ou menos. Ni: 4,6 a 8,0%
[0029] Ni reforça o revestimento de proteção, e melhora a resistência à corrosão. Ni também aumenta a resistência do aço através da formação de uma solução sólida. Ni precisa estar contido em uma quantidade de 4,6% ou mais para obter esses efeitos. Com um teor de Ni de mais de 8,0%, a fase martensítica se torna menos estável, e a resistência diminui. Por essa razão, o teor de Ni é limitado a 4,6 a 8,0%. O teor de Ni é preferivelmente 5,0% ou mais e é preferivelmente 7,5% ou menos. Cr: 10,0 a 14,0%
[0030] Cr é um elemento que forma um revestimento de proteção, e melhora a resistência à corrosão. A resistência à corrosão requerida para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera pode ser provida quando Cr está contido em uma quantidade de 10,0% ou mais. Um teor de Cr de mais de 14,0% facilita a geração de ferrita, e uma fase martensítica estável não pode ser provida. Por essa razão, o teor de Cr é limitado a 10,0 a 14,0%. O teor de Cr é preferivelmente 11,0% ou mais, e é preferivelmente 13,5% ou menos. Mo: 1,0 a 2,7%
[0031] Mo é um elemento que melhora a resistência contra corrosão localizada por Cl-. Mo precisa estar contido em uma quantidade de 1,0% ou mais para obter a resistência à corrosão necessária para um ambiente corrosivo severo. Quando Mo está contido em quantidades em excesso, o efeito se torna saturado. Mo é também um elemento caro, e um teor de Mo de mais de 2,7% aumenta o custo de fabricação. Por essa razão, o teor de Mo é limitado a 1,0 a 2,7%. O teor de Mo é preferivelmente 1,5% ou mais, e é preferivelmente 2,5% ou menos. Al: 0,1% ou Menos
[0032] Al age como um agente desoxidante, e um teor de Al de 0,01% ou mais é eficaz para obtenção desse efeito. No entanto, Al tem um efeito adverso sobre a tenacidade quando contido em uma quantidade de mais de 0,1%. Por essa razão, o teor de Al é limitado a 0,1% ou menos na presente invenção. O teor de Al é preferivelmente 0,01% ou mais, e é preferivelmente 0,03% ou menos. V: 0,005 a 0,2%
[0033] V precisa estar contido em uma quantidade de 0,005% ou mais para melhorar a resistência do aço através de endurecimento por precipitação, e melhorar a resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos. Devido ao fato do teor de V de mais de 0,2% prejudicar a tenacidade, o teor de V é limitado a 0,005 a 0,2% na presente invenção. O teor de V é preferivelmente 0,01% ou mais, e é preferivelmente 0,1% ou menos. N: 0,1% ou Menos
[0034] N é um elemento que age para aumentar a resistência através da formação de uma solução sólida no aço, em adição à melhora da resistência à corrosão localizada. No entanto, N forma várias inclusões de nitrida, e prejudica a resistência à corrosão localizada quando contido em uma quantidade de mais de 0,1%. Por essa razão, o teor de N é limitado a 0,1% ou menos na presente invenção. Preferivelmente, o teor de N é 0,010% ou menos. Ti: 0,255 a 0,500%
[0035] Quando contido em uma quantidade de 0,255% ou mais, Ti forma carbonetos, e pode reduzir a dureza ao reduzir carbono da solução sólida. Devido ao fato do aço se tornar menos suscetível à fragilização por hidrogênio com dureza reduzida, a resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos melhora quando Ti está contido em uma quantidade de 0,255% ou mais. Quando contido em uma quantidade de mais de 0,500%, Ti promove geração de TiN grosso, e a tenacidade diminui devido ao efeito de entalhe. Ainda, corrosão localizada ocorre conforme o TiN se torna um ponto de iniciação, e a resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos diminui. Por essa razão, Ti é limitado a 0,255 a 0,500%. O teor de Ti é preferivelmente 0,300% ou mais, e é preferivelmente 0,450% ou menos. Cu: 0,01 a 1,0%
[0036] Cu está contido em uma quantidade de 0,01% ou mais para reforçar o revestimento protetor, e melhorar a resistência à rachadura por corrosão sob tensão por sulfetos. No entanto, quando contido em uma quantidade de mais de 1,0%, Cu precipita em CuS, e prejudica a trabalhabilidade a quente. Por essa razão, o teor de Cu é limitado a 0,01 a 1,0%. O teor de Cu é preferivelmente 0,03% ou mais, e é preferivelmente 0,6% ou menos. Co: 0,01 a 1,0%
[0037] Co é um elemento que melhora a resistência à corrosão localizada, em adição à redução da dureza ao aumentar o ponto de Ms e promover transformação α. O Co precisa estar contido em uma quantidade de 0,01% ou mais para obter esses efeitos. No entanto, um teor de Co excessivamente alto pode prejudicar a tenacidade, e aumentar o custo do material. Tais teores de Co altos também prejudicam a resistência à rachadura por corrosão sob tensão de sulfetos. Por essa razão, o teor de Co é limitado a 0,01 a 1,0% na presente invenção. O teor de Co é mais preferivelmente 0,03% ou mais, e é preferivelmente 0,6% ou menos.
[0038] Na presente invenção, C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, N e Ti, e, opcionalmente, Nb e W, estão contidos de modo a satisfazer a fórmula (1) que segue. A fórmula (1) se refere a esses elementos com uma quantidade de y retida. Ao satisfazer a fórmula (1), a austenita retida ocorre em quantidades menores, e a dureza diminui, com o resultado que a resistência à rachadura por corrosão sob tensão de sulfetos melhora. A fórmula (1) é preferivelmente -20,0 ou mais, e é preferivelmente 25,0 ou menos. Fórmula (1) -35 < -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 < 45
[0039] Na fórmula, C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, W, Nb, N, e Ti representam o teor de cada elemento em % em massa, e o teor é 0 (zero) por cento para elementos que não estão contidos.
[0040] Esses são componentes básicos. Em adição a esses componentes básicos, a composição pode conter ainda pelo menos um elemento opcional selecionado de Nb: 0,1% ou menos, e W: 1,0% ou menos, conforme necessário.
[0041] Nb forma carbidas, e pode reduzir a dureza ao reduzir carbono na solução sólida. No entanto, Nb pode prejudicar a tenacidade quando contido em quantidades excessivamente grandes. W é um elemento que melhora a resistência à corrosão localizada. No entanto, W prejudica a tenacidade, e aumenta o custo do material quando contido em quantidades excessivamente grandes. Por essa razão, Nb, quando contido, está contido em uma quantidade limitada de 0,1% ou menos, e W, quando contido, está contido em uma quantidade limitada de 1,0% ou menos. Preferivelmente, o teor de Nb é 0,02% ou mais e o teor de W é 0,1% ou mais.
[0042] Um ou mais selecionados de Ca: 0,010% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos, e B: 0,010% ou menos podem estar contidos como elementos opcionais, conforme necessário.
[0043] Ca, REM, Mg e B são elementos que melhoram a resistência à corrosão através do controle da forma de inclusões. Os teores desejados para provisão desse efeito são Ca: 0,0005% ou mais, REM: 0,0005% ou mais, Mg: 0,0005% ou mais e B: 0.0005% ou mais. Ca, REM, Mg, e B prejudicam a tenacidade e resistência à corrosão por dióxido de carbono quando contidos em quantidades de mais de Ca: 0,010%, REM: 0,010%, Mg: 0,010%, e B: 0,010%. Por essa razão, os teores de Ca, REM, Mg e B, quanto contidos, são limitados a Ca: 0,010% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos e B: 0,010% ou menos.
[0044] O equilíbrio é Fe e impurezas casuais na composição.
[0045] Um tubo de aço da presente invenção tem uma microestrutura em que a fase dominante é a fase martensítica revenida, e que contém 30% ou menos de fase de austenita retida e 5% ou menos de fase de ferrita, em volume. Como aqui usado, "fase dominante" é a fase que forma 70% ou mais em volume.
[0046] O que segue descreve um método preferido para fabricação de um tubo sem costuras de aço inoxidável para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera da presente invenção.
[0047] Na presente invenção, um material de tubo de aço da composição acima é usado. No entanto, o método de produção de um tubo sem costuras de aço inoxidável usado como um material de tubo de aço não é particularmente limitado, e qualquer método de fabricação de tubo sem costuras conhecido pode ser usado.
[0048] Preferivelmente, um aço derretido da composição acima é transformado em aço usando um processo de fabricação de aço comum tal como usando um conversor, e formado em um material de tubo de aço, por exemplo, um tarugo, usando um método tal como fundição contínua, ou fundição-desbaste do lingote. O material de tubo de aço é então aquecido, e trabalhado a quente em um tubo usando um processo de fabricação de tubo conhecido, por exemplo, o processo de moagem de tampão Mannesmann ou o processo de moagem de mandril Mannesmann para produzir um tubo de aço sem costuras da composição acima.
[0049] O processo após a produção do tubo de aço a partir do material de tubo de aço não é particularmente limitado. Preferivelmente, o tubo de aço é submetido à têmpera em que o tubo de aço é aquecido para uma temperatura igual a ou maior do que o ponto de transformação Ac3, e esfriado para uma temperatura de parada de resfriamento de 100° C ou menos, seguido por revenido em uma temperatura igual a ou menos do que o ponto de transformação Ac1.
Têmpera
[0050] Na presente invenção, o tubo de aço é submetido à têmpera em que o tubo de aço é reaquecido para uma temperatura igual a ou maior do que o ponto de transformação Ac3, mantido por preferivelmente pelo menos 5 min e esfriado para uma temperatura de parada de resfriamento de 100°C ou menos. Isso torna possível produzir uma fase martensítica firme, refinada. Quando a temperatura de aquecimento de têmpera é menos do que o ponto de transformação Ac3, não é possível aquecer o aço na região de fase única de austenita, e uma microestrutura martensítica suficiente não ocorre no resfriamento subsequente, com o resultado que a resistência alta desejada não pode ser obtida. Por essa razão, a temperatura de aquecimento da têmpera é limitada a uma temperatura igual a ou maior do que o ponto de transformação Ac3. O método de resfriamento não é particularmente limitado. Tipicamente, o tubo de aço é resfriado com ar (em uma taxa de resfriamento de 0,05°C/s ou mais e 20°C/s ou menos) ou resfriado com água (em uma taxa de resfriamento de 5°C/s ou mais e 100°C/s ou menos). As condições de taxa de resfriamento também não são limitadas.
Revenido
[0051] O tubo de aço temperado sofre revenido. Revenido é um processo em que o tubo de aço é aquecido para uma temperatura igual a ou menos do que o ponto de transformação Ac1, mantido por preferivelmente pelo menos 10 minutos e resfriado com ar. A fase de austenita ocorre quando a temperatura de revenido é maior do que o ponto de transformação Ac1. Nesse caso, não é possível prover a resistência alta desejada, tenacidade alta e resistência à corrosão desejável. Por essa razão, a temperatura de revenido é limitada a uma temperatura igual a ou menos do que o ponto de transformação Ac1. Preferivelmente, a temperatura de revenido é 565 a 600°C. O ponto de transformação Ac3 (°C) e o ponto de transformação Ac1 (°C) podem ser medidos através de um teste Formaster ao fornecer um histórico de temperatura de aquecimento e resfriamento a uma peça de teste, e encontrando o ponto de transformação a partir de um microdeslocamento devido à expansão e contração.
Exemplos
[0052] A presente invenção é descrita mais abaixo através dos
Exemplos.
[0053] Aços derretidos contendo os componentes mostrados na Tabela 1 foram transformados em aço com um conversor, e fundidos em tarugos (material de tubo de aço) através de fundição contínua. O tarugo foi trabalhado em um tubo com um laminador sem costuras modelo, e resfriado por resfriamento com ar ou resfriamento com água para produzir um tubo de aço sem costuras medindo 83,8 mm de diâmetro externo e 12,7 mm de espessura da parede.
[0054] Cada tubo de aço sem costuras foi cortado para obter um material de teste, que foi então submetido à têmpera e revenido sob as condições mostradas na Tabela 2. Uma peça de teste para observação de microestrutura foi obtida a partir do material de teste temperado e revenido. Após polimento, a quantidade de austenita retida (Y) foi medida através de difractometria de raio X.
[0055] Especificamente, a quantidade de austenita retida foi encontrada através da medição das intensidades integrais de raio X de difração do plano y (220) e do plano (211) da ferrita (α). Os resultados foram então convertidos usando a equação que segue. Y (fração de volume) = 100/(1 + (1 αRY/IYRα))
[0056] Na equação, Iα representa a intensidade integral de α, Rα representa um valor de cálculo teórico cristalográfico para α, Iy representa a intensidade integral de y e Ry representa um valor de cálculo teórico cristalográfico para y. Para a medição, radiação Mo-Kα foi usada sob a tensão de aceleração de 50 kV.
[0057] Uma amostra de teste de tração de formato em arco especificada pelo padrão API foi obtida do material de teste temperado e revenido, e as propriedades de tração (tensão de escoamento YS, resistência à tração TS) foram determinadas em um teste de tração conduzido de acordo com a especificação API-5CT. Para a medição dos pontos Ac3 e Ac1 (°C) na Tabela 2, uma peça de teste (diâmetro de 4 mm x 10 mm) foi obtida do material de teste temperado, e foi medida em um teste Formaster. Especificamente, a amostra de teste foi aquecida para 500°C a 5°C/s, e aquecida mais para 920°C a 0,25°C/s. O aço foi então mantido por 10 minutos e esfriado para a temperatura ambiente a 2°C/s. Os pontos de transformação Ac3 e Ac1 (°C) foram determinados através da detecção da expansão e da contração ocorrendo na peça de teste com esse histórico de temperatura.
[0058] O teste de SSC foi conduzido de acordo com NACE TM0177, Método A. O ambiente de teste foi criado ajustando o pH de uma solução de teste (uma solução aquosa de NaCl 20% em peso; temperatura líquida: 25°C; H2S: 0,1 bar; equil. CO2) para 4,0 com adição de 0,82 g/L de acetato de sódio e ácido acético. No teste, uma tensão de 90% da tensão de escoamento foi aplicada por 720 horas na solução. As amostras foram determinadas como sendo aceitáveis quando não havia nenhuma rachadura na amostra de teste após o teste, e inaceitáveis quando a amostra de teste tinha uma rachadura após o teste.
[0059] Os resultados são apresentados na Tabela 2. Tabela 1 *Sublinhado significa fora da faixa da invenção • O equilíbrio é Fe e impurezas casuais (*1) Fórmula (1): -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196.775N - 2.621Ti - 120,307 Tabela 2 (*1) Y retida: austenita retida *Sublinhado significa fora da faixa da invenção
[0060] Os tubos de aço do presente exemplo tinham todos resistência alta com uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais, demonstrando que os tubos de aço eram tubos sem costuras de aço inoxidável martensítico tendo excelente resistência à SSC que não racharam mesmo quando postos sob uma tensão em um ambiente contendo H2S. Por outro lado, nos Exemplos Comparativos fora da faixa da presente invenção, os tubos de aço não tinham a resistência alta desejada ou resistência à SSC desejável.

Claims (2)

1. Tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera, caracterizado pelo fato de que apresenta uma composição compreendendo, em % em massa: C: 0,010% ou mais e 0,040% ou menos, Si: 0,05% ou mais e 0,5% ou menos, Mn: 0,05 a 0,50%, P: 0,030% ou menos, S: 0,005% ou menos, Ni: 4,6 a 8,0%, Cr: 10,0 a 14,0%, Mo: 1,0 a 2,7%, Al: 0,1% ou menos, V: 0,005 a 0,2%, N: 0,1% ou menos, Ti: 0,255 a 0,500%, Cu: 0,01 a 1,0%, e Co: 0,01 a 1,0%, opcionalmente, em % em massa, pelo menos um selecionado dentre: Nb: 0,1% ou menos, W: 1,0% ou menos, Ca: 0,010% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos, e B: 0,010% ou menos, a composição satisfazendo a seguinte Fórmula (1), e o equilíbrio sendo Fe e impurezas incidentais, o tubo sem costuras de aço inoxidável martensítico tendo uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais, Fórmula (1) -35 < -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 < 45, onde C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, W, Nb, N, e Ti representam o teor de cada elemento em % em massa, e o teor é 0 (zero) por cento para elementos que não estão contidos, e uma microestrutura que contém, em volume, 70% ou mais de fase martensítica revenida, 30% ou menos de austenita retida e 5% ou menos de ferrita.
2. Método para a fabricação de um tubo sem costuras de ácido inoxidável martensítico para produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: formar um tubo de aço a partir de um material de tubo de aço da composição como definida na reivindicação 1; realizar têmpera no tubo de aço ao aquecer o tubo de aço para uma temperatura igual a ou maior do que o ponto de transformação Ac3, e resfriar o tubo de aço para uma temperatura de parada de resfriamento de 100°C ou menos; e realizar o revenimento no tubo de aço em uma temperatura igual a ou menor do que um ponto de transformação Ac1.
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