BR112021001353B1 - Tubo de aço sem costura adequado para uso em ambiente ácido - Google Patents
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Abstract
TUBO DE AÇO SEM COSTURA ADEQUADO PARA USO EM AMBIENTE ÁCIDO. É fornecido um tubo de aço sem costura com um limite de escoamento no intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi) e excelente resistência HIC. O tubo de aço sem costura de acordo com a presente divulgação tem uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,05 a 1,00%, Mn: 0,01 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: 0,0050% ou menos, Al: 0,005 a 0,070%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 2,00%, Ti: 0,002 a 0,020%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0005 a 0,0040%, metal de terras raras: 0,0001 a 0,0015%, Ca: 0,0001 a 0,0100%, N: 0,0100% ou menos e O: 0,0020% ou menos, com o balanço sendo Fe e impurezas, e satisfazendo a Fórmula (1) descrita na descrição. Um eixo principal máximo previsto de inclusões é 150 micrômetros ou menos, o eixo principal máximo previsto sendo previsto por meio de processamento estatístico de valor extremo. O limite de escoamento está dentro de um intervalo de 758 a 862 MPa.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um tubo de aço e, mais particularmente, se refere a um tubo de aço sem costura.
[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 dos tubos de aço de poço de petróleo. Especificamente, tubos de aço de poço de petróleo de grau 80 ksi (o limite de escoamento é 80 a menos de 95 ksi, ou seja, 552 a menos de 655 MPa) e de grau 95 ksi (o limite de escoamento é de 95 a menos de 110 ksi, ou seja, 655 a menos de 758 MPa) estão sendo amplamente utilizados e, recentemente, também estão começando a ser feitos pedidos para tubos de aço de 110 ksi (limite de escoamento é 110 a 125 ksi, ou seja, 758 a 862 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 também pode conter dióxido de carbono. Os tubos de aço de poços de petróleo para uso em tais ambientes corrosivos devem ter não apenas alta resistência, mas também resistência à trincamento por tensão de sulfetos (a seguir, referida como "resistência SSC").
[0004] A tecnologia para aumentar a resistência SSC de tubos de aço de poços de petróleo é divulgada na Publicação do Pedido de Patente Japonesa No. 2000-256783 (Literatura Patentária1), Publicação do Pedido de Patente Japonesa No. 2000-297344 (Literatura Patentária 2), Publicação de Pedido de Patente Japonesa N° 2005-350754 ( Literatura Patentária 3), Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2012-26030 ( Literatura Patentária) e Publicação de Pedido Internacional No. WO 2010/150915( Literatura Patentária 5).
[0005] Um aço de poço de petróleo de alta resistência divulgado na Literatura Patentária 1 contém, em % em peso, C: 0,2 a 0,35%, Cr: 0,2 a 0,7%, Mo: 0,1 a 0,5% e V: 0,1 a 0,3%. A quantidade de carbonetos de precipitação está dentro do intervalo de 2 a 5 por cento em peso, e entre os carbonetos de precipitação, a proporção de carbonetos do tipo MC está dentro do intervalo de 8 a 40 por cento em peso, e o tamanho do grão de austenita anterior é No. 11 ou superior em termos de números de granulometria definidos em ASTM. É descrito na Literatura Patentária 1 que o aço de poços de petróleo de alta resistência supracitado é excelente em tenacidade e resistência à trincamento pela corrosão sob tensão de sulfeto.
[0006] Um aço para poços de petróleo que é divulgado na Literatura Patentária 2 é um aço de baixa liga contendo, em % em massa, C: 0,15 a 0,3%, Cr: 0,2 a 1,5%, Mo: 0,1 a 1%, V: 0,05 a 0,3% e Nb: 0,003 a 0,1%. A quantidade de carbonetos de precipitação está dentro do intervalo de 1,5 a 4% em massa, a proporção que os carbonetos do tipo MC ocupam entre a quantidade de carbonetos está dentro do intervalo de 5 a 45% em massa, e quando a espessura da parede do produto é tomada como t (mm), a proporção de carbonetos do tipo M23C6 é (200/t) ou menos em percentual em massa. É descrito na Literatura Patentária 2 que o aço supracitado para poços de petróleo é excelente em tenacidade e resistência à trincamento pela corrosão sob tensão de sulfetos.
[0007] Um aço para produtos tubulares petrolíferos de baixa liga divulgado na Literatura Patentária 3 contém, em % em massa, C: 0,20 a 0,35%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 0,05 a 1,0%, P: 0,025% ou menos, S: 0,010% ou menos, Al: 0,005 a 0,10%, Cr: 0,1 a 1,0%, Mo: 0,5 a 1,0%, Ti: 0,002 a 0,05%, V: 0,05 a 0,3%, B: 0,0001 a 0,005%, N: 0,01% ou menos e O (oxigênio): 0,01% ou menos. Uma largura de meio valor H e um coeficiente de difusão de hidrogênio D (10-6 cm2/s) satisfazem a expressão (30H + D < 19,5). É descrito na Literatura Patentária 3 que o aço supracitado para produtos tubulares de petróleo de baixa liga tem excelente resistência SSC, mesmo quando o aço tem alta resistência com uma tensão de escoamento (YS) de 861 MPa ou mais.
[0008] Um tubo de aço de poço de petróleo divulgado na Literatura Patente 4 tem uma composição que consiste em, em % em massa, C: 0,18 a 0,25%, Si: 0,1 a 0,3%, Mn: 0,4 a 0,8%, P: 0,015% ou menos, S: 0,005% ou menos, Al: 0,01 a 0,1%, Cr: 0,3 a 0,8%, Mo: 0,5 a 1,0%, Nb: 0,003 a 0,015%, Ti: 0,002 a 0,05% e B: 0,003% ou menos, com o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis. Na microestrutura do tubo de aço de poço de petróleo supracitado, uma fase de martensita revenida é a fase principal, o número de M3C ou M2C incluído em uma região de 20 μm x 20 μm e tendo uma razão de aspecto de 3 ou menos e um eixo principal de 300 nm ou mais quando a forma de carboneto é considerada elíptica não é maior que 10, o teor de M23C6 é menor que 1% em massa, precipitados de M2C acicular dentro dos grãos e a quantidade de Nb precipitando como carbonetos tendo um tamanho de 1 μm ou mais é inferior a 0,005% em massa. É descrito na Literatura Patentária 4 que o tubo de aço de poço de petróleo supracitado é excelente em resistência à trincamento por tensão de sulfetos, mesmo quando o limite de escoamento é de 862 MPa ou mais.
[0009] Um tubo de aço sem costura para poços de petróleo divulgado na Literatura Patente 5 tem uma composição que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,50%, Si: 0,1 a 1,0%, Mn: 0,3 a 1,0%, P: 0,015% ou menos, S: 0,005% ou menos, Al: 0,01 a 0,1%, N: 0,01% ou menos, Cr: 0,1 a 1,7%, Mo: 0,4 a 1,1%, V: 0,01 a 0,12%, Nb: 0,01 a 0,08% e B: 0,0005 a 0,003%, em que a proporção de Mo contida como Mo dissolvido é 0,40% ou mais, com o saldo sendo Fe e impurezas inevitáveis. Na microestrutura do tubo de aço de poço de petróleo supracitado, uma fase de martensita revenida é a fase principal, o número de granulometria de grãos de austenita prévia é de 8,5 ou superior e precipitados do tipo M2C substancialmente particulados são dispersos em uma quantidade de 0,06% em massa ou mais. É descrito na Literatura Patentária 5 que o tubo de aço sem costura para poços de petróleo supracitado tem uma alta resistência de grau 110 ksi e excelente resistência à trincamento por tensão de sulfetos.
[0010] Literatura Patentária 1: Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2000-256783 Literatura Patentária 2: Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2000-297344 Literatura Patentária 3: Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2005-350754 Literatura Patentária 4: Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2012-26030 Literatura Patentária 5: Publicação de Pedido Internacional n° WO 2010/150915
[0011] Conforme descrito acima, os tubos de aço de poços de petróleo que são ajustados para um limite de escoamento desejado e com os quais uma excelente resistência SSC é obtida são propostos nas Literaturas de Patentes 1 a 5. Por outro lado, além da SSC, o trincamento induzido por hidrogênio (a seguir, referido como "HIC") pode ocorrer em alguns casos em tubos de aço sem costura utilizáveis em um ambiente ácido. HIC é a trinca que ocorre devido ao hidrogênio que surgiu devido a uma reação de corrosão em um ambiente ácido que penetra no tubo de aço sem costura. Resumindo, ao contrário da SSC, o HIC ocorre mesmo em um caso onde a tensão não está sendo aplicada.
[0012] Em outras palavras, existe a possibilidade de ocorrer HIC em um tubo de aço sem costura que está sendo usado como um tubo de aço de poço de petróleo. No entanto, quase nenhum estudo foi realizado em relação à resistência HIC para tubos de aço sem costura com um limite de escoamento de grau 110 ksi (758 a 862 MPa).
[0013] Um objetivo da presente divulgação é fornecer um tubo de aço sem costura que tenha um limite de escoamento de 758 a 862 MPa (110 a 125 ksi, grau 110 ksi) e também tenha excelente resistência HIC.
[0014] Um tubo de aço sem costura de acordo com a presente divulgação tem uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,05 a 1,00%, Mn: 0,01 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: 0,0050% ou menos, Al: 0,005 a 0,070%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 2,00%, Ti: 0,002 a 0,020%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0005 a 0,0040%, metal de terras raras: 0,0001 a 0,0015%, Ca: 0,0001 a 0,0100%, N: 0,0100% ou menos, O: 0,0020% ou menos, V: 0 a 0,30%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,00%, W: 0 a 1,00%, Ni: 0 a 0,50% e Cu: 0 a 0,50%, com o balanço sendo Fe e impurezas, e satisfazendo a Fórmula (1). No tubo de aço sem costura de acordo com a presente divulgação, um eixo principal máximo de inclusões no tubo de aço sem costura é de 150 μm ou menos, o eixo principal máximo sendo previsto por meio de processamento estatístico de valor extremo. O tubo de aço sem costura de acordo com a presente divulgação tem um limite de escoamento dentro de um intervalo de 758 a 862 MPa. (Ca/O+Ca/S+0,285xREM/O+0,285xREM/S)x(Al/Ca) > 40,0 (1) onde, um teor (% em massa) de um elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na Fórmula (1).
[0015] O tubo de aço sem costura de acordo com a presente divulgação tem um limite de escoamento dentro de um intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi) e tem excelente resistência HIC.
[0016] [FIG. 1] A FIG. 1 é uma vista que ilustra a relação entre um eixo principal máximo previsto de inclusões e a resistência HIC. [FIG. 2] A FIG. 2 é um diagrama esquemático que indica a distribuição de inclusões no campo visual de observação ao obter o eixo principal máximo previsto de inclusões de acordo com a presente modalidade.
[0017] Os presentes inventores conduziram investigações e estudos relativos à resistência HIC em tubos de aço sem costura com um limite de escoamento dentro de um intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi) que será supostamente usado em um ambiente ácido e obteve as seguintes descobertas.
[0018] Em primeiro lugar, os presentes inventores pensaram em aumentar o limite de escoamento de um tubo de aço sem costura para 110 ksi, ajustando a composição química de modo a consistir em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,05 a 1,00%, Mn: 0,01 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: 0,0050% ou menos, Al: 0,005 a 0,070%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 2,00%, Ti: 0,002 a 0,020%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0005 a 0,0040%, metal de terras raras: 0,0001 a 0,0015%, Ca: 0,0001 a 0,0100%, N: 0,0100% ou menos, O: 0,0020% ou menos, V: 0 a 0,30%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,00%, W: 0 a 1,00%, Ni: 0 a 0,50% e Cu: 0 a 0,50%, com o equilíbrio sendo Fe e impurezas. Os presentes inventores produziram então vários tipos de tubos de aço sem costura de grau 110 ksi com a composição química supracitada e investigaram e estudaram a resistência HIC dos tubos de aço sem costura.
[0019] A ocorrência de HIC foi confirmada em alguns tubos de aço sem costura entre os tubos de aço sem costura com a composição química supracitada e tendo um limite de escoamento de grau 110 ksi. Portanto, os presentes inventores conduziram investigações detalhadas a respeito dos tubos de aço sem costura em que HIC ocorreu. Como resultado, os presentes inventores descobriram que, nos tubos de aço sem costura em que ocorreu o HIC, ocorreram rachaduras originadas de inclusões grossas como pontos de partida.
[0020] Os presentes inventores então realizaram estudos detalhados sobre a relação entre inclusões grossas e resistência HIC. Como resultado, os presentes inventores obtiveram os seguintes resultados. Ou seja, quando inclusões grossas estão presentes em um tubo de aço sem costura, a concentração de tensões pode ocorrer na interface entre as inclusões e o metal de base. Nesse caso, ocorre HIC que se origina das inclusões como pontos de partida. Além disso, entre as inclusões grossas, a concentração de tensões pode ocorrer na interface entre, em particular, as inclusões que têm um eixo principal longo e o metal de base. Portanto, em um caso onde inclusões que têm um longo eixo principal estão presentes em um tubo de aço sem costura, a resistência HIC do tubo de aço sem costura diminui. Ou seja, para aumentar a resistência HIC de um tubo de aço sem costura, é bom reduzir inclusões que possuem um eixo principal longo, e não simplesmente reduzir inclusões grossas.
[0021] Como resultado de estudos adicionais conduzidos pelos presentes inventores, os presentes inventores esclareceram que entre as inclusões contidas em um tubo de aço sem costura, as inclusões finas não diminuem a resistência HIC. Ou seja, considera-se que, para aumentar a resistência HIC de um tubo de aço sem costura, requisitos adequados à situação real podem ser definidos se for determinado se inclusões que têm um eixo principal longo estão ou não presentes no aço sem costura tubo podem ser usadas como um índice, e não usando como um índice um valor médio de inclusões, como a granulometria média das inclusões.
[0022] Por outro lado, convencionalmente, o tamanho do grão das inclusões que é obtido pela observação do microscópio (por exemplo, diâmetro circular equivalente ou raiz quadrada da área) ou o eixo principal das inclusões tem sido usado como um índice da aspereza das inclusões. Na observação microscópica convencional, embora inclusões contidas em um tubo de aço sem costura possam ser observadas, tal observação microscópica é pouco mais do que a observação de uma distribuição média de inclusões, como a densidade numérica em vários campos visuais. Além disso, na observação microscópica convencional, a fim de determinar se inclusões que têm um eixo maior longo estão presentes, é necessário aumentar o número de campos visuais para a observação microscópica e alargar a área do campo visual. No entanto, se o número de campos visuais para observação ao microscópio aumentar sem consideração cuidadosa, o tempo e as despesas necessários para realizar a observação ao microscópio aumentarão.
[0023] Portanto, os presentes inventores conceberam o uso de processamento estatístico para prever o eixo principal de inclusões contidas em um tubo de aço sem costura. Especificamente, os presentes inventores focaram sua atenção em uma técnica conhecida como "processamento estatístico de valor extremo". O termo "processamento estatístico de valor extremo" refere-se a uma técnica que adquire um valor extremo (por exemplo, um eixo principal máximo de inclusões) nos respectivos campos visuais e estima a distribuição de probabilidade em uma pluralidade de campos visuais. Usando processamento estatístico de valor extremo, o eixo principal máximo de inclusões que estão presentes em um tubo de aço sem costura pode ser previsto. Portanto, os presentes inventores investigaram a relação entre o eixo principal máximo de inclusões contido em um tubo de aço sem costura que é previsto por processamento estatístico de valor extremo (a seguir também referido simplesmente como "eixo principal máximo previsto de inclusões") e a resistência HIC.
[0024] Especificamente, os presentes inventores investigaram em detalhes a relação entre um eixo principal máximo previsto de inclusões (Dmax) determinado por processamento estatístico de valor extremo que é descrito posteriormente e a resistência HIC em tubos de aço sem costura tendo a composição química supracitada e tendo um limite de escoamento de grau 110 ksi. A FIG. 1 é uma vista que ilustra a relação entre o eixo principal máximo previsto de inclusões e a resistência HIC. A FIG. 1 foi criada usando um eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax (μm) obtido por um método que é descrito posteriormente e uma razão de área de trincamento CAR (%) obtida por um teste de HIC que é descrito posteriormente, com respeito a tubos de aço sem costura para os quais, entre os tubos de aço sem costura dos exemplos que são descritos posteriormente, tendo a composição química supracitada e tendo um limite de escoamento de grau 110 ksi.
[0025] Observe que, o ajuste do limite de escoamento de cada tubo de aço sem costura mostrado na FIG. 1 foi realizado ajustando a temperatura de revenimento. Além disso, em relação à resistência HIC, a resistência HIC foi determinada como boa se a razão da área de trincamento CAR fosse inferior a 3,0%. A seta para baixo na FIG. 1 denota que a razão da área de trincamento CAR é menor do que a posição do gráfico ilustrado.
[0026] Com referência à FIG. 1, nos tubos de aço sem costura que satisfazem a composição química supracitada e tendo um limite de escoamento de grau 110 ksi, quando o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é mais de 150 μm, a razão de área de trincamento CAR é de 3,0% ou mais e o HIC a resistência diminui. Por outro lado, quando o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é 150 μm ou menos, a razão da área de trincamento CAR é menor que 3,0% e a resistência HIC aumenta. Ou seja, na FIG. 1, como resultado de estudos detalhados conduzidos pelos presentes inventores, os presentes inventores esclareceram quando o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é 150 μm ou menos, a resistência HIC pode ser notavelmente aumentada.
[0027] Portanto, com referência à FIG. 1, foi esclarecido como resultado dos estudos conduzidos pelos presentes inventores que em um tubo de aço sem costura satisfazendo a composição química supracitada e tendo um limite de escoamento de 110 ksi, se o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax for 150 μm ou menos, há o notável efeito vantajoso de que a razão da área de trincamento CAR é inferior a 3,0%. Por conseguinte, no tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, a composição química supracitada é satisfeita, o limite de escoamento é de grau 110 ksi e o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é 150 μm ou menos. Como resultado, o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade exibe excelente resistência HIC, com a razão de área de trincamento CAR sendo inferior a 3,0%.
[0028] O tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade que foi concluída com base nas descobertas acima tem uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,05 a 1,00%, Mn: 0,01 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: 0,0050% ou menos, Al: 0,005 a 0,070%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 2,00%, Ti: 0,002 a 0,020%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0005 a 0,0040%, metal de terras raras: 0,0001 a 0,0015%, Ca: 0,0001 a 0,0100%, N: 0,0100% ou menos, O: 0,0020% ou menos, V: 0 a 0,30%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr : 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,00%, W: 0 a 1,00%, Ni: 0 a 0,50% e Cu: 0 a 0,50%, com o equilíbrio sendo Fe e impurezas, e satisfazendo a Fórmula (1). No tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, um eixo principal máximo de inclusões no tubo de aço sem costura é de 150 μm ou menos, o eixo principal máximo sendo previsto por meio de processamento estatístico de valor extremo. No tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, o limite de escoamento está dentro de um intervalo de 758 a 862 MPa. (Ca/O+Ca/S+0,285xREM/O+0,285xREM/S)x(Al/Ca) > 40,0 (1) onde, um teor (% em massa) do elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na Fórmula (1).
[0029] A composição química supracitada pode conter V em uma quantidade de 0,01 a 0,30%.
[0030] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Mg: 0,0001 a 0,0100% e Zr: 0,0001 a 0,0100%.
[0031] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Co: 0,02 a 1,00% e W: 0,02 a 1,00%.
[0032] A composição química supracitada pode conter um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo que consiste em Ni: 0,01 a 0,50% e Cu: 0,01 a 0,50%.
[0033] O tubo de aço sem costura supracitado pode ser um tubo de aço de poço de petróleo.
[0034] Na presente descrição, o tubo de aço de poço de petróleo pode ser um produto tubular petrolífero. Os produtos tubulares petrolíferos são, por exemplo, tubos de aço que são usados para uso em revestimento ou tubulação.
[0035] Se o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade for um tubo de aço de poço de petróleo, mesmo quando a espessura da parede do mesmo for 15 mm ou mais, o tubo de aço sem costura tem um limite de escoamento de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi) e tem excelente resistência HIC em um ambiente ácido.
[0036] A excelente resistência HIC em um ambiente ácido mencionada acima pode ser avaliada por um método de acordo com a NACE TM0284-2011. Especificamente, a resistência HIC pode ser avaliada pelo seguinte método. Uma solução aquosa mista contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio e 0,5% em massa de ácido acético (solução NACE A) é utilizada como solução de teste.
[0037] Uma amostra preparada a partir do tubo de aço sem costura é imersa na solução de teste a 24°C. Depois que a solução de teste é desgaseificada, H2S a 1 atm é selado nela, e isso é adotado como um banho de teste. Depois de ser mantido por 96 horas enquanto se agita o banho de teste, a amostra de teste é retirada. A amostra de teste que foi retirada é submetida a um teste de detecção de falha ultrassônica (C-scan), e a área de porções de indicação (porções de ocorrência de HIC) é determinada.
[0038] A razão da área de trincamento CAR (%) é obtida a partir da seguinte Fórmula (2) com base na área determinada de porções de indicação e a área projetada da amostra durante o teste de detecção de falha ultrassônica. CAR (%) = (área das porções de indicação/área projetada) x 100 (2)
[0039] Para o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, no teste de resistência HIC, a taxa de área de fissuração CAR (%) após 96 horas decorridas é inferior a 3,0%.
[0040] A seguir, o tubo de aço sem costura de acordo com a presente invenção é descrito em detalhes. O símbolo "%" em relação a um elemento significa "percentual em massa", a menos que seja especificado de outra forma.
[0041] [Composição Química] A composição química do tubo de aço sem costura de acordo com a presente invenção contém os seguintes elementos.
[0042] C: 0,15 a 0,45% O carbono (C) aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta o limite de escoamento do material de aço. C também promove a esferoidização de carbonetos durante o revenimento no processo de produção e aumenta ainda mais o limite de escoamento do material de aço. Esses efeitos não serão obtidos se o teor de C for muito baixo. Por outro lado, se o teor de C for muito alto, a tenacidade do material de aço diminuirá e poderá ocorrer trincamento por têmpera. Portanto, o teor de C está no intervalo de 0,15 a 0,45%. Um limite inferior preferencial do teor de C é 0,18%, mais preferencialmente é 0,20%, mais preferencialmente é 0,22% e ainda mais preferencialmente é 0,24%. Um limite superior preferencial do teor de C é 0,40%, mais preferencialmente é 0,35%, ainda mais preferencialmente é 0,33% e ainda mais preferencialmente é 0,30%.
[0043] Si: 0,05 a 1,00% O silício (Si) desoxidou 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 no intervalo de 0,05 a1,00%. Um limite inferior preferencial do teor de Si é 0,15% e mais preferencialmente 0,20%. Um limite superior preferencial do teor de Si é 0,85%, mais preferencialmente é 0,70%, mais preferencialmente é 0,60%, mais preferencialmente é 0,50%, mais preferencialmente é 0,45% e ainda mais preferencialmente é 0,40%.
[0044] Mn: 0,01 a 1,00% O manganês (Mn) desoxidou o aço. Mn também aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta o limite de escoamento 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 segregará nas bordas dos grãos juntamente com impurezas como P e S. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Além disso, se o teor de Mn for muito alto, a quantidade de MnS, que é uma inclusão que se estende facilmente, aumenta. Como resultado, o eixo principal máximo previsto de inclusões torna-se mais longo e a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Mn está dentro de um intervalo de 0,01 a 1,00%. Um limite inferior preferencial do teor de Mn é 0,02%, e mais preferencialmente é 0,03%. Um limite superior preferencial do teor de Mn é 0,90%, mais preferencialmente é 0,80%, mais preferencialmente é 0,70%, mais preferencialmente é 0,60%, mais preferencialmente é 0,55% e ainda mais preferencialmente é 0,50%.
[0045] P: 0,030% ou menos Fósforo (P) é uma impureza. Ou seja, o teor de P é superior a 0%. P segregar nas bordas dos grãos e fragiliza o material de aço. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de P é 0,030% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de P é de 0,025%, e mais preferencialmente é de 0,020%. 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, quando se leva em consideração a produção industrial, um limite inferior preferencial do teor de P é 0,0001%, mais preferencialmente é 0,0003%, mais preferencialmente é 0,001% e ainda mais preferencialmente é 0,002%.
[0046] S: 0,0050% ou menos O enxofre (S) é uma impureza. Ou seja, o teor de S é superior a 0%. S segrega nas bordas dos grãos e fragiliza o material de aço. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. S também se combina com Mn para formar MnS. MnS é uma inclusão que se estende facilmente e, se a quantidade de MnS aumentar, o eixo principal máximo previsto de inclusões se torna mais longo. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de S é 0,0050% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de S é 0,0045%, mais preferencialmente é 0,0035%, mais preferencialmente é 0,0030%, e ainda mais preferencialmente é 0,0025%. 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, quando se leva em consideração a produção industrial, um limite inferior preferencial do teor de S é 0,0001%, e mais preferencialmente é 0,0003%.
[0047] Al: 0,005 a 0,070% O alumínio (Al) desoxidou o aço. Se o teor de Al for muito baixo, esse efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Al for muito alto, inclusões grossas são formadas no material de aço e o eixo principal máximo previsto de inclusões torna-se mais longo. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Al está dentro de um intervalo de 0,005 a 0,070%. Um limite inferior preferencial do teor de Al é 0,010% e mais preferencialmente é 0,015%. Um limite superior preferencial do teor de Al é 0,060%, mais preferencialmente é 0,050%, ainda mais preferencialmente é 0,045%, mais preferencialmente é 0,040% e ainda mais preferencialmente é 0,035%. Na presente descrição, o teor de "Al" significa "Al solúvel em ácido", ou seja, o teor de "Al. sol.”.
[0048] Cr: 0,30 a 1,50% O cromo (Cr) aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a limite de escoamento do material de aço. Se o teor de Cr for muito baixo, esse efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Cr for muito alto, carbonetos grossos se formam no material de aço e a resistência SSC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Cr está no intervalo de 0,30 a 1,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Cr é 0,32%, mais preferencialmente é 0,35%, mais preferencialmente é 0,40%, mais preferencialmente é 0,45% e ainda mais preferencialmente é 0,50%. Um limite superior preferencial do teor de Cr é 1,40%, mais preferencialmente é 1,30%, mais preferencialmente é 1,25% e ainda mais preferencialmente é 1,10%.
[0049] Mo: 0,25 a 2,00% O molibdênio (Mo) aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta o limite de escoamento do material de aço. Se o teor de Mo for muito baixo, este efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Mo for muito alto, os efeitos mencionados são saturados. Portanto, o teor de Mo está no intervalo de 0,25 a 2,00%. Um limite inferior preferencial do teor de Mo é 0,30%, mais preferencialmente é 0,40%, mais preferencialmente é 0,45%, mais preferencialmente é 0,50%, mais preferencialmente é 0,55% e ainda mais preferencialmente é 0,60%. Um limite superior preferencial do teor de Mo é 1,70%, mais preferencialmente é 1,50%, mais preferencialmente é 1,40% e ainda mais preferencialmente é 1,30%.
[0050] Ti: 0,002 a 0,020% O titânio (Ti) se combina com o N para formar nitretos finos e refina os grãos do cristal pelo efeito de pinagem. Como resultado, a limite de escoamento do material de aço aumenta. Se o teor de Ti for muito baixo, este efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de Ti for muito alto, nitretos de Ti grosseiros são formados no material de aço e a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Ti está dentro de um intervalo de 0,002 a 0,020%. Um limite inferior preferencial do teor de Ti é 0,003% e mais preferencialmente 0,004%. Um limite superior preferencial do teor de Ti é de 0,018%, mais preferencialmente é de 0,015%, mais preferencialmente é de 0,012%, e ainda mais preferencialmente é de 0,010%.
[0051] Nb: 0,002 a 0,100% Nióbio (Nb) combina com C para formar carbonetos finos. Como resultado, a limite de escoamento do material de aço aumenta. Este efeito não é obtido se o teor de Nb for muito baixo. Por outro lado, se o teor de Nb for muito alto, carbonetos, nitretos ou carbonitretos (doravante, referidos como "carbonitretos e semelhantes") são excessivamente formados em alguns casos. Nesses casos, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Nb está no intervalo de 0,002 a 0,100%. Um limite inferior preferencial do teor de Nb é 0,003%, mais preferencialmente é 0,007%, mais preferencialmente é 0,010%, mais preferencialmente é 0,015% e ainda mais preferencialmente é 0,020%. Um limite superior preferencial do teor de Nb é 0,080%, mais preferencialmente é 0,050%, mais preferencialmente é 0,040%, e ainda mais preferencialmente é 0,030%.
[0052] B: 0,0005 a 0,0040% O boro (B) se dissolve no aço e aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a limite de escoamento do material de aço. Se o teor de B for muito baixo, este efeito não é obtido. Por outro lado, se o teor de B for muito alto, nitretos grosseiros de B são formados e a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de B está no intervalo de 0,0005 a 0,0040%. Um limite inferior preferencial do teor de B é 0,0008% e mais preferencialmente é 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de B é 0,0030%, mais preferencialmente é 0,0025%, ainda mais preferencialmente é 0,0020%, mais preferencialmente é 0,0018% e ainda mais preferencialmente é 0,0015%.
[0053] Metal de terra rara: 0,0001 a 0,0015% O metal de terra rara (REM) reduz o FeO. Como resultado, REM suprime a formação de agrupamentos de Al2O3 e Al2O3, X2O3 e X2OS (X representa REM) são formados. Como resultado, o eixo principal máximo previsto de inclusões diminui e a resistência HIC do material de aço aumenta. REM também se combina com P no material de aço e suprime a segregação de P nas bordas dos grãos do cristal. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Esses efeitos não são obtidos se o teor de REM for muito baixo. Por outro lado, se o teor de REM for muito alto, inclusões grossas são formadas no material de aço e o eixo principal máximo previsto de inclusões torna-se mais longo. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de REM está no intervalo de 0,0001 a 0,0015%. Um limite inferior preferencial do teor de REM é 0,0002%, mais preferencialmente é 0,0003%, mais preferencialmente é 0,0004%, mais preferencialmente é 0,0005% e ainda mais preferencialmente é 0,0006%. Um limite superior preferencial do teor de REM é 0,0012%, mais preferencialmente é 0,0011%, ainda mais preferencialmente é 0,0010% e ainda mais preferencialmente é 0,0009%.
[0054] Observe que, na presente descrição, o termo "REM" se refere a um ou mais tipos de elemento selecionados de um grupo que consiste em escândio (Sc), que é o elemento com número atômico 21, ítrio (Y), que é o elemento com número atômico 39, e os elementos de lantânio (La) com número atômico 57 a lutécio (Lu) com número atômico 71 que são lantanóides. Além disso, na presente descrição, o termo "teor de REM" refere-se ao teor total desses elementos.
[0055] Ca: 0,0001 a 0,0100% O cálcio (Ca) esferoidiza as inclusões contidas no material de aço e diminui o eixo principal máximo previsto das inclusões. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Este efeito não é obtido se o teor de Ca for muito baixo. Por outro lado, se o teor de Ca for muito alto, inclusões grosseiras à base de óxido são formadas no material de aço e a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Ca está no intervalo de 0,0001 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Ca é 0,0002%, mais preferencialmente é 0,0003%, mais preferencialmente é 0,0005%, mais preferencialmente é 0,0006%, mais preferencialmente é 0,0008% e ainda mais preferencialmente é 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de Ca é 0,0040%, mais preferencialmente é 0,0030%, mais preferencialmente é 0,0025%, ainda mais preferencialmente é 0,0020%, mais preferencialmente é 0,0017% e ainda mais preferencialmente é 0,0015%.
[0056] N: 0,0100% ou menos O nitrogênio (N) está inevitavelmente contido. Ou seja, o teor de N é superior a 0%. N se combina com Ti para formar nitretos finos e refina os grãos de cristal pelo efeito de pinagem. Como resultado, a limite de escoamento do material de aço aumenta. Por outro lado, se o teor de N for muito alto, nitretos de Ti grosseiros são formados no material de aço e a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de N é 0,0100% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de N é 0,0050%, e mais preferencialmente é 0,0045%. Um limite inferior preferencial do teor de N para obter mais eficazmente o efeito mencionado é 0,0015%, mais preferencialmente é 0,0020%, mais preferencialmente é 0,0025% e ainda mais preferencialmente é 0,0030%.
[0057] O: 0,0020% ou menos O oxigênio (O) é uma impureza. Ou seja, o teor de O é superior a 0%. O forma inclusões à base de óxido grosso e torna o eixo principal máximo previsto de inclusões mais longo. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de O é 0,0020% ou menos. Um limite superior preferencial do teor de O é 0,0019%, mais preferencialmente é 0,0018%, mais preferencialmente é 0,0016%, e ainda mais preferencialmente é 0,0015%. 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, quando se leva em consideração a produção industrial, um limite inferior preferencial do teor de O é 0,0001%, e mais preferencialmente é 0,0003%.
[0058] 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 a elementos que, durante a produção industrial do material de aço, são misturados a partir de minério ou sucata que é usada como matéria-prima do material de aço, ou do ambiente de produção ou semelhante, e que são permitidos dentro de um intervalo que não afeta adversamente o material de aço de acordo com a presente modalidade.
[0059] [Quanto aos elementos opcionais] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda V em vez de uma parte de Fe.
[0060] V: 0 a 0,30% Vanádio (V) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Ou seja, o teor de V pode ser 0%. Se contido, V forma carbonetos finos durante o revenido e aumenta a limite de escoamento do material de aço. Se mesmo uma pequena quantidade de V estiver contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de V for muito alto, a tenacidade do material de aço diminui. Portanto, o teor de V está no intervalo de 0 a 0,30%. Um limite inferior preferencial do teor de V é mais do que 0%, mais preferencialmente é 0,01%, mais preferencialmente é 0,02%, mais preferencialmente é 0,04%, mais preferencialmente é 0,06% e ainda mais preferencialmente é 0,08%. Um limite superior preferencial do teor de V é 0,25%, mais preferencialmente é 0,20%, mais preferencialmente é 0,15% e ainda mais preferencialmente é 0,12%.
[0061] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Mg e Zr em vez de uma parte de Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional e aumenta a resistência HIC do material de aço.
[0062] Mg: 0 a 0,0100% Magnésio (Mg) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Ou seja, o teor de Mg pode ser 0%. Se contido, o Mg refina as inclusões à base de sulfeto contidas no material de aço e torna o eixo principal máximo previsto de inclusões mais curto. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Mesmo que uma pequena quantidade de Mg esteja contida, esse efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Mg for muito alto, inclusões grossas são formadas no material de aço e o eixo principal máximo previsto de inclusões torna- se mais longo. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Mg está no intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Mg é superior a 0%, mais preferencialmente é 0,0001%, mais preferencialmente é 0,0003%, mais preferencialmente é 0,0006% e ainda mais preferencialmente é 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de Mg é 0,0040%, mais preferencialmente é 0,0030%, adicionalmente e preferencialmente é 0,0025% e adicionalmente e preferencialmente é 0,0020%.
[0063] Zr: 0 a 0,0100% Zircônio (Zr) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Ou seja, o teor de Zr pode ser 0%. Se contido, o Zr refina as inclusões à base de sulfeto contidas no material de aço e torna o eixo principal máximo previsto de inclusões mais curto. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Mesmo que uma pequena quantidade de Zr esteja contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Zr for muito alto, inclusões grossas são formadas no material de aço e o eixo principal máximo previsto de inclusões torna-se mais longo. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de Zr está no intervalo de 0 a 0,0100%. Um limite inferior preferencial do teor de Zr é superior a 0%, mais preferencialmente é 0,0001%, mais preferencialmente é 0,0003%, mais preferencialmente é 0,0006% e ainda mais preferencialmente é 0,0010%. Um limite superior preferencial do teor de Zr é 0,0040%, mais preferencialmente é 0,0030%, mais preferencialmente é 0,0025%, e ainda mais preferencialmente é 0,0020%.
[0064] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Co e W em vez de uma parte de Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional que forma uma camada protetora contra corrosão em um ambiente ácido e suprime a penetração de hidrogênio. Dessa forma, cada um desses elementos aumenta a resistência HIC do material de aço.
[0065] Co: 0 a 1,00% O cobalto (Co) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Ou seja, o teor de Co pode ser 0%. Se contido, Co forma um revestimento protetor contra corrosão em um ambiente ácido e suprime a penetração de hidrogênio. Como resultado, o Co aumenta a resistência HIC do material de aço. Mesmo que uma pequena quantidade de Co esteja 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 limite de escoamento do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Co está no intervalo de 0 a 1,00%. Um limite inferior preferencial do teor de Co é mais do que 0%, mais preferencialmente é 0,02%, ainda mais preferencialmente é 0,03%, e ainda mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de Co é 0,90% e mais preferencialmente é 0,80%.
[0066] W: 0 a 1,00% O tungstênio (W) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Ou seja, o teor de W pode ser 0%. Se contido, W forma um revestimento protetor contra corrosão em um ambiente ácido e suprime a penetração de hidrogênio. Como resultado, o W aumenta a resistência HIC do material de aço. Mesmo que uma pequena quantidade de W esteja contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de W for muito alto, carbonetos grossos se formam no material de aço e fragilizam o material de aço. Como resultado, a resistência HIC do material de aço diminui. Portanto, o teor de W está no intervalo de 0 a 1,00%. Um limite inferior preferencial do teor de W é mais do que 0%, mais preferencialmente é 0,02%, ainda mais preferencialmente é 0,03%, e ainda mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de W é 0,90% e mais preferencialmente é 0,80%.
[0067] A composição química do material de aço descrito acima pode conter ainda um ou mais tipos de elementos selecionados do grupo que consiste em Ni e Cu em vez de uma parte de Fe. Cada um desses elementos é um elemento opcional, aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a limite de escoamento do material de aço.
[0068] Ni: 0 a 0,50% O níquel (Ni) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Ou seja, o teor de Ni pode ser 0%. Se contido, o Ni aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a limite de escoamento do material de aço. Mesmo que uma pequena quantidade de Ni esteja contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Ni for muito alto, o Ni promoverá a corrosão local e a resistência SSC do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Ni está no intervalo de 0 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Ni é mais do que 0%, mais preferencialmente é0,01% e ainda mais preferencialmente é 0,02%. Um limite superior preferencial do teor de Ni é 0,10%, mais preferencialmente é 0,08%, e ainda mais preferencialmente é 0,06%.
[0069] Cu: 0 a 0,50% O cobre (Cu) é um elemento opcional e não precisa ser contido. Ou seja, o teor de Cu pode ser 0%. Se contido, o Cu aumenta a temperabilidade do material de aço e aumenta a limite de escoamento do material de aço. Mesmo que uma pequena quantidade de Cu esteja contida, este efeito é obtido até certo ponto. No entanto, se o teor de Cu for muito alto, a temperabilidade do material de aço será muito alta e a tenacidade do material de aço diminuirá. Portanto, o teor de Cu está no intervalo de 0 a 0,50%. Um limite inferior preferencial do teor de Cu é mais do que 0%, mais preferencialmente é 0,01%, mais preferencialmente é 0,02% e ainda mais preferencialmente é 0,05%. Um limite superior preferencial do teor de Cu é 0,35% e mais preferencialmente é 0,25%.
[0070] [Referente à Fórmula (1)] A composição química do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade também satisfaz a Fórmula (1). (Ca/O+Ca/S+0,285xREM/O+0,285xREM/S)x(Al/Ca) > 40,0 (1) onde, um teor (% em massa) de um elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na Fórmula (1).
[0071] Fn1 (= (Ca/O+Ca/S+0,285xREM/O+0,285xREM/S)x(Al/Ca)) é um índice que indica a forma das inclusões produzidas por Ca e REM em um tubo de aço sem costura que tem a composição química supracitada e tem um limite de escoamento de grau 110 ksi. O valor "0,285" de Fn1 é um coeficiente em um caso onde o teor de REM é convertido em um teor de Ca por um cálculo aproximado. Em Fn1, "Ca/O+Ca/S+0,285xREM/O+0,285xREM/S" é a soma das razões do teor de Ca para O e S que são obtidas quando o teor de REM é convertido em um teor de Ca. "Al/Ca" em Fn1 é um índice do ponto de fusão das inclusões.
[0072] Se Fn1 for muito pequeno, as inclusões podem se estender. Portanto, Fn1 é 40,0 ou mais. Um limite inferior preferencial de Fn1 é 41,0, e mais preferencialmente é 42,0. Um limite superior preferencial de Fn1 é 140,0, e mais preferencialmente é 130,0.
[0073] [Em relação ao eixo principal máximo previsto de inclusões] No tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, um eixo principal máximo (eixo principal máximo previsto de inclusões) Dmax de inclusões contidas no tubo de aço sem costura é de 150 μm ou menos, o eixo principal máximo sendo previsto por meio de estatística de valor extremo em processamento. Se o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax for superior a 150 μm, o CAR do tubo de aço sem costura será de 3,0% ou mais e a resistência HIC do tubo de aço sem costura diminuirá. Portanto, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é 150 μm ou menos.
[0074] Um limite superior preferencial do eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é 148 μm, e mais preferencialmente é 145 μm. O eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é de preferência tão pequeno quanto possível.
[0075] O eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax pode ser determinado pelo seguinte método. Uma amostra de teste tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção do eixo do tubo e 10 mm na direção radial do tubo é cortada de uma porção central da espessura da parede do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade. Além disso, em um caso onde a espessura da parede do tubo de aço sem costura é inferior a 10 mm, um espécime de teste tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção do eixo do tubo e uma espessura de parede do tubo de aço sem costura no tubo direção radial é cortada. Depois de polir a superfície de observação do espécime de teste para obter uma superfície de espelho, a superfície de observação é observada realizando a observação em relação a n campos visuais ("n" representa um número natural) por meio de uma imagem de elétron secundário obtida usando um elétron de varredura microscópio (SEM).
[0076] Neste caso, se o número de campos visuais de observação n for muito pequeno, a precisão pode não ser obtida no processamento estatístico de valor extremo em alguns casos. Portanto, no processamento estatístico de valor extremo de acordo com a presente modalidade, o número de campos visuais de observação n é 20 ou mais. O número de campos visuais de observação n é, por exemplo, 108. Além disso, se a área bruta dos campos visuais de observação (abaixo, também referida como "área de referência S0") for muito estreita, a precisão pode não ser obtida no processamento estatístico de valor extremo em alguns casos. Portanto, no processamento estatístico de valor extremo de acordo com a presente modalidade, a área de referência S0 é de 20 mm2 ou mais. A área de referência S0 é, por exemplo, 196,5 mm2.
[0077] Um eixo principal máximo Lmax de inclusões em cada campo visual é determinado, respectivamente. O Lmax máximo do eixo principal de inclusões em cada campo visual pode ser determinado por análise de imagem de uma imagem de observação. Observe que, em um caso onde a distância mais curta entre a pluralidade de inclusões é de 40 μm ou menos na direção do eixo do tubo e 15 μm ou menos na direção radial do tubo, essas inclusões são consideradas uma inclusão. Isso será descrito com referência ao desenho.
[0078] FIG. 2 é um diagrama esquemático que indica a distribuição de inclusões no campo visual de observação 1 ao obter o eixo principal máximo previsto de inclusões de acordo com a presente modalidade. FIG. 2 é um diagrama para descrever se duas inclusões são consideradas uma inclusão ou não. A direção vertical na FIG. 2 corresponde à direção do eixo do tubo. A direção lateral na FIG. 2 corresponde à direção radial do tubo. O numeral de referência 10 na FIG. 2 denota as inclusões no campo visual de observação 1. Com referência à FIG. 2, a distância mais curta na direção do eixo do tubo entre as inclusões 10 é dL, e a distância mais curta na direção radial do tubo entre as inclusões 10 é dT. Em um caso em que a distância mais curta na direção do eixo do tubo dL é 40 μm ou menos e a distância mais curta na direção radial do tubo dT é 15 μm ou menos, essas inclusões 10 são consideradas como uma inclusão. Por outro lado, em um caso onde a distância mais curta na direção do eixo do tubo dL é mais do que 40 μm, essas inclusões 10 são consideradas inclusões distintas, respectivamente. Além disso, em um caso em que a distância mais curta na direção radial do tubo dT é mais do que 15 μm, essas inclusões 10 também são consideradas inclusões distintas, respectivamente.
[0079] Observe que, a mesma determinação é realizada quanto a se três ou mais inclusões são consideradas uma inclusão ou não. Neste caso, em primeiro lugar, é determinado conforme descrito acima se duas inclusões adjacentes são consideradas como uma inclusão ou não. Em um caso em que duas inclusões adjacentes são consideradas uma inclusão, a distância mais curta entre a inclusão considerada como uma inclusão e outra inclusão adjacente é de 40 μm ou menos na direção do eixo do tubo e 15 μm ou menos na direção radial do tubo, estes três ou mais inclusões são consideradas como uma inclusão. Conforme descrito acima, se três ou mais inclusões são consideradas como uma inclusão ou não, pode ser determinado aplicando continuamente o método descrito acima.
[0080] O eixo principal máximo Lmax dos respectivos campos visuais que são determinados são definidos como Lmaxj (j = 1 a n) na ordem do menor valor. Ou seja, os eixos principais máximos das inclusões dos respectivos campos visuais são atribuídos números de maneira tal que Lmax1<Lmax2<Lmax3< ... <Lmaxn.
[0081] A seguir, usando as Fórmulas (3) e (4) abaixo, uma função de distribuição cumulativa Fj e uma variável padronizada yj são determinadas para cada valor j. Fj = j/(n+1) (3) yj = -ln{-ln(Fj)} (4) Observe que, "ln" na Fórmula (4) significa um logaritmo natural.
[0082] É criado um gráfico da variável padronizada yj (j = 1 a n) em relação ao eixo principal máximo Lmaxj (j = 1 a n). Em relação ao gráfico criado, uma reta de aproximação (reta de distribuição de inclusão máxima) é criada pelo método dos mínimos quadrados. A linha reta de aproximação criada pode ser expressa pela seguinte Fórmula (5). yj = cxLmaxj+d (5) onde, c e d são coeficientes de uma linha reta determinada pelo método dos mínimos quadrados.
[0083] Em seguida, um período de recorrência T é determinado usando a seguinte Fórmula (6). T = (S+S0)/S0 (6) onde, S representa uma área de superfície virtual (mm2) na porção central da espessura da parede do tubo de aço sem costura. Especificamente, S pode ser determinado pela seguinte Fórmula (7). S = (R-t)xπxL (7) onde, R representa o diâmetro externo (mm) do tubo de aço sem costura, t representa a espessura da parede (mm) do tubo de aço sem costura e L representa o comprimento (mm) na direção axial do tubo de aço sem costura.
[0084] Uma variável padronizada prevista y é determinada usando o período de recorrência determinado T e a Fórmula (8). y = -ln{-ln((T-1)/T)} (8) Observe que, "ln" na Fórmula (8) representa um logaritmo natural, de forma semelhante à Fórmula (4).
[0085] Com base na variável padronizada prevista y que é determinada e na Fórmula (5), Lmax em relação à variável padronizada prevista y é determinado. O Lmax assim determinado é definido como o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax (μm).
[0086] [Com relação à microestrutura] A microestrutura do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade é composta principalmente de martensita revenida e bainita revenida. Especificamente, o total das relações de volume de martensita revenida e bainita revenida na microestrutura é de 90% ou mais. O balanço da microestrutura é, por exemplo, ferrita ou perlita. Se a microestrutura do tubo de aço sem costura com a composição química supracitada contiver martensita revenida e bainita revenida em uma quantidade equivalente a uma razão de volume total de 90% ou mais, na condição de que os outros requisitos de acordo com a presente modalidade sejam satisfeitos, o a limite de escoamento do tubo de aço sem costura estará no intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi) e, além disso, a taxa de escoamento do tubo de aço sem costura será de 90,0% ou mais.
[0087] A razão volumétrica total de martensita revenida e bainita revenida pode ser determinada por observação da microestrutura. Uma amostra de teste tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção do eixo do tubo e 10 mm na direção radial do tubo é cortada de uma porção central da espessura da parede do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade. Além disso, em um caso onde a espessura da parede do tubo de aço sem costura é inferior a 10 mm, um espécime de teste tendo uma superfície de observação com dimensões de 10 mm na direção do eixo do tubo e uma espessura de parede do tubo de aço sem costura no tubo direção radial é cortada. Após o polimento da superfície de observação para obter uma superfície espelhada, a pequena peça é imersa por cerca de 10 segundos em um reagente de corrosão nital 2%, para revelar a microestrutura por ataque químico. A superfície de observação gravada é observada realizando a observação com respeito a 10 campos visuais por meio de uma imagem eletrônica secundária obtida usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV). A área do campo visual é de 400 μm2 (ampliação de x5000).
[0088] Em cada campo visual, a martensita revenida e a bainita revenida podem ser distinguidas de outras fases (ferrita ou perlita) com base no contraste. Consequentemente, a martensita revenida e a bainita revenida são identificadas em cada campo visual. Os totais da razão de área da martensita revenida identificada e da bainita revenida são determinados. Na presente modalidade, o valor médio aritmético dos totais da razão de área de martensita revenida e bainita revenida determinado em todos os campos visuais é definido como a razão de volume de martensita revenida e bainita revenida.
[0089] [Usos de tubo de aço sem costura] Em um caso em que o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade é um tubo de aço de poço de petróleo, uma espessura de parede preferível está no intervalo de 9 a 60 mm. Mais preferencialmente, o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade é adequado para uso como um tubo de aço de parede pesada de poço de petróleo. Mais especificamente, mesmo se o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade for um tubo de aço de poço de petróleo tendo uma parede espessa com uma espessura de 15 mm ou mais ou, além disso, 20 mm ou mais, uma tensão de escoamento dentro do intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi) é obtido e excelente resistência HIC é exibida.
[0090] [Com relação ao limite de escoamento e à razão de escoamento] O limite de escoamento do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade está no intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi). Como usado na presente descrição, um "limite de escoamento" significa tensão em um tempo de 0,7% de alongamento total (0,7% de tensão de prova) obtida em um teste de tração. Em suma, o limite de escoamento do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade é de grau 110 ksi.
[0091] No tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, a razão de escoamento (YR) é 90,0% ou mais. Uma "razão de escoamento" significa uma razão entre o limite de escoamento (YS) e a resistência à tração (TS) (YR = YS/TS). Conforme descrito acima, no tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, se o limite de escoamento for de grau 110 ksi e a razão de escoamento for 90,0% ou mais, o total das proporções de volume de martensita revenida e bainita revenida na microestrutura é 90% ou mais. Como resultado, no tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, tanto um limite de escoamento de grau 110 ksi quanto excelente resistência HIC podem ser obtidos.
[0092] O limite de escoamento e a razão de escoamento do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade podem ser determinados pelo seguinte método. Um teste de tração é realizado de acordo com ASTM E8/E8M (2013). Uma amostra de teste de barra redonda é tirada de uma porção central da espessura da parede do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade. Com relação ao tamanho da amostra de barra redonda, por exemplo, a amostra 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 barra redonda é paralela à direção do eixo do tubo do tubo de aço sem costura. Um teste de tração é realizado na atmosfera em temperatura normal (25°C) usando a amostra de barra redonda. A tensão obtida no momento do alongamento total de 0,7% é definida como a limite de escoamento (MPa). A maior tensão durante o alongamento uniforme é definida como a resistência à tração (MPa). A razão entre o limite de escoamento (YS) e a resistência à tração (TS) (YR = YS/TS) é definida como a razão de escoamento (YR) (%).
[0093] [Com relação à resistência HIC] Um teste de resistência HIC para o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade pode ser realizado por um método de acordo com NACE TM0284-2011. Uma amostra para o teste de resistência HIC é preparado a partir do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade. Especificamente, uma parte com uma forma de arco na direção circunferencial do tubo é retirada do tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade. Duas superfícies curvas da parte tomada (correspondendo à superfície externa e à superfície interna do tubo de aço sem costura) são usinadas em planos paralelos entre si. Neste caso, a espessura da peça tomada é reduzida à espessura da parede do tubo de aço sem costura -2 mm. Desse modo, é preparado um corpo de prova com seção transversal retangular e largura de 20 mm, espessura de -2 mm da espessura da parede do tubo de aço sem costura e comprimento de 100 mm. Observe que a direção do comprimento da amostra é paralela à direção do eixo do tubo do tubo de aço sem costura, e a direção da espessura da amostra é paralela à direção radial do tubo.
[0094] Uma solução aquosa mista contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio e 0,5% em massa de ácido acético (solução NACE A) é usada como solução de teste. A amostra de teste preparada é imersa na solução de teste a 24°C. O gás N2 é soprado na solução de teste por três horas para desgaseificar a solução de teste. Depois que a solução de teste é desgaseificada, H2S a 1 atm é soprado para criar um ambiente corrosivo, e isso é adotado como um banho de teste. A amostra de teste é mantida no banho de teste por 96 horas enquanto se agita o banho de teste. A amostra de teste é retirada do banho de teste após ser mantida por 96 horas. Depois que a amostra de teste é retirada, um teste de detecção de falha ultrassônica (C-scan) é realizado nele para determinar a área de porções de indicação (porções de ocorrência de HIC).
[0095] A razão da área de trincamento CAR (%) pode ser determinada a partir da seguinte Fórmula (2) com base na área das porções de indicação que foi determinada e a área projetada da amostra durante o teste de detecção de falha ultrassônica. Observe que, na presente modalidade, a área projetada é, por exemplo, 20 mm x 100 mm. CAR (%) = (área das porções de indicação/área projetada) x 100 (2)
[0096] Para o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, no teste de resistência HIC, a taxa de área de fissuração CAR (%) após 96 horas decorridas é inferior a 3,0%.
[0097] [Método de Produção] Um método para produzir o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade será agora descrito. O método de produção descrito abaixo é um exemplo de um método para produzir o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade. Em outras palavras, um método para produzir o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade não está limitado ao método de produção descrito abaixo.
[0098] Um exemplo do método de produção inclui: um processo de fabricação de aço de refino e fundição de aço fundido para produzir uma matéria- prima (uma peça fundida, um lingote ou tarugo); um processo de trabalho a quente de submeter a matéria-prima a trabalho a quente para produzir uma casca oca; um processo de têmpera de submeter a casca oca a têmpera; e um processo de revenimento de submeter a casca oca temperada ao revenimento.
[0099] [Processo de fabricação de aço] No processo de fabricação de aço, primeiro, o metal quente que foi produzido por um método bem conhecido é submetido ao refino (refino primário) usando um conversor. O aço fundido que passou por refino primário é então submetido ao refino secundário. No refino secundário, elementos de liga que foram submetidos a ajuste de composição são adicionados ao aço fundido para, assim, produzir um aço fundido que satisfaça a composição química supracitada.
[0100] Especificamente, o aço fundido que foi extraído do conversor é submetido a um tratamento de desoxidação. O tratamento de desoxidação não é particularmente limitado, e basta que o tratamento de desoxidação seja realizado com um elemento diferente de REM e Ca. O tratamento de desoxidação é realizado, por exemplo, pela adição de Al. Em um caso em que Al é adicionado no tratamento de desoxidação, o teor de oxigênio no aço fundido pode ser reduzido de forma eficiente. Portanto, na presente modalidade, é preferível adicionar Al no Al no tratamento de desoxidação. Após o tratamento de desoxidação, é realizado um tratamento de deslagging. Após a realização do tratamento de deslagging, o refino secundário é realizado.
[0101] No refino secundário, por exemplo, é executado um processo de desgaseificação a vácuo RH (Ruhrstahl-Hausen). Depois disso, o ajuste final dos elementos de liga é executado. No refino secundário, o refino composto pode ser executado. Em tal caso, antes do processo de desgaseificação a vácuo RH, por exemplo, um tratamento de refino que usa um LF (forno de panela) ou VAD (desgaseificação de arco a vácuo) é executado.
[0102] No ajuste final dos elementos de liga, primeiro, o ajuste de elementos de liga diferentes de REM e Ca é executado. Ou seja, elementos de liga diferentes de REM e Ca no aço fundido são ajustados de modo a obter a composição química supracitada. Posteriormente, após a adição de pelo menos um tipo de elemento entre os elementos REM, adiciona-se Ca, e os elementos de liga no aço fundido são ajustados de modo a obter a composição química supracitada. Observe que, ao adicionar REM ao aço fundido, REM pode ser usado como a substância simples e também como a forma de Mischmetal.
[0103] Conforme descrito acima, REM suprime a formação de aglomerados de Al2O3 reduzindo FeO. Como resultado, as inclusões Al2O3, X2O3 e X2OS ("X" representa REM) são formadas no aço fundido. No caso em que Ca é adicionado ao aço fundido após essas inclusões serem formadas, XCaAlOS ("X" representa REM) que são inclusões finas é formado.
[0104] Por outro lado, se Ca é adicionado ao aço fundido antes de adicionar REM, aluminatos de cálcio (kCaO-lAl2O3; onde k e l são números naturais) que são inclusões grossas são formados. Neste caso, a formação das inclusões finas supracitadas XCaAlOS ("X" representa REM) é impedida. Portanto, em um caso em que REM é adicionado após a adição de Ca ao aço fundido, a reforma das inclusões não ocorre e o efeito de conter REM não é efetivamente obtido.
[0105] Além disso, os aluminatos de cálcio também são formados mesmo se Ca for adicionado ao aço fundido imediatamente após a adição de REM. Especificamente, se o tempo entre a adição de REM e a adição de Ca (a seguir, também referido como "tempo de retenção de aço fundido") for inferior a 15 segundos, os aluminatos de cálcio são formados e a formação do XCaAlOS ("X" representa REM) é impedida. Como resultado, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é mais de 150 μm, a resistência HIC do tubo de aço sem costura diminui.
[0106] Por outro lado, se o tempo entre a adição de REM e a adição de Ca for muito longo, a reforma das inclusões não ocorre em alguns casos. Especificamente, se o tempo de retenção do aço fundido for superior a 600 segundos, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax é superior a 150 μm, e a resistência HIC do tubo de aço sem costura diminui. Embora o motivo detalhado não tenha sido esclarecido, em um caso onde o tempo de retenção do aço fundido é muito longo, considera-se que as inclusões X2O3 e X2OS ("X" representa REM) na diminuição do aço fundido e o XCaAlOS ("X" representa REM) é improvável que seja formado.
[0107] Portanto, no processo de fabricação de aço de acordo com a presente modalidade, o tempo de retenção do aço fundido é de 15 a 600 segundos. Se o tempo de retenção do aço fundido é de 15 a 600 segundos, a formação dos aluminatos de cálcio é suprimida e a formação do XCaAlOS ("X" representa REM), que são inclusões finas, é acelerada. Como resultado, o eixo principal máximo de inclusões contido em um tubo de aço sem costura que é previsto por processamento estatístico de valor extremo pode ser 150 μm ou menos.
[0108] A matéria-prima é produzida usando o aço fundido produzido pelo método supracitado. Especificamente, a peça fundida (uma placa, lupa ou tarugo) é produzida por um 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 tarugação para a produção de tarugo. O material de partida (uma placa, bloco, lingote ou tarugo) é produzido pelo processo descrito acima.
[0109] [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 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 extraído do forno de aquecimento é submetido a trabalho a quente para produzir uma casca oca.
[0110] Por exemplo, o processo Mannesmann é realizado conforme o trabalho a quente para produzir a casca oca. Neste caso, um tarugo redondo é laminado por perfuração usando uma perfuradora. Ao realizar perfuração- laminação, embora a proporção de perfuração não seja particularmente limitada, a proporção de perfuração está, por exemplo, dentro de um intervalo de 1,0 a 4,0. O tarugo redondo que passou por perfuração e laminação é ainda laminado a quente para formar uma casca oca usando um moinho de mandril, um redutor, um moinho de dimensionamento ou semelhante. A redução acumulada de área no processo de trabalho a quente é, por exemplo, de 20 a 70%.
[0111] 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 comprimento curto, como um acoplamento, uma casca oca pode ser produzida por forjamento pelo processo de Ehrhardt ou semelhante. Uma casca oca é produzida pelo processo acima. Embora não seja particularmente limitada, a espessura da parede da casca oca é, por exemplo, de 9 a 60 mm.
[0112] A casca oca produzida por trabalho a quente pode ser resfriada por ar (como laminado). A casca oca produzida por trabalho a quente pode ser submetida a têmpera direta após trabalho a quente sem ser resfriado à temperatura normal, ou pode ser submetido a têmpera após passar por aquecimento suplementar (reaquecimento) após trabalho a quente. No entanto, no caso de realização de têmpera direta ou têmpera após aquecimento suplementar, é preferenciar parar o resfriamento no meio do processo de têmpera e conduzir resfriamento lento com o propósito de suprimir trincas de têmpera.
[0113] Em um caso onde a têmpera direta é realizada após o trabalho a quente, ou a têmpera é realizada após o aquecimento suplementar após a laminação a quente, com o propósito de eliminar a tensão residual, é preferencial realizar um alívio de tensão (tratamento SR) em um momento que é após a têmpera e antes do tratamento térmico (têmpera e semelhantes) do próximo processo.
[0114] [Processo de têmpera ] No processo de têmpera, a casca oca produzida por trabalho a quente é submetida a têmpera. Na presente descrição, o termo "têmpera" significa resfriar rapidamente a casca oca que está a uma temperatura não inferior ao ponto A3. A têmpera pode ser realizada por um método bem conhecido e não é particularmente limitada. A temperatura de têmpera é de 800 a 1000°C, por exemplo.
[0115] No caso em que a têmpera direta é realizada após o trabalho a quente, a temperatura de têmpera corresponde à temperatura da superfície da casca oca que é medida por um termômetro colocado no lado de saída do aparelho que realiza o trabalho a quente final. Além disso, no caso em que a têmpera é realizada usando um forno de aquecimento suplementar ou um forno de tratamento térmico após o trabalho a quente, a temperatura de têmpera corresponde à temperatura do forno de aquecimento suplementar ou do forno de tratamento térmico.
[0116] O método de têmpera, por exemplo, resfria continuamente a casca oca da temperatura inicial de têmpera e diminui continuamente a temperatura da casca oca. O método de realização do tratamento de resfriamento contínuo não é particularmente limitado e um método bem conhecido pode ser usado. O método de realização do tratamento de resfriamento contínuo é, por exemplo, um método que resfria a casca oca por imersão da casca oca em um banho de água, ou um método que resfria a casca oca de uma maneira acelerada por resfriamento com água de chuveiro ou resfriamento por névoa.
[0117] Se a taxa de resfriamento durante a têmpera for muito lenta, a microestrutura não se torna uma que seja composta principalmente de martensita e bainita e as propriedades mecânicas definidas na presente modalidade não podem ser obtidas. Portanto, no método para produzir o tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade, a casca oca é resfriada rapidamente durante a têmpera.
[0118] Especificamente, no processo de têmpera, a taxa de resfriamento média quando a temperatura da casca oca está dentro do intervalo de 800 a 500°C durante a têmpera é definida como uma taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 (°C/seg). Mais especificamente, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 é determinada com base em uma temperatura que é medida em uma região que é resfriada mais lentamente dentro de uma seção transversal da casca oca que está sendo resfriado (por exemplo, no caso de forçadamente resfriando tanto a superfície externa quanto a superfície interna da casca oca, a taxa de resfriamento é medida na porção central da espessura da parede da casca oca).
[0119] Uma taxa de resfriamento preferível durante a têmpera CR800-500 é de 8°C/seg ou superior. Nesse caso, a microestrutura da casca oca após a têmpera de forma estável se torna uma microestrutura que é composta principalmente de martensita e bainita. Um limite inferior mais preferível da taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 é 10°C/seg. Um limite superior preferível da taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 é 500°C/seg.
[0120] De preferência, a têmpera é realizada após realizar o aquecimento da casca oca na zona de austenita uma pluralidade de vezes. Neste caso, a resistência SSC e a tenacidade a baixa temperatura do tubo de aço sem costura aumentam porque 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.
[0121] [Processo de Revenimento] No processo de revenimento, a casca oca que foi submetida a têmpera é submetida a revenimento. Na presente descrição, o termo "revenimento" significa reaquecer a casca oca após o resfriamento a uma temperatura que não é maior do que o ponto Ac1 e manter a casca oca a essa temperatura. A temperatura de revenimento é ajustada apropriadamente de acordo com a composição química do tubo de aço sem costura e o limite de escoamento a ser obtido. Ou seja, no que diz respeito a casca oca com a composição química da presente modalidade, a temperatura de revenimento é ajustada de modo a ajustar ao limite de escoamento do tubo de aço sem costura dentro do intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi).
[0122] A temperatura de revenimento corresponde à temperatura do forno quando a casca oca após o resfriamento é aquecida e mantida na temperatura relevante. No processo de revenimento de acordo com a presente modalidade, uma temperatura de revenimento preferencial é 650 a 720°C. Um limite inferior mais preferencial da temperatura de revenimento é 655°C, e ainda mais preferivelmente é 660°C. Um limite superior mais preferencial da temperatura de revenimento é 715°C e mais preferencialmente é 710°C.
[0123] O termo "tempo de revenimento" significa o período de tempo desde o momento em que a casca oca após a têmpera é inserida no forno para ser aquecida e mantida, até o momento em que a casca oca é retirada do forno. Se o tempo de revenimento for muito curto, uma microestrutura que é composta principalmente de martensita revenida e bainita revenida não será obtida em alguns casos. Por outro lado, se o tempo de revenimento for muito longo, os efeitos supracitados são saturados. Portanto, no processo de revenimento da presente modalidade, o tempo de revenimento é preferencialmente ajustando dentro do intervalo de 10 a 180 minutos. Um limite inferior mais preferível do tempo de 5 revenimento é de 15 minutos. Um limite superior mais preferível do tempo de revenimento é 120 minutos, e mais preferivelmente é 90 minutos.
[0124] O tubo de aço sem costura de acordo com a presente modalidade pode ser produzido pelo método de produção que é descrito acima. Observe que, o método de produção supracitado é um exemplo e o tubo de aço sem costura de 10 acordo com a presente modalidade pode ser produzido por outro método de produção.
[0125] Foram produzidos aços fundidos com as composições químicas mostradas na Tabela 1. Além disso, os valores de Fn1 obtidos com base nas 15 composições químicas mostradas na Tabela 1 e na Fórmula (1) supracitadas são mostrados na Tabela 2. Observe que, com relação a Fn1, no caso em que um elemento correspondente não está contido, "0" é substituído pelo símbolo do elemento relevante.
[0126] [Tabela 1] Tabela 1
[0127] [Tabela 2] Tabela 2
[0128] Os aços fundidos dos respectivos números de teste foram produzidos pelo seguinte método. Metais quentes produzidos por um método bem conhecido foram submetidos a refino primário nas mesmas condições usando um conversor. 5 Após ser retirado do conversor, o Al foi adicionado ao aço fundido para realizar um tratamento de desoxidação e, em seguida, foi realizado um tratamento de remoção de escória. Posteriormente, após a realização de um processo de desgaseificação a vácuo de RH, foi realizado o ajuste da composição dos elementos de liga diferentes de REM e Ca no aço fundido. Em seguida, REM foi adicionado ao aço fundido e, em seguida, Ca foi adicionado ao aço fundido e o ajuste de composição foi realizado.
[0129] Para cada um dos números de teste, o tempo desde a adição de REM até a adição de Ca (o tempo de retenção do aço fundido) é mostrado na Tabela 2. Em uma coluna "Tempo de retenção do aço fundido" da Tabela 2, "A" (apropriado) significa que o tempo de retenção do aço fundido é de 15 a 600 segundos. Em uma coluna "Tempo de retenção do aço fundido" da Tabela 2, "S" (curto) significa que o tempo de retenção do aço fundido é inferior a 15 segundos. Em uma coluna "Tempo de retenção do aço fundido" da Tabela 2, "L" (longo) significa que o tempo de retenção do aço fundido é superior a 600 segundos.
[0130] Tarugos com um diâmetro de seção transversal de 310 mm foram produzidos por um processo de fundição contínua usando o aço fundido de cada número de teste. Os tarugos produzidos foram laminados a quente para produzir cascas ocas (tubo de aço sem costura) com um diâmetro externo de 244,48 mm, uma espessura de parede de 13,84 mm e um comprimento de 12000 mm. A casca oca produzida de cada número de teste foi deixada esfriar para trazer a temperatura da superfície da casca oca à temperatura normal (25°C).
[0131] A casca oca de cada número de teste foi submetida a têmpera. Especificamente, depois de ser permitido o resfriamento conforme descrito acima, a casca oca de cada número de teste foi mantida por 10 minutos em um forno de têmpera a 920°C. Após 10 minutos de espera, a casca oca de cada número de teste foi imersa em banho-maria para realização do resfriamento com água. Neste momento, a taxa de resfriamento durante a têmpera CR800-500 foi pelo menos 300°C/min.
[0132] Após o resfriamento com água, a casca oca de cada número de teste foi submetida a revenimento para produzir um tubo de aço sem costura de cada número de teste. A temperatura de revenimento foi ajustada de modo que a casca oca de cada número de teste fosse de grau 110 ksi (limite de escoamento no intervalo de 758 a 862 MPa) de acordo com os padrões API. Especificamente, a temperatura de revenimento (°C) e o tempo de revenimento (min) para o revenimento da casca oca de cada número de teste são mostrados na Tabela 2.
[0133] [Testes de Avaliação] Um teste de tração, um eixo principal máximo previsto de teste de medição de inclusões e um teste de avaliação de resistência HIC que são descritos a seguir foram realizados no tubo de aço sem costura de cada número de teste após o revenimento supracitado.
[0134] [Teste de tração] Um teste de tração foi realizado em conformidade com ASTM E8/E8M (2013). Amostras de teste de barra redonda com um diâmetro de porção paralela de 8,9 mm e um comprimento de porção paralela de 35,6 mm foram preparadas a partir da porção central da espessura da parede do tubo de aço sem costura de cada número de teste. A direção axial das amostras de barra redonda era paralela à direção axial do tubo de aço sem costura. Um teste de tração foi realizado na atmosfera à temperatura normal (25°C) usando cada amostra de barra redonda e o limite de escoamento YS (MPa), a resistência à tração TS (MPa) e a razão de escoamento YR (%) do tubo de aço sem costura de cada número de teste foram obtidos. Observe que, nos presentes exemplos, a tensão no momento de 0,7% de alongamento total obtido no teste de tração foi definida como o limite de escoamento YS para cada número de teste. Da mesma forma, a maior tensão durante o alongamento uniforme obtida no teste de tração foi definida como a resistência à tração TS para cada número de teste. A razão (YS/TS) entre o limite de escoamento obtida YS e a resistência à tração TS foi tomada como a razão de escoamento YR (%). O limite de escoamento YS (MPa), a resistência à tração TS (MPa) e a razão de escoamento YR (%) são mostradas na Tabela 2.
[0135] Com referência à Tabela 2, o limite de escoamento de cada número de teste estava dentro de um intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi). Além disso, a taxa de rendimento de cada número de teste foi de 90,0% ou mais. Portanto, a microestrutura do tubo de aço sem costura de cada número de teste foi de 90% ou mais de martensita revenida e bainita revenida em relações de volume.
[0136] [Teste de medição do eixo principal máximo previsto de inclusões] O eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax (μm) foi determinado para o tubo de aço sem costura de cada número de teste usando o método descrito acima. Observe que o número de campos visuais de observação n foi 108, e a área de referência S0 foi 196,5 mm2. Além disso, a área de superfície virtual S na porção central da espessura da parede do tubo de aço sem costura 8,69x106 mm2.
[0137] [Teste de avaliação de resistência HIC de tubo de aço sem costura] Um teste de avaliação de resistência HIC foi realizado pelo método descrito acima no tubo de aço sem costura de cada número de teste. Especificamente, foi realizado o método de acordo com NACE TM0284-2011. Uma amostra com uma seção transversal retangular e uma largura de 20 mm, uma espessura de -2 mm da espessura da parede do tubo de aço sem costura e um comprimento de 100 mm foi preparado a partir do tubo de aço sem costura de cada número de teste. Observe que a direção do comprimento da amostra era paralela à direção do eixo do tubo do tubo de aço sem costura, e a direção da espessura da amostra era paralela à direção radial do tubo.
[0138] Uma solução aquosa mista contendo 5,0% em massa de cloreto de sódio e 0,5% em massa de ácido acético (solução NACE A) foi usada como solução de teste. As amostras dos respectivos números de teste que foram preparados foram imersas em uma solução de teste a 24°C, respectivamente. A solução de teste de cada número de teste foi desgaseificada soprando gás N2 no banho de teste durante três horas.
[0139] A solução de teste desgaseificada de cada número de teste foi transformada em um ambiente corrosivo soprando H2S a 1atm e isso foi adotado como um banho de teste. As amostras dos respectivos números de teste foram mantidas no banho de teste de cada número de teste por 96 horas enquanto se agitava o banho de teste. Após uma espera de 96 horas, as amostras foram retiradas dos banhos de teste. As amostras retiradas dos banhos de teste foram submetidas a um teste ultrassônico de detecção de falhas (C-scan) para determinar a área das porções de indicação (porções de ocorrência de HIC).
[0140] A razão da área de trincamento CAR (%) foi determinada a partir da seguinte Fórmula (2) com base na área das porções de indicação que foi determinada e a área projetada da amostra durante o teste de detecção de falha ultrassónica. Observe que a área projetada foi de 20 mm x 100 mm. CAR (%) = (área das porções de indicação/área projetada) x 100 (2)
[0141] [Resultados do Teste] Os resultados do teste são mostrados na Tabela 2.
[0142] Com referência à Tabela 1 e Tabela 2, para os respectivos tubos de aço sem costura dos números de teste 1 a 10, a composição química era apropriada, Fn1 era 40,0 ou mais, e o limite de escoamento YS estava dentro do intervalo de 758 a 862 MPa (grau 110 ksi). Além disso, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de 150 μm ou menos. Como resultado, no teste de resistência HIC, o CAR foi inferior a 3,0% e foi exibida uma excelente resistência HIC.
[0143] Por outro lado, no tubo de aço sem costura do Teste Número 11, o tempo de retenção do aço fundido era muito curto. Consequentemente, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de mais de 150 μm. Como resultado, no teste de resistência HIC, o tubo de aço sem costura do Teste Número 11 não exibiu excelente resistência HIC.
[0144] No tubo de aço sem costura do Número de Teste 12, o tempo de retenção do aço fundido era muito longo. Consequentemente, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de mais de 150 μm. Como resultado, no teste de resistência HIC, o tubo de aço sem costura do Teste Número 12 não exibiu excelente resistência HIC.
[0145] No tubo de aço sem costura do Número de Teste 13, o teor de Al era muito alto. Consequentemente, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de mais de 150 μm. Como resultado, no teste de resistência HIC, o tubo de aço sem costura do Número de Teste 13 não exibiu excelente resistência HIC.
[0146] No tubo de aço sem costura do Teste Número 14, o teor de REM era muito alto. Consequentemente, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de mais de 150 μm. Como resultado, no teste de resistência HIC, o tubo de aço sem costura do Número de Teste 14 não exibiu excelente resistência HIC.
[0147] No tubo de aço sem costura do Número de Teste 15, o teor de S era muito alto. Além disso, Fn1 era inferior a 40,0. Consequentemente, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de mais de 150 μm. Como resultado, no teste de resistência HIC, o tubo de aço sem costura do Número de Teste 15 não exibiu excelente resistência HIC.
[0148] No tubo de aço sem costura do Número de Teste 16, o teor de O era muito alto. Além disso, Fn1 era inferior a 40,0. Consequentemente, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de mais de 150 μm. Como resultado, no teste de resistência HIC, o tubo de aço sem costura do Número de Teste 16 não exibiu excelente resistência HIC.
[0149] No tubo de aço sem costura do Número de Teste 17, Fn1 era inferior a 40,0. Consequentemente, o eixo principal máximo previsto de inclusões Dmax foi de mais de 150 μm. Como resultado, no teste de resistência HIC, o tubo de aço sem costura do Número de Teste 17 não exibiu excelente resistência HIC.
[0150] Uma modalidade da presente invenção foi descrita acima. No entanto, a modalidade descrita acima é apenas um exemplo para a implementação da presente invenção. Consequentemente, a presente invenção não está limitada à modalidade acima, e a modalidade acima pode ser apropriadamente modificada e realizada dentro de um intervalo que não se desvia da essência da presente invenção.
[0151] O tubo de aço sem costura de acordo com a presente invenção é amplamente aplicável a tubos de aço sem costura para serem utilizados em um ambiente severo, como uma região polar, e de preferência pode ser utilizado como um tubo de aço sem costura que é utilizado em um ambiente de poço de petróleo, e preferencialmente e adicionalmente podem ser utilizados como produtos tubulares petrolíferos para revestimento e tubulação.
Claims (6)
1. Tubo de aço sem costura, caracterizado pelo fato de que compreende: uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,15 a 0,45%, Si: 0,05 a 1,00%, Mn: 0,01 a 1,00%, P: 0,030% ou menos, S: 0,0050% ou menos, Al: 0,005 a 0,070%, Cr: 0,30 a 1,50%, Mo: 0,25 a 2,00%, Ti: 0,002 a 0,020%, Nb: 0,002 a 0,100%, B: 0,0005 a 0,0040%, metal de terras raras: 0,0001 a 0,0015%, Ca: 0,0001 a 0,0100%, N: 0,0100% ou menos, O: 0,0020% ou menos, V: 0 a 0,30%, Mg: 0 a 0,0100%, Zr: 0 a 0,0100%, Co: 0 a 1,00%, W: 0 a 1,00%, Ni: 0 a 0,50%, e Cu: 0 a 0,50%, com o balanço sendo Fe e impurezas, e satisfazendo a Fórmula (1), em que um eixo principal máximo de inclusões no tubo de aço sem costura é de 150 μm ou menos, o eixo principal máximo sendo previsto por meio de processamento estatístico de valor extremo, e um limite de escoamento está dentro de um intervalo de 758 a 862 MPa: (Ca/O+Ca/S+0,285xREM/O+0,285xREM/S)x(Al/Ca) > 40,0 (1) onde, um teor (% em massa) de um elemento correspondente é substituído por cada símbolo de um elemento na Fórmula (1).
2. Tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química contém: V: 0,01 a 0,30%.
3. Tubo de aço sem costura, 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: Mg: 0,0001 a 0,0100%, e Zr: 0,0001 a 0,0100%.
4. Tubo de aço sem costura, 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 do grupo que consiste em: Co: 0,02 a 1,00%, e W: 0,02 a 1,00%.
5. Tubo de aço sem costura, 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 a partir do grupo que consiste em: Ni: 0,01 a 0,50% e Cu: 0,01 a 0,50%.
6. Tubo de aço sem costura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço sem costura é um tubo de aço de poço de petróleo.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018187006 | 2018-10-01 | ||
| JP2018-187006 | 2018-10-01 | ||
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Publications (2)
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