BR112021008164B1 - Tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo e método para fabricar o mesmo - Google Patents

Tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo e método para fabricar o mesmo Download PDF

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Abstract

cano sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares para países produtores de petróleo e método para fabricar o mesmo. trata-se de: um tubo de aço sem costura que é para canos de poço de petróleo que é produzido a partir de aço inoxidável de martensita e que tem alta resistência e excelentes propriedades de craqueamento por corrosão por estresse de antissulfeto e de um método para fabricar o dito tubo de aço sem costura. o tubo de aço inoxidável sem costura é para canos de poço de petróleo e que é feito de aço inoxidável de martensita tem uma formação composicional que inclui, em % em massa, não menos do que 0,0100% de c, não mais do que 0,5 de si, 0,25 a 0,50% de mn, não mais do que 0,030% de p, não mais do que 0,005% de s, 4,6 a 8,0% de ni, 10,0 a 14,0% de cr, 1,0 a 2,7% de mo, não mais do que 0,1% de al, 0,005 a 0,2% de v, não mais do que 0,1% de n, 0,06 a 0,25% de ti, 0,01 a 1,0% de cu e 0,01 a 1,0% de co, de modo que c, mn, cr, cu, ni, mo, w, nb, n e ti atendam a uma fórmula relacional predeterminada, sendo que a porção restante é fe e impurezas inevitáveis. o tubo de aço sem costura tem uma tensão de escoamento de não menos do que 758 mpa.

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[0001] A presente invenção refere-se a um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo para uso em aplicações de poço de petróleo bruto e poço de gás natural (doravante, denominado simplesmente como "poço de petróleo"), e a um método para fabricar tal tubo sem costura de aço inoxidável martensítico. Particularmente, a invenção refere-se a um tubo sem costura para produtos tubulares da indústria de petróleo que tem uma tensão de escoamento YS de 758 MPa ou mais, e excelente resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto (“sulfide stress corrosion cracking resistance” - resistência a SSC) em um ambiente que contém sulfeto de hidrogênio (H2S), e a um método para fabricar tal tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo.
TÉCNICA ANTECEDENTE
[0002] O aumento de preços de petróleo bruto e um encurtamento esperado de recursos de petróleo no futuro próximo têm desenvolvimento ativo solicitado de campos de petróleo e campos de gás que eram impensáveis no passado, por exemplo, tais como campos de petróleo profundos, e campos de petróleo e campos de petróleo e gás de ambientes corrosivos severos que contêm gás dióxido de carbono, íons de cloreto, e sulfeto de hidrogênio. O material de tubos de aço para produtos tubulares da indústria de petróleo para uso nesses ambientes necessita de alta força e excelente resistência à corrosão.
[0003] Produtos tubulares da indústria de petróleo usados para mineração de campos de petróleo e campos de gás de um ambiente que contêm gás dióxido de carbono, íons de cloreto, e similares usam tipicamente tubos de aço inoxidável martensítico de Cr a 13%. Houve também desenvolvimento global de campos de petróleo em muitos ambientes corrosivos severos que contêm sulfeto de hidrogênio. Consequentemente, a necessidade de resistência a SSC é alta, e houve aumento de uso de um tubo de aço inoxidável martensítico de Cr aprimorado a 13% de um teor de C reduzido e teores aumentados de Ni e Mo.
[0004] A PTL 1 descreve um tubo de aço inoxidável martensítico à base de Cr a 13% de uma composição que contém carbono em um teor ultrabaixo de 0,015% ou menos, e 0,03% ou mais de Ti. É declarado na PTL 1 que esse tubo de aço inoxidável tem alta força com uma tensão de escoamento na ordem de 95 ksi, baixa dureza com um HRC de menos do que 27, e excelente resistência a SSC. A PTL 2 descreve um aço inoxidável martensítico que atende 6,0 < Ti/C < 10,1, em que Ti/C tem uma correlação com um valor obtido subtraindo-se uma tensão de escoamento de um estresse de tração. É declarado na PTL 2 que essa técnica, com um valor obtido subtraindo-se uma tensão de escoamento a partir de uma resistência à tração que é 20,7 MPa ou mais, pode reduzir a variação de dureza que confere resistência a SSC.
[0005] A PTL 3 descreve um aço inoxidável martensítico que contém Mo em um teor limitado de Mo > 2,3 a 0,89Si + 32,2C, e que tem uma microestrutura de metal composta principalmente por martensita temperada, carbonetos que precipitaram durante o revenimento, e compostos intermetálicos, tais como uma fase Laves e uma fase δ formada como precipitados finos durante o revenimento. É declarado na PLT 3 que o aço produzido por essa técnica alcança alta força com um estresse de prova a 0,2% de 860 MPa ou mais, e tem excelente resistência à corrosão por dióxido de carbono e resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto.
LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE
[0006] PTL 1: JP-A-2010-242163
[0007] PTL 2: WO2008/023702
[0008] PTL 3: WO2004/057050
SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO
[0009] O desenvolvimento de recentes campos de petróleo e campos de gás é realizado em ambientes corrosivos severos que contêm CO2, Cl- e H2S. O aumento de concentrações de H2S devido ao envelhecimento de campos de petróleo e campos de gás é também preocupante. Tubos de aço para produtos tubulares da indústria de petróleo para uso nesses ambientes são portanto necessários que tenham excelente resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto.
[0010] A PTL 1 declara que a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto pode ser mantida sob um estresse aplicado de 655 MPa em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl a 5% (H2S: 0,01 Mpa (0,10 bar)) que tem um pH ajustado de 3,5. O aço descrito na PTL 2 tem resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl a 20% (H2S: 0,003 Mpa (0,03 bar), CO2 bal.) que tem um pH ajustado de 4,5. O aço descrito na PTL 3 tem resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto em uma atmosfera de uma solução aquosa de NaCl a 25% (H2S: 0,003 Mpa (0,03 bar), CO2 bal.) que tem um pH ajustado de 4,0. No entanto, esses pedidos de patente não levam em consideração a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto em atmosferas diferentes daquelas descritas acima e não se pode dizer que os aços descritos nesses pedidos de patente tenham o nível de resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto que possa superar os ambientes corrosivos severos de mais demanda atuais.
[0011] É apropriadamente um objetivo da presente invenção fornecer um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo que tem uma tensão de escoamento de 758 MPa (110 ksi) ou mais, e excelente resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. A invenção também se destina a fornecer um método para fabricar tal tubo sem costura de aço inoxidável martensítico.
[0012] Como usado no presente documento, "excelente resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto" significa que uma peça de teste mergulhada em uma solução de teste (uma solução aquosa de 0,165% em massa de NaCl; temperatura do líquido: 25°C; H2S: 0,1 Mpa (1 bar); CO2 bal.) que tem um pH ajustado de 3,5 com adição de acetato de sódio e ácido clorídrico não sofre rachadura mesmo após 720 horas sob um estresse aplicado igual a 90% da tensão de escoamento.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA
[0013] De modo a alcançar os objetivos precedentes, os presentes inventores conduziram estudos intensivos dos efeitos de vários elementos de liga sobre a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto (resistência a SSC) em um ambiente corrosivo que contém CO2-, Cl--, e H2S, com uso de um tubo de aço inoxidável à base de Cr a 13% como uma composição básica. Os estudos constataram que um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo que tem a força desejada, e excelente resistência a SSC em um ambiente corrosivo que contém CO2-, Cl--, e H2S, e em um ambiente sob um estresse aplicado próximo à tensão de escoamento pode ser fornecido quando o aço tem uma composição na qual os componentes de aço são contidos em faixas predeterminadas, e nos quais C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, N, e Ti, e opcionalmente, W e Nb, são contidos em quantidades ajustadas que atendem às relações e faixas apropriadas, e quando o aço é submetido à têmpera e a revenimento apropriados.
[0014] A presente invenção é baseada nessa constatação, e foi concluída após estudos adicionais. De modo específico, a ideia principal da presente invenção é conforme a seguir.
[0015] [1] Um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo que tem uma composição que compreende, em % em massa, C: 0,0100% ou mais, Si: de 0,5% ou menos, Mn: 0,25 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: 0,06 a 0,25%, Cu: 0,01 a 1,0%, Co: 0,01 a 1,0%, e o saldo Fe e impurezas incidentais,
[0016] a composição que atende a todas as relações na fórmula (4) abaixo com valores das seguintes fórmulas (1), (2), e (3), e também atendem à fórmula (5) ou (6) abaixo, sendo que o tubo sem costura de aço inoxidável martensítico tem uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais. FÓRMULA (1) -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 FÓRMULA (2) -0,0278Mn + 0,0892Cr + 0,00567Ni + 0,153Mo - 0,0219W - 1,984N + 0,208Ti - 1,83 FÓRMULA (3) -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,00526Ni + 0,0222Mo - 0,0132W - 0,473N - 0,5Ti - 0,514 FÓRMULA (4) -35,0 ≤valor de (1) ≤45,0, -0,600 ≤valor de (2) ≤-0,250, e -0,400 ≤ valor de (3) ≤0,010 FÓRMULA (5) Ti < 6,0C FÓRMULA (6) 10,1C ≤Ti
[0017] Nas fórmulas, 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) porcento para elementos que não são contidos.
[0018] [2] O tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo, de acordo com o item [1], em que a composição compreende adicionalmente, em % em massa, um ou dois selecionados dentre Nb: 0,1% ou menos, e W: 1,0% ou menos.
[0019] [3] O tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo, de acordo com o item [1] ou [2] em que a composição compreende adicionalmente, em % em massa, um ou dois ou mais selecionados dentre Ca: 0,010% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos, e B: 0,010% ou menos.
[0020] [4] Um método para fabricar um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo,
[0021] sendo que o método compreende:
[0022] formar um tubo de aço a partir de um material de tubo de aço da composição de acordo com qualquer um dos itens [1] a [3];
[0023] temperar o tubo de aço aquecendo-se o tubo de aço a uma temperatura igual ou maior do que um ponto de transformação Ac3, e resfriar o tubo de aço a uma temperatura de parada de resfriamento de 100°C ou menos; e
[0024] revenir o tubo de aço em uma temperatura igual ou menor do que um ponto de transformação Ac1.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO
[0025] A presente invenção tem produção possibilitada de um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo que tem excelente resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto (resistência a SSC) em um ambiente corrosivo que contém CO2-, Cl--, e H2S, e alta força com uma tensão de escoamento YS de 758 MPa (110 ksi) ou mais.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES
[0026] Um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo da presente invenção contém, em % em massa, C: 0,0100% ou mais, Si: de 0,5% ou menos, Mn: 0,25 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: 0,06 a 0,25%, Cu: 0,01 a 1,0%, Co: 0,01 a 1,0% e o saldo de Fe e impurezas incidentais,
[0027] sendo que a composição atende a todas as relações na fórmula (4) abaixo com valores das seguintes fórmulas (1), (2), e (3), e que também atendem à fórmula (5) ou (6) abaixo, sendo que o tubo sem costura de aço inoxidável martensítico tem uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais. FÓRMULA (1) -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 FÓRMULA (2) -0,0278Mn + 0,0892Cr + 0,00567Ni + 0,153Mo - 0,0219W - 1,984N + 0,208Ti - 1,83 FÓRMULA (3) -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,00526Ni + 0,0222Mo - 0,0132W - 0,473N - 0,5Ti - 0,514 FÓRMULA (4) -35,0 ≤valor de (1) ≤45,0, -0,600 ≤valor de (2) ≤-0,250, e -0,400 ≤ valor de (3) ≤0,010 FÓRMULA (5) Ti < 6,0C FÓRMULA (6) 10,1C < Ti
[0028] Nas fórmulas, 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) porcento para elementos que não são contidos.
[0029] São descritas a seguir as razões para especificar a composição de um tubo de aço da presente invenção. A seguir, "%" significa percentual em massa, a menos que indicado especificamente de outra forma.
C: 0,0100% ou mais
[0030] C é um elemento importante envolvido na força do aço inoxidável martensítico, e é eficaz em aprimorar a força. C é também um elemento que contribui para aprimorar a resistência a corrosão, e aprimora a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Por essas razões, o teor de C é limitado a 0,0100% ou mais na presente invenção. No entanto, quando C é contido em quantidades excessivas, a dureza aumenta, e o aço se torna mais suscetível ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Por essa razão, carbono é contido em uma quantidade de preferencialmente 0,0400% ou menos. Ou seja, o teor de C preferencial é 0,0100 a 0,0400%. O teor de C é mais preferencialmente 0,0100 a 0,0300%, com mais preferência, 0,0100 a 0,0200%.
Si: 0,5% ou menos
[0031] Si atua como um agente de desoxidação, e é contido em uma quantidade de preferencialmente 0,05% ou mais. Um teor de Si de mais do que 0,5% prejudica a resistência à corrosão por dióxido de carbono e trabalhabilidade a quente.
[0032] Por esse motivo, o teor de Si é limitado a 0,5% ou menos. A partir do ponto de vista de fornecer de modo estável a força, o teor de Si é preferencialmente 0,10% ou mais. O teor de Si é preferencialmente 0,30% ou menos. Mais preferencialmente, o teor de S é 0,25% ou menos.
Mn: 0,25 a 0,50%
[0033] Mn é um elemento que aprimora a força. Contribuindo-se para a repassivação, Mn aprimora a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Devido ao fato de que Mn é um elemento de formação de austenita, Mn reduz a formação de ferrita delta, o que causa trincamento ou defeito durante fabricação de tubo. Um teor de Mn de 0,25% ou mais é necessário para obter esses efeitos. Quando adicionado em quantidades excessivas, Mn precipita para MnS, e prejudica a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Por esse motivo, o teor de Mn é limitado a 0,25 a 0,50%. Preferencialmente, o teor de Mn é 0,40% ou menos.
P: 0,030% ou menos
[0034] P é um elemento que prejudica resistência à corrosão por dióxido de carbono, resistência à corrosão por pites, e resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto, e deve ser desejavelmente contido na menor quantidade 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 dano severo de características, e que é economicamente prático em aplicações industriais. Preferencialmente, o teor de P é 0,015% ou menos.
S: 0,005% ou menos
[0035] S é um elemento que prejudica seriamente a trabalhabilidade a quente, e deve ser desejavelmente contido na menor quantidade possível. Um teor reduzido de S de 0,005% ou menos possibilita a produção de tubo com uso de um processo comum, e o teor de S é limitado a 0,005% ou menos na presente invenção. Preferencialmente, o teor de S é 0,002% ou menos.
Ni: 4,6 A 8,0%
[0036] Ni fortalece o revestimento protetor, e aprimora a resistência à corrosão. Ou seja, Ni contribui para aprimorar a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Ni também aumenta a força do aço formando-se 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 do que 8,0%, a fase martensítica se torna menos estável e a força diminui. Por esse motivo, o teor de Ni é limitado a 4,6 a 8,0%. O teor de Ni é, preferencialmente, 4,6 a 7,6%, mais preferencialmente, 4,6 a 6,8%.
Cr: 10,0 a 14,0%
[0037] Cr é um elemento que forma um revestimento protetor, e aprimora a resistência à corrosão. A resistência à corrosão necessária para produtos tubulares da indústria de petróleo pode ser fornecida quando Cr está contido em uma quantidade de 10,0% ou mais. Um teor de Cr de mais do que 14,0% facilita a formação de ferrita, e uma fase martensítica estável não pode ser fornecida. Por esse motivo, o teor de Cr é limitado a 10,0 a 14,0%. O teor de Cr é, preferencialmente, 11,0% ou mais, mais preferencialmente, 11,2% ou mais. O teor de Cr é, preferencialmente, 13,5% ou menos.
Mo: 1,0 a 2,7%
[0038] Mo é um elemento que aprimora a resistência contra corrosão por pites por Cl-. Mo precisa estar contida em uma quantidade de 1,0% ou mais para obter a resistência à corrosão necessária para um ambiente corrosivo severo. Mo é também um elemento custoso, e um teor de Mo de mais do que 2,7% aumenta o custo de fabricação. Um teor de Mo de mais do que 2,7% também produz áreas de maiores concentrações de Mo no filme passivo, que promovem quebra do filme passivo, e danificam a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Por esse motivo, o teor de Mo é limitado a 1,0 a 2,7%. O teor de Mo é, preferencialmente, 1,2% ou mais, mais preferencialmente, 1,5% ou mais. O teor de Mo é, preferencialmente, 2,6% ou menos, mais preferencialmente, 2,5% ou menos.
Al: 0,1% ou menos
[0039] Al atua como um agente de desoxidação, e um teor de Al de 0,01% ou mais é preferencial para obter esse efeito. No entanto, Al tem um efeito adverso em tenacidade quando contido em uma quantidade de mais do que 0,1%. Por essa razão, o teor de Al é limitado a 0,1% ou menos na presente invenção. O teor de Al é, preferencialmente, 0,01% ou mais e é, preferencialmente, 0,03% ou menos.
V: 0,005 a 0,2%,
[0040] V precisa estar contido em uma quantidade de 0,005% ou mais para aprimorar a força do aço através de endurecimento de precipitação, e para aprimorar a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Devido ao fato de que um teor de V de mais do que 0,2% prejudica tenacidade, o teor de V é limitado a 0,005 a 0,2% na presente invenção. O teor de V é, preferencialmente, 0,008% ou mais e é, preferencialmente, 0,18% ou menos.
N: 0,1% ou menos
[0041] N é um elemento que atua para aumentar a força formando- se uma solução sólida no aço, adicionalmente ao aprimoramento na resistência à corrosão por pites. No entanto, N forma várias inclusões de nitreto, e prejudica resistência à corrosão por pites quando contido em uma quantidade de mais do que 0,1%. Por essa razão, o teor de N é limitado a 0,1% ou menos na presente invenção. Preferencialmente, o teor de N é 0,010% ou menos.
Ti: 0,06 a 0,25%
[0042] Quando contido em uma quantidade de 0,06% ou mais, Ti reduz o carbono de solução de sólido formando-se carbonetos, e aprimora a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto reduzindo-se a dureza. No entanto, quando contido em uma quantidade de mais do que 0,25%, Ti gera TiN na forma de uma inclusão, que se torna potencialmente um ponto de iniciação de corrosão por pites, e prejudica a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. Por essa razão, o teor de Ti é limitado a 0,06 a 0,25%. O teor de Ti é, preferencialmente, 0,08% ou mais. O teor de Ti é preferencialmente, 0,15% ou menos.
Cu: 0,01 a 1,0%
[0043] Cu está contido em uma quantidade de 0,01% ou mais para fortalecer o revestimento protetor, e aprimorar a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. No entanto, quando contido em uma quantidade de mais do que 1,0%, Cu precipita para CuS, e prejudica a trabalhabilidade a quente. Devido ao fato de que Cu é um elemento de formação de austenita, Cu, quando contido em uma quantidade de mais do que 1,0%, aumenta a quantidade de austenita retida, e prejudica a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto como resultado de dureza aumentada. Por esse motivo, o teor de Cu é limitado a 0,01 a 1,0%. O teor de Cu é, preferencialmente, 0,01 a 0,8%, mais preferencialmente, 0,01 a 0,5%. Co: 0,01 a 1,0%
[0044] Co é um elemento que aprimora a resistência à corrosão por pites, adicionalmente à redução de dureza elevando-se o ponto de Ms e promovendo a transformação de α. 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 aumenta o custo de material. Quando contido em uma quantidade de mais do que 1,0%, Co aumenta a quantidade de austenita retida, e prejudica a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto como resultado de dureza aumentada. Por essa razão, o teor de Co está em uma faixa de 0,01 a 1,0% na presente invenção. O teor de Co é, preferencialmente, 0,03% ou mais e é, preferencialmente, 0,6% ou menos.
[0045] Na presente invenção, C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, N, e Ti estão contidos nas quantidades precedentes, e esses elementos, com W e Nb opcionalmente contidos, estão contidos em tais quantidades que os valores das seguintes fórmulas (1), (2) e (3) atendam à fórmula (4) abaixo. FÓRMULA (1) -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 FÓRMULA (2) -0,0278Mn + 0,0892Cr + 0,00567Ni + 0,153Mo - 0,0219W - 1,984N + 0,208Ti - 1,83 FÓRMULA (3) -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,00526Ni + 0,0222Mo - 0,0132W - 0,473N - 0,5Ti - 0,514 FÓRMULA (4) -35,0 ≤valor de (1) ≤45,0, -0,600 ≤valor de (2) ≤-0,250, e -0,400 ≤valor de (3) ≤0,010
[0046] Nas fórmulas, C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, W, Nb, N e Ti representam o teor de cada elemento em % em massa (o teor é 0 (zero) porcento para elementos que não estão contidos).
[0047] A fórmula (1) correlaciona com uma quantidade de austenita retida (y retido). Reduzindo-se o valor de (1), a austenita retida diminui, e a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto aprimora como resultado de dureza diminuída.
[0048] A fórmula (2) se correlaciona com potencial de repassivação. Um filme passivo se regenera mais facilmente, e a repassivação é aprimorada quando C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, N, e Ti (e, opcionalmente, W e Nb) estão contidos em tais quantidades que o valor de fórmula (1) atenda à faixa de fórmula (4), e quando Mn, Cr, Ni, Mo, N, e Ti (e, opcionalmente, W) estão contidos em tais quantidades que o valor de fórmula (2) atenda à faixa de fórmula (4).
[0049] A fórmula (3) correlaciona com o potencial de corrosão por pites. É possível reduzir a geração de corrosão por pites, que se torna um ponto de iniciação de trincamento por corrosão por tensão por sulfeto, e reduzir amplamente a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto quando C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, N, e Ti (e, opcionalmente, W e Nb) estão contidos em tais quantidades que o valor de fórmula (1) atenda à faixa de fórmula (4), e quando C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, N, e Ti (e, opcionalmente, W) estão contidos em tais quantidades que o valor de fórmula (3) atenda à faixa de fórmula (4).
[0050] Deve-se notar aqui, que, com o valor de (1) atendendo à faixa de fórmula (4), a dureza aumenta quando o valor de (1) é 10 ou mais. No entanto, com o valor de (2) e o valor de (3) atendendo as faixas de fórmula (4), é possível alcançar regeneração notável de um filme passivo, e grande redução de corrosão por pites, com o resultado de que a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto é aprimorada.
[0051] Preferencialmente, o valor de (1) é -30,0 ou mais. O valor de (1) é preferencialmente 45,0 ou menos, com mais preferência, 40,0 ou menos.
[0052] O valor de (2) é preferencialmente -0,550 ou mais, com mais preferência -0,530 ou mais. Preferencialmente, o valor de (2) é -0,255 ou menos.
[0053] O valor de (3) é preferencialmente -0,350 ou mais, com mais preferência -0,320 ou mais. Preferencialmente, o valor de (3) é 0,008 ou menos.
[0054] C e Ti estão contidos de modo a atender à fórmula (5) ou (6) a seguir. FÓRMULA (5) Ti < 6,0C FÓRMULA (6) 10,1C < Ti
[0055] Nas fórmulas, C e Ti representam o teor de cada elemento em % em massa (o teor é 0 (zero) porcento para elementos que não estão contidos).
[0056] C e Ti são elementos envolvidos na dureza. É possível diminuir a dureza contendo-se Ti. No entanto, quando contido, Ti forma inclusões à base de Ti, e prejudica a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto. A dureza diminui com teor de C reduzido. No entanto, torna-se difícil obter a força desejada. Contendo- se C e Ti de modo a atender à fórmula (5) ou (6), os danos de resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto devido a inclusões, e o efeito prejudicial de inclusões na força pode ser minimizado, e a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão por sulfeto é aprimorada como resultado de dureza diminuída. Na fórmula (5), Ti é preferencialmente maior do que 4,4C. Na fórmula (6), Ti é preferencialmente menor do que 20,0C.
[0057] O saldo é Fe e impurezas incidentais na composição.
[0058] Adicionalmente a esses componentes básicos, a composição pode conter adicionalmente pelo menos um elemento opcional selecionado dentre Nb: 0,1% ou menos, e W: 1,0% ou menos, conforme necessário. Nb forma carbonetos, e pode reduzir a dureza reduzindo-se o carbono de solução de sólido. No entanto, Nb pode prejudicar a tenacidade quando contido em quantidades excessivamente grandes. W é um elemento que aprimora a resistência à corrosão por pite. No entanto, W pode prejudicar tenacidade, e aumenta o custo de 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.
[0059] Um ou mais selecionados dentre Ca: 0,010% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos, e B: 0,010% ou menos pode ser contido como elementos opcionais, conforme necessário. Ca, REM, Mg, e B são elementos que aprimoram a resistência à corrosão controlando-se o formato de inclusões. Os teores desejados para fornecer esse 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 conferem tenacidade e resistência à corrosão por dióxido de carbono quando contido em quantidades de mais do que Ca: 0,010%, REM: 0,010%, Mg: 0,010%, e B: 0,010%. Por essa razão, os teores de Ca, REM, Mg, e B, quando 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.
[0060] Na presente invenção, além da martensita de fase dominante, a microestrutura pode incluir ferrita delta e austenita retida, embora a microestrutura não seja particularmente limitada. Preferencialmente, ferrita delta deve ser reduzida o máximo possível devido ao fato de que a ferrita delta causa trincamento ou defeito durante a fabricação de tubo. Austenita retida causa dureza aumentada, e está contida em uma quantidade de preferencialmente 0,0 a 10,5% em volume.
[0061] É descrito a seguir um método preferencial para fabricar um tubo sem costura de aço inoxidável para produtos tubulares da indústria de petróleo da presente invenção.
[0062] Na presente invenção, um material de tubo de aço da composição precedente é usado. No entanto, o método de produção de um tubo sem costura de aço inoxidável usado como um material de tubo de aço não é particularmente limitado, e qualquer método de fabricação de tubo sem costura conhecido pode ser usado.
[0063] Preferencialmente, um aço fundido da composição supracitada é transformado em aço com uso de um processo de fundição, tal como com uso de um conversor, e formado em um material de tubo de aço, por exemplo, um tarugo, com uso de um método tal como fundição contínua, ou desbaste de fundição de lingote. O material de tubo de aço é então aquecido, e trabalhado a quente em um tubo com uso de um processo de fabricação de tubo conhecido, por exemplo, o processo de laminador sobre plugue de Mannesmann ou o processo de laminador sobre mandril Mannesmann para produzir um tubo de aço sem costura da composição precedente.
[0064] O processo após a produção do tubo de aço do material de tubo de aço não é particularmente limitado. Preferencialmente, o tubo de aço é submetido à têmpera no qual o tubo de aço é aquecido a uma temperatura igual ou maior do que o ponto de transformação Ac3, e resfriado a uma temperatura de parada de resfriamento de 100°C ou menos, seguido por revenimento em uma temperatura igual ou menor do que o ponto de transformação Ac1.
TÊMPERA
[0065] Na presente invenção, o tubo de aço é submetido à têmpera no qual o tubo de aço é reaquecido a uma temperatura igual ou maior do que o ponto de transformação Ac3, mantido por preferencialmente pelo menos 5 min, e resfriado a uma temperatura de parada de resfriamento de 100°C ou menos. Isso torna possível produzir uma fase martensítica tenaz refinada. Quando a temperatura de aquecimento de têmpera é menor do que o ponto de transformação Ac3, a microestrutura não pode ser aquecida na região de fase única de austenita, e uma microestrutura martensítica suficiente não ocorre no resfriamento subsequente, com o resultado de que a alta força desejada não pode ser obtida. Por essa razão, a temperatura de aquecimento de têmpera é limitada a uma temperatura igual ou maior do que o ponto de transformação Ac3. O método de resfriamento não é particularmente limitado. Tipicamente, o tubo de aço é resfriado por 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.
REVENIMENTO
[0066] O tubo de aço revenido é temperado. O revenimento é um processo no qual o tubo de aço é aquecido a uma temperatura igual ou menor do que o ponto de transformação Ac1, mantido por preferencialmente pelo menos 10 min, e resfriado por ar. Quando a temperatura de revenimento é maior do que o ponto de transformação Ac1, a fase martensítica se precipita após o revenimento, e não é possível fornecer a alta tenacidade desejada e excelente resistência à corrosão. Por essa razão, a temperatura de revenimento é limitada a uma temperatura igual ou menor do que o ponto de transformação Ac1. O ponto de transformação Ac3 (°C) e ponto de transformação Ac1 (°C) podem ser medidos por um teste Formaster gerando-se 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
[0067] A presente invenção é descrita adicionalmente abaixo através dos Exemplos.
[0068] Aços fundidos que contêm os componentes mostrados na Tabela 1 foram transformados em aço com um conversor, e fundidos em tarugos (material de tubo de aço) por fundição contínua. O tarugo foi trabalhado a quente em um tubo com um laminador sem costura de modelo, e resfriado por resfriamento por ar ou resfriamento com água para produzir um tubo de aço sem costura que mede 83,8 mm de diâmetro externo e 12,7 mm de espessura de parede.
[0069] As fórmulas (1), (2), e (3) apresentadas na Tabela 1 se dão conforme a seguir. A tabela mostra a possibilidade de os valores dessas fórmulas atenderem à fórmula (4) abaixo.
[0070] As fórmulas (5) e (6) apresentadas na Tabela 1 se dão conforme a seguir. A tabela mostra a possibilidade de os aços atenderem a quais das fórmulas (5) e (6), e um aço que não atende a nenhuma dessas fórmulas é indicado por "fora de faixa". FÓRMULA (1) -109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 FÓRMULA (2) -0,0278Mn + 0,0892Cr + 0,00567Ni + 0,153Mo - 0,0219W - 1,984N + 0,208Ti - 1,83 FÓRMULA (3) -1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,00526Ni + 0,0222Mo - 0,0132W - 0,473N - 0,5Ti - 0,514 FÓRMULA (4) -35,0 ≤valor de (1) ≤45,0, -0,600 ≤valor de (2) ≤-0,250, e -0,400 ≤valor de (3) ≤0,010 FÓRMULA (5) Ti < 6,0C FÓRMULA (6) 10,1C < Ti
[0071] Nas fórmulas, C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, W, Nb, N e Ti representam o teor de cada elemento em % em massa (o teor é 0 (zero) porcento para elementos que não estão contidos).
[0072] Cada tubo de aço sem costura foi cortado para obter um material de teste, que foi então submetido à têmpera e a revenimento sob as condições mostradas na Tabela 2. Na têmpera, os tubos de aço foram resfriados por resfriamento por ar (taxa de resfriamento: 0,5°C/s) ou resfriamento com água (taxa de resfriamento: 25°C/s).
[0073] Um espécime de teste de tração em formato de arco especificado pelo padrão API foi tomado a partir do material de teste revenido e temperado, e as propriedades de tração (tensão de escoamento YS, estresse de tração TS) foram determinadas em um teste de tração conduzido de acordo com a especificação de API. Uma peça de teste (diâmetro de 4 mm x 10 mm) foi tomada a partir do material de teste revenido, e os pontos Ac3 e Ac1 (°C) na Tabela 2 foram medidos em um teste Formaster. Especificamente, a peça de teste foi aquecida a 500°C em 5°C/s, e mais aquecida a 920°C a 0,25°C/s. A peça de teste foi então mantida por 10 minutos, e resfriada à temperatura ambiente a 2°C/s. Os pontos Ac3 e Ac1 (°C) foram determinados detectando-se a expansão e contração que ocorre na peça de teste com esse histórico de temperatura.
[0074] O teste SSC foi conduzido de acordo com a norma NACE TM0177, Método A. O ambiente de teste foi criado ajustando-se o pH de uma solução de teste (uma solução aquosa de NaCl a 0,165 % em massa; temperatura de líquido: 25°C; H2S: 1 bar; CO2 bal.) a 3,5 com a adição de acetato de sódio e ácido clorídrico. No teste, um estresse de 90% da tensão de escoamento foi aplicado por 720 horas na solução. Amostras foram determinadas como sendo aceitáveis quando não houve rachadura na peça de teste após o teste, e inaceitáveis quando a peça de teste teve uma rachadura após o teste.
[0075] Os resultados são apresentados na Tabela 2. TABELA 1 * Sublinhado significa fora da faixa da invenção. • O saldo é Fe e impurezas incidentais (*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 (*2) Fórmula (2): -0,0278Mn+0,0892Cr+0,00567Ni+0,153Mo-0,0219W-1,984N+0,208Ti-1,83 (*3) Fórmula (3): -1,324C+0,0533Mn+0,0268Cr+0,0893Cu+0,00526Ni+0,0222Mo-0,0132W-0,473N-0,5Ti-0,514 (*4) Fórmula (5): Ti < 6,0C, Fórmula (6): 10,1C < Ti TABELA 2 * Sublinhado significa fora da faixa da invenção.
[0076] Os tubos de aço dos presentes exemplos tiveram, todos, alta força com uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais, demonstrando que os tubos de aço eram tubos sem costura de aço inoxidável martensítico que têm excelente resistência a SSC que não sofrem rachadura mesmo quando colocados sob um estresse em um ambiente que contém H2S. Por outro lado, em Exemplos Comparativos fora da faixa da presente invenção, os tubos de aço não tiveram a alta força desejada ou resistência a SSC desejável.

Claims (2)

1. Tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo, caracterizado pelo fato de que tem uma composição que compreende, em % em massa, C: 0,0100 a 0,0400%, Si: 0,10% ou mais e 0,5% ou menos, Mn: 0,25 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: 0,01% ou mais e 0,1% ou menos, V: 0,005 a 0,2%, N: 0,1% ou menos, Ti: 0,06 a 0,25%, Cu: 0,01 a 1,0%, Co: 0,01 a 1,0%, opcionalmente um ou dois selecionados dentre Nb: 0,1% ou menos, e W: 1,0% ou menos, opcionalmente um ou dois ou mais selecionados dentre Ca: 0,010% ou menos, REM: 0,010% ou menos, Mg: 0,010% ou menos, e B: 0,010% ou menos, e o saldo de Fe e impurezas incidentais. sendo que a composição atende a todas as relações na fórmula (4) abaixo com valores das fórmulas (1), (2), e (3) a seguir, e também atende à fórmula (5) ou (6) abaixo, sendo que o tubo sem costura de aço inoxidável martensítico tem uma tensão de escoamento de 758 MPa ou mais, Fórmula (1) - 109,37C + 7,307Mn + 6,399Cr + 6,329Cu + 11,343Ni - 13,529Mo + 1,276W + 2,925Nb + 196,775N - 2,621Ti - 120,307 Fórmula (2) - 0,0278Mn + 0,0892Cr + 0,00567Ni + 0,153Mo - 0,0219W - 1,984N + 0,208Ti - 1,83 Fórmula (3) - 1,324C + 0,0533Mn + 0,0268Cr + 0,0893Cu + 0,00526Ni + 0,0222Mo - 0,0132W - 0,473N - 0,5Ti - 0,514 Fórmula (4) - 35,0 ≤valor de (1) ≤45,0, -0,600 ≤valor de (2) ≤-0,250, e - 0,400 ≤valor de (3) ≤0,010 Fórmula (5) Ti < 6,0C Fórmula (6) 10,1C < Ti, sendo que 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) porcento para elementos que não estão contidos.
2. Método para fabricar um tubo sem costura de aço inoxidável martensítico para produtos tubulares da indústria de petróleo, 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; temperar o tubo de aço aquecendo-se o tubo de aço a uma temperatura igual ou maior do que um ponto de transformação Ac3, e resfriando-se o tubo de aço a uma temperatura de parada de resfriamento de 100 °C ou menos; e revenir o tubo de aço em uma temperatura igual ou menor do que um ponto de transformação Ac1.
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