BRPI0309098B1

BRPI0309098B1 - método para produção de um aço inoxidável martensítico

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Publication number: BRPI0309098B1
Application number: BRPI0309098A
Authority: BR
Inventors: Mutsumi Tanida
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Nippon Steel Corp; Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2016-01-12
Also published as: US20050034796A1; CN1332044C; CN1646710A; RU2279486C2; US7704338B2; CA2481009C; EP1498501A1; CA2481009A1; MXPA04010008A; AU2003236231A1; EP1498501A4; ZA200408698B; EP1498501B1; WO2003087415A1; BR0309098A; RU2004133065A

Abstract

"método para produção de um aço inoxidável martensítico". a presente invenção refere-se a um método de produção de um aço inoxidável martensítico. o método compreende as seguintes etapas (a) a (c): (a) preparar um aço tendo uma composição química consistindo em percentual em massa, c:0,003 a 0,050%, si:0,05 a 1,00%, mn:0,10 a 1,50%, cr:10,5 a 14,0%, ni:1,5 a 7,0%, v:0,02 a 0,20%, n:0,003 a 0,070%, ti: não mais que 0,300% e o saldo sendo fe e impurezas, e p e s entre as impurezas são não mais que 0,035% e não mais que 0,010% respectivamente, e que ela também satisfaça a seguinte equação: ([ti]-3,4x[n])/[c]>4,5 onde [c], [n] e [ti] significam os teores (percentual em massa) de c, n e ti, respectivamente, (b) aquecer o aço a uma temperatura entre 850 e 950<198>c, (c) resfriar o aço, e (d) temperar o aço a uma temperatura entre ac1-35<198>c e ac1+35<198>c e em uma condição de não mais que 0,5 do valor da variação <sym>lmp1 nas características de amolecimento lmp1, que é definida pela seguinte equação: lmp1 =tx(20+1,7xlog(t))x10^ -3^ onde t é a temperatura de tempera (k), e t é o tempo de têmpera (hora). o aço pode também conter de 0,2 ao 0,3% de mo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTO- DO PARA PRODUÇÃO DE UM AÇO INOXIDÁVEL MARTENSÍTI- CO".

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a um método de produção de um aço inoxidável martensítico, e mais especificamente refere-se a um método de produção de um aço inoxidável martensítico capaz de suprimir a variação do limite de elasticidade a um mínimo possível.

ANTECEDENTE TÉCNICO [002] Um aço inoxidável martensítico, que é excelente em resis- tências mecânicas tais como limite de elasticidade, limite de resistên- cia à tração e dureza, é também excelente em resistência à corrosão e resistência ao calor. Entre os aços inoxidáveis martesíticos, um aço inoxidável martensítico contendo cerca de 13% de Cr, tal como o aço 420 do AISI (American Iron and Steel Institute), é excelente em resis- tência à corrosão, especialmente sob um ambiente exposto ao gás dióxido de carbono. O aço inoxidável martensítico contendo cerca de 13% de Cr é geralmente chamado de "aço com 13% de Cr". [003] Entretanto, esse aço com 13% de Cr tem uma temperatura máxima inferior que é aplicável para uso prático. Portanto, exceder-se a temperatura máxima inferior dará uma menor resistência à corrosão, o que pode resultar na restrição do campo de aplicação do uso desse aço com 13% de Cr. [004] Nesse contexto, um outro aço inoxidável martensítico foi melhorado adicionando-se o elemento Ni ao aço 13% de Cr. Esse aço inoxidável martensítico melhorado é geralmente chamado de "aço su- per 13Cr". O aço inoxidável martensítico melhorado tem não apenas resistência mecânica maior, tal como, o limite de elasticidade, mas também uma melhor resistência à corrosão para o sulfeto de hidrogê- nio, se comparado ao aço com 13% de Cr. Então, este aço super 13Cr é particularmente adequado para tubulações de poços de petróleo, em um ambiente contendo sulfeto de hidrogênio. [005] Na produção do aço inoxidável martensítico melhorado, foi adotado um método de forma a induzir uma transformação da marten- sita durante o resfriamento brusco do aço a partir de uma temperatura de não menos do que a do ponto AC3, seguido por revenido. Resistên- cia mecânica excessivamente alta não é preferível porque um aço com resistência mecânica mais alta é mais susceptível à fratura por estres- se de sulfeto. O resfriamento brusco leva a um aço inoxidável de mar- tensita estruturada tendo uma resistência excessivamente alta, mas o revenido subseqüente o ajusta a um aço estruturado que tem a resis- tência mecânica desejada. [006] Vários métodos de produção de um aço inoxidável marten- sítico, nos quais o processo de revenir foi melhorado para ajustar a resistência mecânica, são descritos conforme mostrado abaixo. [007] As Japanese Patent Unexamined Publication N°s 2000- 160300 and 2000-178692 descrevem um método de produção de uma liga de alto Cr com baixo carbono para tubulação de poços de petró- leo, que tem uma resistência à corrosão melhorada ou uma resistência à fratura por estresse por corrosão com grau de limite de elasticidade de 655 N/mm2 (655 MPa). O método é como segue: tratamento térmi- co de austenitização, resfriamento brusco, revenido inicial a uma tem- peratura não abaixo do ponto ACi e não acima do ponto AC3, resfria- mento, e um segundo revenido a uma temperatura que é de não me- nos que 550Ό e não mais que a do ponto A Ci. [008] Também a Japanese Patent Unexamined Publication N° H08-260050 descreve um método de produção de um tubo de aço inoxidável martensítico sem costura, no qual um aço é revenido a uma temperatura que é não abaixo do ponto ACi e não acima do ponto AC3, e então resfriado de forma a executar um trabalho a frio, de forma que o aço seja ajustado para ter uma resistência ao estresse desejada, DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [009] Um aço usado para uma tubulação de poços de petróleo precisa ser revenido de forma a ter um limite de elasticidade dentro de uma faixa que é de não menos que um certo limite inferior que é sele- cionado respectiva mente dentro dos valores de 552 a 759 MPa (80 a 110 ksi), de acordo com cada grau da norma API, e também que não é mais que um limite superior que é calculado adicionando-se 103 Mpa (15 ksi) ao limite inferior. Doravante, esta necessidade é referida como "especificação de resistência API". [0010] Entretanto, tal aço inoxidável martensítico como o aço su- per 13Cr que contém Ni, tem um ponto ACi menor que um aço inoxidá- vel martensítico tal como um aço com 13% de Cr que não contém Ni, o qual pode levar a um revenido insuficiente. Portanto, o aço super 13Gr deve ser revenido a uma temperatura na proximidade do ponto AC1 ou acima do ponto ACi. Como resultado, o aço revenido compreende uma estrutura de martensita revenida e uma austenita retida, de forma que a flutuação de uma quantidade de austenita retida provoca uma varia- ção no limite de elasticidade após o revenido. [0011] Além disso, uma grande variação do teor de C de um mate- rial de aço provoca uma variação na quantidade de carboneto, tal co- mo carboneto de vanádio (VC), gerado no revenido, o que provoca uma variação no limite de elasticidade de um material de aço. Embora a variação no teor de C entre os respectivos materiais de aço esteja preferivelmente dentro de 0,005%, é industrial mente difícil suprimir tal variação. [0012] Aqui, variação significa uma variação de propriedade na resistência mecânica, tal como limite de elasticidade, e a variação nas composições químicas, tais como teor dos ingredientes, quando com- parado a uma pluralidade de materiais de aço ou produtos de aço de aços inoxidáveis martensíticos. Mesmo se os aços inoxidáveis marten- síticos forem produzidos a partir de aços de mesmas composições e no mesmo processo, a variação no limite de elasticidade é gerada ine- vitavelmente por uma mudança na microestrutura durante o revenido.

Para fornecer aos usuários produtos de aço de alta confiabilidade, é preferível que a variação no limite de elasticidade do produto seja bem pequena. [0013] As publicações acima mencionadas descrevem os métodos de produção de tubos de aço com uma resistência mecânica desejada.

Entretanto, nenhuma publicação refere-se a uma variação no limite de elasticidade. Em qualquer um dos métodos descritos acima de produ- ção de tubos de aço através de etapas de produção complicadas, é assumido que controlar-se as condições de produção de forma a man- ter um limite de elasticidade dentro de uma certa faixa é difícil, o que poderia resultar em uma grande variação no limite de elasticidade. [0014] O objetivo da presente invenção é resolver os problemas acima mencionados e especificamente fornecer um método de produ- ção de um aço inoxidável martensítico tendo uma pequena variação no limite de elasticidade, pelo controle das composições químicas, das condições de resfriamento brusco e das condições de revenir do mate- rial de aço. [0015] Os presentes inventores estudaram inicialmente a relação entre a temperatura de revenir um aço inoxidável martensítico e o limi- te de elasticidade. Há uma relação constante entre o limite de elastici- dade e a temperatura de revenir do aço inoxidável martensítico. Esta relação é mostrada pela curva revenido-amolecimento. Esta curva re- venido-amolecimento é uma curva mostrando o limite de elasticidade do aço quando revenido a temperaturas opcionais. A temperatura do revenido pode ser determinada na base da curva revenido- amolecimento. No caso de um aço inoxidável martensítico contendo Ni conforme a presente invenção, a curva revenido-amolecimento é ab- rupta. [0016] A Figura 1 é um gráfico mostrando esquematicamente um exemplo de uma curva revenido-amolecimento. Conforme mostrado no gráfico, a curva revenido-amolecimento de um aço inoxidável marten- sítico contendo Ni é mais abrupta na vizinhança do ponto ACi, se com- parado com a curva revenido-amolecimento de um aço inoxidável mar- tensítico isento de Ni. Portanto, ao produzir-se um aço inoxidável mar- tensítico dentro da faixa de limite de elasticidade que seja permissível na especificação de resistência da API, em relação a certo limite de elasticidade almejado, a faixa selecionável da temperatura de revenir no aço inoxidável martensítico contendo Ni torna-se mais estreita que no aço inoxidável martensítico isento de Ni. [0017] A faixa estreita de temperatura de revenir pode não corres- ponder à flutuação da temperatura do forno no revenido, o que torna difícil a produção de um aço inoxidável martensítico que satisfaça a especificação de resistência da API devido à elevada variação no limi- te de elasticidade do aço inoxidável martensítico. Assim, se a mudan- ça abrupta na curva de revenido-amolecimento for suprimida, a varia- ção no limite de elasticidade pode ser suprimida. [0018] Além disso, um aço inoxidável martensítico contendo Ni, conforme descrito acima, deve ter seu revenido executado a uma tem- peratura na proximidade do ponto ACi ou acima do ponto ACi, o que faz com que ocorra não apenas o amolecimento da martensita pelo revenido, mas ocorre também o amolecimento pela transformação da austenita. A transformação da austenita é influenciada significativa- mente pelo tempo de retenção durante o revenido. Conseqüentemen- te, o tempo de retenção deve também ser controlado. [0019] Na operação real, podem ocorrer variações das condições de revenir, tais como, flutuação da temperatura do forno durante o re- venido e um período de tempo mais longo no forno, o qual é causado por uma diferença no tempo transcorrido entre a etapa de revenir e a etapa subseqüente. Se tal variação puder ser suprimida, é possível suprimir-se a variação no limite de elasticidade. [0020] A presente invenção é uma invenção que é um método de supressão da variação no limite de elasticidade do aço inoxidável pelo controle severo da melhoria da inclinação da curva revenido- amolecimento e das condições de revenir. Os itens (1) a (3) a seguir são métodos de produção de aços inoxidáveis martensíticos conforme a presente invenção. (1) Um método de produção de um aço inoxidável mar- tensítico caracterizado por compreender as seguintes etapas (a) a (c): (a) preparação de um aço tendo uma composição química consistindo de em % em massa, C:0,003 a 0,050%, Si:0,05 a 1,00%, Mn:0,10 a 1,50%, Cr:10,5-14,0%, Ni:1,5 a 7,0%, V:0,02 a 0,20%, N:0,003 a 0,070%, Ti: não mais que 0,300% e o resto sendo Fe e im- purezas, e P e S, entre as impurezas, são de não mais que 0,035% e não mais que 0,010% respectivamente, e que isso também satisfaça a seguinte equação: ([Ti]-3,4x[N])/[C]>4,5 em que [C], [N] e [Ti] significam os teores (em % em mas- sa) de C, N e Ti, respectivamente, (b) aquecer o aço a uma temperatura entre 850 e 950Ό, (c) resfriar bruscamente o aço, e (d) revenir o aço a uma temperatura entre Αο1-35Ό e AC1+35O e em uma condição de não mais que 0,5 do valor da varia- ção ALMP1 nas características de amolecimento LMP1, a qual é defi- nida pela equação a seguir: LMP1 =Tx(20+1,7xlog (t))x10'3 em que T é a temperatura de revenir (K), e t é o tempo de revenir (ho- ra). (2) Um método de produção de um aço inoxidável mar- tensítico caracterizado por compreender as seguintes etapas (a) a (c): (a) preparar um aço tendo uma composição química con- sistindo de em % em massa, C:0,003 a 0,050%, Si:0,05 a 1,00%, Mn:0,10 a 1,50%, Cr:10,5 a 14,0%, Ni:1,5 a 7,0%, V:0,02 a 0,20%, N:0,003 a 0,070%, Zr: não mais que 0,580% e o resto sendo Fe e im- purezas, e P e S, entre as impurezas, são de não mais que 0,035% e não mais que 0,010% respectivamente, e que isso também satisfaça a seguinte equação: ([Zr]-6,5x[N])/[C]>9,0 onde [C], [N] e [Zr] significam os teores (% em massa) de C, N e Zr, respectivamente, (b) aquecer o aço a uma temperatura entre 850 e 950Ό, (c) resfriar bruscamente o aço, e (d) revenir o aço a uma temperatura entre AC1-35O e AC1+35O e em uma condição de não mais que 0,5 do valor da varia- ção ALMP1 nas características de amolecimento LMP1, a qual é defi- nida pela equação a seguir: LMP1 =Tx(20+1,7xlog(t))x10'3 [0021] Em que T é a temperatura de revenir (K), e t é o tempo de revenir (hora). (3) Um método de produção de um aço inoxidável mar- tensítico caracterizado por compreender as etapas (a) a (c) a seguir: (a) preparar um aço tendo uma composição química consistindo de em, % em massa, C:0,003 a 0,050%, Si:0,05 a 1,00%, Mn:0,10 a 1,50%, Cr:10,5 a 14,0%, Ni:1,5 a 7,0%, V:0,02 a 0,20%, N:0,003 a 0,070%, Ti: não mais que 0,300%, Zr: não mais que 0,580% e o resto sendo Fe e impurezas, e P e S entre as impurezas, são de não mais que 0,035% e não mais que 0,010% respectivamente, e que isso também satisfaça a equação a seguir: ([T i]+0,52x[Zr] -3,4 x[N] }/[C] >4,5 Em que [C], [N] [Ti], e [Zr] significam os teores (em % em massa) de C, N, Ti e Zr, respectiva mente, (b) aquecer o aço a uma temperatura entre 850 e 950Ό, (c) resfriar brusca mente o aço, e (d) revenir o aço a uma temperatura entre Ac1-35*C e Ac 1+35^ e em uma condição de não mais que 0,5 do valor da varia- ção ALMP1 nas características de amolecimento LMP1, a qual é defi- nida pela equação a seguir: LMP1 =Tx(20+1,7xlog(t))x10'3 [0022] Em que T é a temperatura de revenir (K), e t é o tempo de revenir (hora). [0023] Também, é preferível que o aço inoxidável martensítico, conforme qualquer um dos métodos acima, adicional mente contenha de 0,2 a 3,0% em massa de Mo.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS [0024] Figura 1 é um gráfico mostrando esquematicamente um exemplo da curva de revenido-amolecimento. [0025] Figura 2 é um gráfico mostrando esquematicamente a cur- va revenido-amolecimento para explicar a faixa de temperatura de re- venir ΔΤ. [0026] Figura 3 é um gráfico mostrando a relação entre {[Ti]- 3,4x[N])/[C] e ΔΤ; [0027] Figura 4 é um gráfico mostrando a relação entre {[Zr]- 6,5x[N])/[C] e ΔΤ. [0028] Figura 5 é um gráfico mostrando a relação entre ([Ti]+0,52x[Zr]-3,4x[N])/[C] e ΔΤ, [0029] Figura 6 é um gráfico mostrando a relação entre as caracte- rísticas de amolecimento LMP1 e o limite de elasticidade YS, e [0030] Figura 7 é um gráfico mostrando a relação entre ΔΙΜΡ1 e o desvio padrão do limite de elasticidade YS.

MELHOR FORMA DE REALIZAR A INVENÇÃO [0031] Um aço inoxidável martensítico, produzido pelo método conforme a presente invenção, pode ter qualquer forma, tal como uma folha, tubo e barra. Em um método de produção de um aço inoxidável martensítico conforme a presente invenção, (1) a composição química de um material de aço, (2) o resfriamento brusco, e(3) o revenido, se- rão descritos em detalhes abaixo. É notado que "%" no teor de um in- grediente significa"% em massa". (1) Composição Química do Material de Aço [0032] A composição química de um material de aço influencia a inclinação da curva revenido-amolecimento e outras propriedades.

Particularmente, C, V, Ti e Zr têm uma grande influência na inclinação da curva revenido-amolecimento. Assim a composição química de um material de aço é definida como segue. [0033] C: 0,003 to 0,050% [0034] C (Carbono) produz carboneto, junta mente com outros elementos, pelo revenido. Particularmente, quando é formado carbo- neto de vanádio VC, o limite de elasticidade do próprio aço aumenta mais que o necessário e a susceptibilidade à fratura por estresse por sulfeto aumenta. Assim, um teor menor de C é melhor. Entretanto, uma vez que é necessário um tempo excessivo para o refino em um processo de produção de aço, uma redução em excesso do teor de C leva a um aumento no custo da produção do aço. Consequentemente, o teor de C é preferivelmente 0,003% ou mais. [0035] Por outro lado, mesmo em um caso quando o C está conti- do no material de aço, se Ti e/ou Zr estão adicional mente contidos no material de aço, eles são preferencial mente ligados ao C para formar TiC e ZrC, os quais não levam a um aumento no limite de elasticidade.

Assim, a formação de VC pode ser suprimida. Para suprimir a forma- ção de VC pelo Ti ou Zr, é necessário que o teor de C seja de 0,050% ou menos. [0036] Si: 0,05 a 1,00% [0037] Si (Silício) é um elemento necessário como desoxidante na produção de aço. Uma vez que uma grande quantidade de teor de Si deteriora a dureza e a ductilidade, um teor menor de C é melhor. To- davia, uma redução extrema no teor de Si leva a um aumento no custo de produção do aço. Portanto o teor de Si é preferivelmente, 0,05% ou mais. Por outro lado, para evitar a deterioração da dureza e da ductili- dade, o teor de Si deve ser menor que 1,00%. [0038] Mn: 0,10 a 1,50% [0039] Mn (Manganês) é também um elemento necessário como desoxidante, similar ao Si. Além disso, o Mn é um elemento estabili- zante da austenita e também melhora a capacidade de trabalho a quente pela supressão da precipitação da ferrita no trabalho a quente.

Para melhorar a capacidade de trabalho a quente, o teor de Mn deve ser de 0,10% ou mais. Entretanto, uma vez que um teor excessivo de Mn deteriora a dureza, o teor de Mn precisa ser de 1,5% ou menos.

Além disso, para melhorar a resistência à corrosão localizada e a du- reza, o teor de Mn é preferivelmente menor que 1,00%. [0040] Cr: 10,5 a 14,0% [0041] Cr (Cromo) é um elemento eficaz para melhorar a resistên- cia à corrosão do aço, particularmente é um elemento que aumenta a resistência à corrosão pelo C02. Para evitar corrosão localizada e a corrosão de espaços, o teor de Cr deve ser de 10,5% ou mais. Por ou- tro lado, o Cr é um elemento formador de ferrita. Quando o teor de Cr excede 14,0%, é produzida ferrita δ durante o aquecimento a alta tem- peratura, o que diminui a capacidade de trabalho térmico. Uma vez que a quantidade de ferrita é aumentada, mesmo se for executado o revenido de forma a melhorar a resistência à fratura por estresse por corrosão, o limite de elasticidade necessário não pode ser obtido. Por- tanto, é necessário que o teor de Cr seja de 14,0% ou menos. [0042] Ni: 1,5 a 7,0% [0043] Ni (Níquel) é um elemento para estabilizar a austenita. Se o teor de C do aço inoxidável martensítico conforme o aço da presente invenção for baixo, a capacidade de trabalho térmico é notavelmente melhorada pela inclusão do Ni no aço. Além disso, o Ni é um elemento necessário para produzir-se uma estrutura martensítica e assegurar os necessários limite de elasticidade e resistência à corrosão. Assim, é necessário que o teor de Ni seja de 1,5% ou mais. Por outro lado, quando é adicionado Ni em excesso, mesmo se uma estrutura auste- nítica é mudada para uma estrutura martensítica pelo resfriamento a partir de alta temperatura, uma parte da estrutura austenítica perma- nece, o que não fornece um limite de elasticidade estável e uma redu- ção na resistência à corrosão. Conseqüentemente, é necessário que o teor de Ni seja de 7,0% ou menos. [0044] V: 0,02 to 0,20% [0045] V (Vanádio) é ligado ao C no revenido para formar carbone- to de vanádio (VC). Uma vez que VC torna a curva revenido- amolecimento abrupta, é preferível que o teor de V seja o menor pos- sível. Entretanto, uma vez que uma redução extrema no teor de VC leva a um aumento no custo de produção de aço, o teor de V é preferi- velmente de 0,02% ou mais. Por outro lado, quando o teor de V exce- de 0,20%, mesmo se Ti e/ou Zr forem adicionados ao aço que tenha um grande teor de C, o C não é consumido e é formado VC. Então, uma vez que a dureza após o revenido torna-se consideravelmente alta, é necessário que o teor de V seja de 0,20% ou menos. [0046] N: 0,003 to 0,070% [0047] N (Nitrogênio) tem um efeito de aumentar o limite de elasti- cidade do aço. Quando o teor de N for grande, a susceptibilidade à fratura por estresse por sulfeto aumenta e a fratura está apta a ocorrer.

Além disso, o N é mais preferivelmente ligado ao Ti e ao Zr do que ao C, e pode impedir um limite de elasticidade estável. Assim, o teor de N precisa ser de 0,070% ou menos. Quando são necessárias uma resis- tência à corrosão e um limite de elasticidade estáveis, o teor de N de- ve preferivelmente ser de 0,010% ou menos. Por outro lado, uma vez que o tempo necessário para o refino em um processo de produção de aço torna-se mais longo de forma a reduzir-se o teor de N, a redução extrema no teor de N leva a um aumento no custo de produção do aço. Conseqüentemente, é preferível que o teor de N seja de 0,003% ou mais.

Ti: 0,300% ou menos e ([Ti]-3,4x[N])/[C])>4,5 [0048] Ti (Titânio) é preferencialmente ligado ao C dissolvido du- rante o revenido para formar TiC, de forma que o Ti tenha um efeito de suprimir um aumento no limite de elasticidade à medida que VC é for- mado. Além disso, uma vez que a variação no teor de C leva a uma variação na quantidade de VC formado pelo revenido, a variação no teor de C é preferivelmente mantida a 0,005% ou menos. Entretanto, é industrialmente difícil manter a variação do teor de C em uma faixa pequena, de forma que o teor de C deve ser de 0,005% ou menos. O

Ti tem um efeito de reduzir a variação no limite de elasticidade devido à variação do teor de C. [0049] Figura 2 é uma curva revenido-amolecimento mostrada es- quematicamente, explicando a faixa de temperatura de revenir ΔΤ. ΔΤ é uma faixa de temperatura de revenir que satisfaz a acima menciona- da "especificação de resistência API", isto é, uma faixa dentro do limite inferior e do limite superior do limite de elasticidade conforme o padrão da API. Conforme mostrado na Figura 2, a faixa de temperatura de re- venir ΔΤ é uma faixa de temperatura a partir do limite inferior do limite de elasticidade em uma especificação de resistência API até o limite superior do limite de elasticidade obtido adicionando-se 103 MPa ao limite inferior, nas posições de inclinação abrupta. [0050] Levando-se em consideração as mudanças das temperatu- ras do forno para revenir um aço inoxidável martensítico, uma inclina- ção menor da curva revenido-amolecimento e uma faixa mais ampla de temperaturas de revenir selecionáveis são preferíveis para suprimir a variação no limite de elasticidade. Eis porque é preferível uma gran- de ΔΤ. As mudanças de temperatura em um forno real de revenir tal como um forno de vigas oscilantes, são de cerca de ± 10Ό. Assim, se a ΔΤ estiver em torno de 30Ό, o que é calculado adiei onando-se de 10 a 20Ό a uma mudança de largura da temperatura d o forno, a vari- edade dos limites de elasticidade entre os aços inoxidáveis martensíti- cos pode ser mantida dentro da "especificação de resistência API". [0051] Figura 3 é um gráfico mostrando a relação entre ([Ti]- 3,4x[N])/[C] e ΔΤ. ([Ti]-3,4x[N])/[C] significa uma quantidade de Ti con- sumida como carboneto após subtrair-se o Ti consumido como nitreto, uma vez que o Ti é ligado ao N para formar nitreto. A partir da Figura 3, a condição é ([Ti]-3,4x[N])/[C]>4,5, de forma que ΔΤ seja 30Ό ou mais. Se esta condição for satisfeita, o problema de variação devido às composições dos materiais de aço pode ser resolvido. Por outro lado, uma vez que uma adição excessiva de Ti aumenta o custo, o teor de Ti é preferivelmente 0,300% ou menos.

Zr: 0,580% ou menos e ([Zr]-6,5x[N])/[C]>9,0 [0052] Zr (Zircônio) tem o mesmo efeito que o Ti. Figura 4 é um gráfico mostrando a relação entre ([Zr]-6,5x[N])/[C] e ΔΤ. Na Figura 4, a condição é ([Zr]-6,5x[N])/[C]>9,0, de forma que a ΔΤ seja 30Ό ou mais. Por outro lado, uma vez que uma adição excessiva de Zr au- menta o custo similarmente à uma adição excessiva de Ti, o teor de Zr é preferivelmente 0,580% ou menos. [0053] Figura 5 é um gráfico mostrando a relação entre ([Ti]+0,52x[Zr]-3,4x[N])/[C] e ΔΤ. Conforme mostrado na Figura 5, ([Ti]+0,52x[Zr]-3,4x[N])/ [C]>4,5 é preferível, de forma a permitir que o Ti e o Zr estejam contidos no material de aço. Nota-se que, preferivel- mente, o teor de Ti é de 0,300% ou menos e o teor de Zr é de 0,580% ou menos. [0054] Mo: 0,2 a 3,0% ou menos. [0055] Mo (Molibdênio) pode estar contido no aço. Se o Mo estiver contido no aço, ele tem o efeito de aumentar a resistência à corrosão, similarmente ao Cr. Além disso, o Mo tem um efeito notável na redu- ção da susceptibilidade à fratura por estresse por sulfeto. Para se ob- ter esses efeitos adicionando-se molibdênio ao aço, o teor de Mo é preferivelmente 0,2% ou mais. Por outro lado, se o teor de Mo for grande, a capacidade de trabalho térmico é reduzida. Conseqüente- mente, é necessário que o teor de Mo seja 3,0% ou menos. [0056] O aço inclui impurezas de P e S. Seus teores são controla- dos até um nível específico como segue: [0057] P: 0,035% ou menos [0058] P (Fósforo) é um elemento de impureza contido no aço.

Uma grande quantidade de P no aço causa falhas notáveis no aço e reduz notadamente a dureza. Conseqüentemente, o teor de P é prefe- rivelmente 0,035% ou menos. S: 0,010% ou menos [0059] S (Enxofre), similar ao P, é um elemento de impureza con- tido no aço. Uma grande quantidade de S no aço deteriora notavel- mente a capacidade de trabalho térmico e a dureza. Conseqüente- mente, o teor de S deve preferivelmente ser de 0,010% ou menos. [0060] É notado que o teor de Ca de não mais de 0,0100% (100 ppm) é permitido como impureza. (2) Resfriamento brusco [0061] Na presente invenção, os materiais de aço que têm as composições químicas (1) acima, são aquecidas de 850 a 950Ό e resfriadas bruscamente. [0062] Se a temperatura antes do resfriamento brusco exceder 950Ό, a dureza se deteriora e a quantidade de carboneto dissolvido no aço aumenta e o C livre é aumentado. Assim, o Ti e/ou o Zr não funcionam eficazmente, e é formado VC durante o revenido para au- mentar o limite de elasticidade. Como resultado, a inclinação da curva revenido-amolecimento torna-se abrupta e a variação no limite de elas- ticidade é aumentada. Por outro lado, se a temperatura antes do res- friamento brusco for menor que 850Ό, a dissolução do carboneto tor- na-se insuficiente e é gerada a variação do limite de elasticidade. Além disso, uma vez que a uniformidade da estrutura torna-se insuficiente, a resistência à corrosão se deteriora. [0063] Portanto, a temperatura antes do resfriamento brusco é ajustada para 850 a 950Ό e é mantido um tempo fixo dentro dessa faixa de temperatura. Então, a absorção do material de aço é efetuada e o resfriamento brusco é executado. O processo de resfriamento brusco não é particularmente limitado. (3) Revenir [0064] Os acima mencionados (1) composição química do material de aço e (2) resfriamento brusco são ajustados de forma a resultar em uma suave inclinação da curva revenido-amolecimento, a qual reduz as variações nas resistências mecânicas. Entretanto, uma suave incli- nação da curva revenido-amolecimento não pode levar sempre a re- duzir-se as variações nas resistências. [0065] Uma vez que o Ni esteja contido nos materiais de aço que tenham a composição química acima mencionada, o ponto ACi é me- nor que o do aço com 13% de Cr. Assim, o aço deve ser revenido a uma temperatura de revenir na proximidade do ponto ACi ou acima do ponto ACi, para se obter o limite de elasticidade desejado. [0066] Quando os materiais de aço tendo a composição química (1) descrita acima são revenidos a tal temperatura de revenir, não apenas o amolecimento da própria estrutura da martensita, mas tam- bém o amolecimento da estrutura de martensita transformada de aus- tenita (transformação ACi) são formadas. Nesse caso, mesmo se os teores de Ti e/ou Zr contidos no material de aço são ajustados de for- ma a reduzir as variações do limite de elasticidade devido à composi- ção química do material de aço, as variações nos limites de elasticida- de dos aços inoxidáveis martensíticos revenidos são aumentadas pela geração de amolecimento rápido com o passar do tempo. Portanto, a relação entre limite de elasticidade, temperatura de revenir e tempo de revenir foi examinada. [0067] Figura 6 é um gráfico mostrando a relação entre as caracte- rísticas de amolecimento LMP1 e o limite de elasticidade YS. Aqui LMP1 é expresso por: LMP1 = Tx(20+1,7xlog(t))x10'3 [0068] em que T é a temperatura de revenir (K) e t é o tempo de revenir (hora). [0069] É aparente a partir da Figura 6 que há uma relação especí- fica entre LMP1 e YS. [0070] Entretanto, na operação real, conforme descrito acima, as variações das condições de reveir podem ocorrer, tais como uma flutu- ação na temperatura do forno durante o revenido e um período maior de tempo no forno, que é provocado por uma diferença no tempo de- corrido entre a etapa de revenir e a etapa subseqüente. Esses fatos levam à geração de um desvio entre o valor designado de LMP1 e o seu valor real. Mesmo se uma pluralidade de materiais de aço forem revenidos com o mesmo valor designado, são geradas variações nos valores reais de LMP1 pelos materiais de aço, resultando na geração de variações nos limites de elasticidade dos aços inoxidáveis marten- síticos. [0071] Figura 7 é um gráfico mostrando a relação entre Δ LMP1 e o desvio padrão do limite de elasticidade YS. Δ LMP1 significa a varia- ção no LMP1 obtido quando os valores reais de LMP1 dos materiais de aço revenido foram medidos, que é um valor calculado a partir da diferença entre o valor máximo e o valor mínimo de LMP1. A Figura 7 mostra que o desvio padrão de LMP1 é menor à medida que Δ LMP1 torna-se menor. Também as variações no limite de elasticidade torna- se menor. [0072] Na presente invenção, Δ LMP1 é definido como 0,5 ou me- nos. Então o desvio padrão σ das variações nos limites de elasticidade é de cerca de 12. Nesse caso, desde que 3σ é cerca de 36, assim que as variações no limite de elasticidade dos aços inoxidáveis martensíti- cos produzidos podem ser mantidas dentro de uma faixa de cerca de 1/3 dos 103 MPa na "especificação de resistência API" mencionada acima. [0073] É notado que os limites das temperaturas de revenir são definidos como "ponto ACi ± 35Ό". Se a temperatura de revenir exce- der "ponto ACi ± 35Ό, uma tendência de amolecimento devido à tra ns- formação da austenita é forte e o avanço do amolecimento aumenta rapidamente, assim, que então, é difícil dar um limite de elasticidade desejado aos aços inoxidáveis martensíticos. Por outro lado, se a tem- peratura de revenir for menor que o "ponto Α0ι-35Ό", o aço inoxidável martensítico não pode ser amolecido. Se a temperatura e o tempo de revenir forem controlados conforme descrito acima, o revenido é sufi- ciente. Especificamente, se o ajuste da temperatura em uma zona de absorção e a injeção de alimentação de materiais de aço em um forno de vigas oscilantes são controlados, os aços inoxidáveis martensíticos com uma pequena variação no limite de elasticidade podem ser obti- dos.

EXEMPLO [0074] Para confirmar os efeitos da presente invenção, foram pro- duzidos 10 peças de prova para cada condição, e os limites de elasti- cidade (YS) foram medidos. Então as variações dos limites de elastici- dade foram examinadas calculando-se seus desvios padrão. Para ca- da peça de prova, foram usados tubos ou canos com um diâmetro ex- terno de 88,9 mm, uma espessura de parede de 6,45 mm e um com- primento de 9600 mm. [0075] As Tabelas 1, 2, 3 e 4, respectivamente, mostram as com- posições químicas e os pontos ACi em suas composições dos tubos de aço produzidos como peças de prova. O grupo A de materiais, mostrado na Tabela 1, está fora do escopo da composição química definida pela presente invenção. Além disso, o grupo B de materiais, mostrado na Tabela 2, está dentro do escopo de uma composição química definida pela presente invenção e não contém quantidades substanciais de Zr. Além disso, o grupo C de materiais, mostrado na Tabela 3, está dentro do escopo de uma composição química definida pela presente invenção e não contém uma quantidade substancial de Ti. Adicionalmente, o grupo D de materiais, mostrado na Tabela 4, es- tá dentro do escopo de uma composição química definida pela presen- te invenção e contém quantidades substanciais tanto de Zr quanto de Ti. [0076] As peças de prova que têm as composições químicas mos- tradas nas Tabelas 1 a 4, aquecidas a 900Ό por 20 minutos e então resfriadas bruscamente com água, foram em seguida submetidas ao tratamento de revenir. No tratamento de revenir, as peças de prova foram aquecidas até uma temperatura na proximidade do ponto Ac1 em um forno de vigas oscilantes, mantidas ali por um tempo, e absorvidas, em seguida retiradas do forno e resfriadas. Durante o aquecimento das peças de prova no forno de vigas oscilantes, o tempo de aqueci- mento foi controlado adequadamente para conferir variações ao LMP1 de forma a diferenciar uma a uma as condições do tratamento de res- friamento brusco dos 10 tubos de aço. [0077] A Tabela 5 descreve as temperaturas de revenir e ΔΙ_ΜΡ1 das condições de revenir de T01 a T20 para as peças de prova do grupo A, que estão fora do escopo da composição química definida na presente invenção. [0078] A Tabela 6 descreve as temperaturas de revenir e ΔΙ_ΜΡ1 das condições de revenir de T21 a T36 para as peças de prova do grupo B, que estão dentro do escopo da composição química definida na presente invenção. ΔΙ_ΜΡ1 na Tabela 6 é um valor fora da faixa de variação definida pela presente invenção. [0079] A Tabela 7 descreve temperaturas de revenir e ΔΙ_ΜΡ1 das condições de revenir de T 37 a T52 para as peças de prova do grupo B, que estão dentro do escopo de uma composição química definida na presente invenção. As condições de revenir de T37 a T52 na Tabe- la 7 satisfazem as condições de revenir definidas na presente inven- ção. [0080] A Tabela 8 descreve as temperaturas de revenir e ΔΙ_ΜΡ1 das condições de revenir de T53 a T68 para as peças de prova do grupo C, que estão dentro do escopo de uma composição química de- finida na presente invenção. As condições de revenir de T53 a T68 na Tabela 8 satisfazem as condições de revenir definidas na presente in- venção. [0081] A Tabela 9 descreve as temperaturas de revenir e ΔΙ_ΜΡ1 das condições de revenir de T69 a T75 para as peças de prova do grupo D que estão dentro do escopo de uma composição química de- finida na presente invenção. As condições de revenir de T69 a T75 na Tabela 9 satisfazem as condições de revenir definidas na presente in- venção. [0082] As peças de prova revenidas foram resfriadas bruscamente e submetidas ao tratamento de revenir a várias temperaturas, em um forno experimental para se obter as curvas revenido-amolecimento.

Então foi confirmado ο ΔΤ e foram medidos os limites de elasticidade (YS) com base na determinação do alongamento por 0,5% de todas as peças de prova, e foi calculado um desvio padrão de YS para cada condição de revenir. [0083] A Tabela 10 descreve ΔΤ e os desvios padrão de YS nas condições de revenir de T01 a T20. Uma vez que as peças de prova do grupo A estão fora do escopo da composição química definida pela presente invenção, qualquer ΔΤ não chega a 30. Como resultado, os desvios padrão de YS mostraram valores de mais de 12. [0084] A Tabela 11 descreve ΔΤ e os desvios padrão de YS nas condições de revenir de T21 a T36. Uma vez que as peças de prova do grupo B estão dentro do escopo da composição química definida pela presente invenção, qualquer ΔΤ é 30 ou mais. Entretanto, uma vez que ΔΙ_ΜΡ1 é um valor fora da faixa de variação definida pela pre- sente invenção, os desvios padrão de YS mostraram valores de mais de 12. [0085] A Tabela 12 descreve ΔΤ e os desvios padrão de YS nas condições de revenir de T37 a T52. Uma vez que as peças de prova do grupo B estão dentro do escopo da composição química definida pela presente invenção e ο ΔΙ_ΜΡ1 está dentro da faixa de variação definida na presente invenção, qualquer ΔΤ é 30 ou mais e os desvios padrão de YS mostraram valores de 12 ou menos. [0086] A Tabela 13 descreve ΔΤ e os desvios padrão de YS nas condições de revenir de T53 a T68. Uma vez que as peças de prova do grupo C estão dentro do escopo da composição química definida pela presente invenção e ΔΙ_ΜΡ1 está dentro de uma faixa de variação definida na presente invenção, qualquer ΔΤ é 30 ou mais e os desvios padrão de YS mostraram valores de 12 ou menos. [0087] A Tabela 14 descreve ΔΤ e os desvios padrão de YS nas condições de revenir de T69 a T75. Uma vez que as peças de prova do grupo D estão dentro do escopo da composição química definida pela presente invenção e ΔΙ_ΜΡ1 está dentro da faixa de variação de- finida na presente invenção, qualquer ΔΤ é 30 ou mais e os desvios padrão de YS mostram valores de 12 ou menos. 0088] Conforme aparente a partir das descrições acima mencio- nadas, o método de produção de um aço inoxidável martensítico con- forme a presente invenção pode levar a uma pequena variação nas resistências mecânicas dos aços inoxidáveis martensíticos.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL [0089] No método da presente invenção, é produzido um aço ino- xidável martensítico controlando-se a composição química de um ma- terial de aço, resfri ando-se brusca mente o aço a uma temperatura adequada de forma a evitar uma inclinação abrupta da curva revenido- amoleci mento, e controlando-se com precisão as condições de revenir.

Conseqüentemente, a variação nos limites de elasticidade dos aços inoxidáveis martensíticos pode ser mantida pequena. Os materiais de aço produzidos pela presente invenção são muito úteis para produtos tais como tubos de poços de petróleo.

Claims

1. Método de produção de um aço inoxidável martensítico, caracterizado por compreender as etapas (a) a (d) a seguir: (a) preparar materiais de aço tendo uma composição quí- mica consistindo de, em percentual em massa, C:0,003 a 0,050%, Si:0,05 a 1,00%, Mn:0,10 a 1,50%, Cr:10,5 a 14,0%, Ni:1,5 a 7,0%, V:0,02 a 0,20%, N:0,003 a 0,070%, Ti: não mais que 0,300% e o resto sendo Fe e impurezas, e P e S, entre essas impurezas, são de não mais que 0,035% e não mais que 0,010%, respectivamente, e que também satisfaça a seguinte equação: ([Ti]-3,4x[N])/[C]>4,5 em que [C], [N] e [Ti] significam os teores (% em massa) de C, N e Ti, respectivamente, (b) aquecer os materiais de aço a uma temperatura entre 850 e 950Ό, (c) resfriar bruscamente os materiais de aço, e (d) revenir os materiais de aço a uma temperatura entre cerca de Ac1 e Αο1+35Ό e em uma condição tal que o valor da varia- ção ΔΙ_ΜΡ1 das características de amolecimento LMP1 nos materiais do aço não é mais do que 0,5, de modo que o desvio padrão no ren- dimento da resistência (YS) do aço revenido no material de aço é de 12 ou menos, em que LMP1 é definido para o respectivo material de aço, pela seguinte equação: LMP1 =Tx(20+1,7xlog(t))x10'3 em que T é a respectiva temperatura de revenir atual (K), t é o respectivo tempo de revenir (hora), e LMP1 é controlado com base na diferença en- tre o respectivo valor atual de LMP1 e o valor de LMP1 designado.

2.

Método de produção do aço inoxidável martensítico co- mo definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aço tem 0,2 a 3,0% em massa de Mo, ao invés de uma parte de Fe.