BRPI0318495B1 - Estrutura de tubulação soldada tendo resistência aperfeiçoada ao trincamento por corrosão de tensão - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTRUTURA DE TUBULAÇÃO SOLDADA TENDO RESISTÊNCIA APERFEIÇOADA AO TRINCAMENTO POR CORROSÃO SOB TENSÃO".

Campo Técnico Essa invenção refere-se a uma estrutura soldada tendo resistência aperfeiçoada ao trincamento por corrosão sob tensão. Mais particularmente, ela se refere a uma estrutura soldada incluindo uma junta soldada para tubos de aço inoxidável martensítico para uso em tubulações para transportar fluidos, tal como petróleo e gás natural, que são corrosivos com respeito a metais.

Antecedentes da Técnica O petróleo e o gás natural produzidos por campos de óleo e campos de gás contêm gases corrosivos tais como dióxido de carbono (CO2, gás carbônico ácido) e sulfeto de hidrogênio (H2S) como gases associados, então eles são corrosivos com respeito a metais. Dessa maneira, é requerida uma excelente resistência à corrosão de materiais de aço usados em tubulações para transportar fluidos, tal como petróleo e gás natural, tendo essa alta corrosividade. Exemplos típicos de tal corrosão incluem corrosão uniforme (geral), corrosão sob tensão em presença de sulfetos (SSC), e trincamento por corrosão sob tensão (SCC).

Para corrosão uniforme, é conhecido que a adição de Cr para aço é eficiente na diminuição da taxa de corrosão. Por conseguinte, em um ambiente de alta temperatura contendo dióxido de carbono, a contramedida de aumento do teor de Cr do aço foi considerada. Um exemplo específico de um material tendo excelente resistência para tal corrosão é um aço inoxidável martensítico tal como aço Cr 13.

No entanto, com aço inoxidável martensítico, às vezes ocorre SSC em um ambiente contendo uma quantidade diminuta de sulfeto de hidrogênio. Para tal corrosão, como no passado, é sabido que uma resistência à SSC em um ambiente contendo sulfeto de hidrogênio pode ser aperfeiçoada pela adição de uma quantidade adequada de Mo e Ni para estabilizar um filme resistente à corrosão formado na superfície do aço. É também en- tendido que a resistência à SSC de juntas soldadas pode ser aperfeiçoada pelo uso de um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C em que o teor de C do metal base é diminuído com o objetivo de suprimir um aumento em dureza nas zonas afetadas por calor (HAZ) de soldas que diminuem a resistência à SSC (vide Corrosão/96 N° 58).

Foi considerado que um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C geralmente tem baixa suscetibilidade a SCC. Isso é porque se considera que a SCC é sensibilizada pela formação de uma zona esgotada de Cr causada pela formação de carburetos de Cr, e é mais difícil para uma zona esgotada de Cr formar um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C inferior do que com um aço inoxidável austenítico. De fato, até agora, foi considerado que a SCC não ocorre com um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C em um ambiente de dióxido de carbono em alta temperatura, isto é, um ambiente com uma alta temperatura na ordem de 80 -200°C e contendo íons de cloreto e dióxido de carbono (CO2) e que é também referido como um ambiente agradável (referido abaixo simplesmente como um "ambiente de CO2 de alta temperatura").

Mesmo com um aço inoxidável martensítico, como descrito, por exemplo, no parágrafo de 0008 de JP-A 07-179943 (1995), se C for adicionado em excesso de 0,05%, uma zona esgotada de Cr é formada resultando da formação de uma grande quantidade de carburetos de Cr, e a resistência â corrosão por dióxido de carbono deteriora. Por conseguinte, a SCC referida nesse relatório descritivo é natural mente localizada em um teor de C de no máximo 0,05%.

Descrição da Invenção Recente mente, foi relatado que SCC ocorre nas juntas soldadas de aço inoxidável martensítico com baixo teor de C e especificamente nas zonas afetadas por calor (HAZ) de soldas circunferenciais na superfície interna dos tubos de aço.

Em tubos de aço para transportar gás natural ou petróleo, é importante impedir uma corrosão uniforme que causa uma diminuição na espessura da parede. No entanto, com SCC e SSC, leva um curto tempo para trincas causadas por corrosão progredirem e passarem através da espessura da parede, e conforme esses tipos de corrosão são fenômenos localizados. Por conseguinte, eles resultam em um problema mais severo do que a corrosão uniforme.

Mesmo com um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C, considerou-se que a causa de SCC reside na presença de uma zona esgotada de Cr. No entanto, quando foi tentado confirmar isso experimentalmente, foi verificado que a presença de uma zona esgotada de Cr não foi a causa.

Verificou-se que a ocorrência de SCC em um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C como aquela descrita acima é um fenômeno completamente novo. Executaram-se investigações detalhadas do fenômeno de SCC que ocorre em uma HAZ de um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C em um ambiente de CO2 de alta temperatura, e foram feitas as seguintes descobertas. (1) Trincas devido à SCC ocorrem em uma superfície como soldada, mas tais trincas não ocorrem mais se a camada de superfície interna de uma junta soldada de um tubo de aço for removida por decapagem ou trituração mecânica. (2) Quando a soldagem de cinta (circunferencial) de um tubo de aço é realizada enquanto as condições de blindagem da superfície interna do tubo são variadas a fim de variar a extensão para o que uma crosta de oxido de solda (crosta de oxido formada por soldagem) é formada, quanto menos uma formação de uma crosta de oxido de solda ocorre, menor é a freqüência de ocorrência de SCC.

Com base nessas descobertas, foi verificado que a camada de superfície da superfície interna de um tubo de aço na zona afetada por calor de uma solda de cinta do tubo de solda contribui extremamente com a SCC em um ambiente de CO2 de alta temperatura.

Como resultado de investigações adicionais, a seguir foram encontradas as razões porque a zona afetada por calor influencia na ocorrência de SCC. (1) As porções esgotadas de Cr diminutas existem nas limitações de grão dentro da textura de HAZ imediatamente abaixo da crosta de oxido de solda que é formada na zona afetada por calor da superfície interna de um tubo de aço. (2) O ponto de iniciação de SCC é localizado nessas porções esgotadas de Cr que existem na camada de superfície da zona afetada por calor na vizinhança da superfície interna do tubo de aço. (3) Se SCC ocorre depende da concentração com o mais baixo teor de Cr nas porções esgotadas de Cr. (4) A crosta de oxido de solda que é formada no momento da soldagem é uma causa da formação das porções esgotadas de Cr. (5) As condições de soldagem são relacionadas à formação das porções esgotadas de Cr imediatamente abaixo da crosta de oxido de solda.

As porções esgotadas de Cr as quais foram encontradas na presente invenção diferem de uma zona esgotada de Cr convencional com respeito às características tais como a área de formação e a causa de formação. No presente relatório descritivo, elas são chamadas "porções esgotadas de Cr de contorno de grão induzindo SCC causadas por uma crosta de oxido de solda" e serão referidas abaixo simplesmente como "porções esgotadas de Cr de contorno de grão".

Essa invenção é baseada nessas descobertas, e no seu sentido mais amplo, ela é uma estrutura soldada feita de um aço inoxidável marten-sítico com baixo teor de C que contém no máximo 0,05% de C e 8 - 16% de Cr em que a concentração com o mais baixo teor de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão que existem imediatamente abaixo da crosta de oxido de solda na zona afetada por calor de uma solda é pelo menos 5 por cento de massa.

Mais especificamente, a presente invenção é uma estrutura de tubulação soldada feita de um aço inoxidável martensítico com baixo teor de C que contém no máximo 0,05% de C e 8 - 16% de Cr, em que a tubulação é feita por soldagem de cinta de tubos de aço e a concentração com o mais baixo teor de Cr em porções esgotadas de Cr de contorno de grão existindo imediatamente abaixo de uma crosta de oxido de solda na zona afetada por calor de uma solda é pelo menos de 5 por cento de massa.

Ainda de um outro ponto de vista, a presente invenção é um método de fabricação de uma estrutura soldada pela realização de soldagem de cinta de modo que a concentração com o mais baixo teor de Cr em porções esgotadas de Cr de contorno de grão formadas imediatamente abaixo da crosta de óxido de solda em uma zona afetada por calor de uma solda é pelo menos de 5 por cento de massa.

De acordo com a presente invenção, a SCC pode ser eficientemente obstruída. Dessa maneira, ainda de um outro ponto de vista, a presente invenção é um método para impedir que a SCC de uma estrutura soldada seja usada em um ambiente de CO2 de alta temperatura assegurando que a concentração com o mais baixo teor de Cr em porções esgotadas de Cr de contorno de grão que existem imediatamente abaixo da crosta de óxido de solda na zona afetada por calor de uma solda é pelo menos de 5 por cento de massa.

De acordo com a presente invenção, uma tubulação feita por soldagem de cinta pode ser usada em um estado como soldada, desse modo facilitando extrema mente a soldagem do campo (local). Por conseguinte, a presente invenção tem um grande significado em uso prático.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1{a) é uma vista expianatória mostrando esquematica-mente 0 estado de formação de uma zona esgotada de Cr convencional da formação carburetos de Cr, a figura 1 (b) é um gráfico mostrando a distribuição da concentração de Cr em uma região ao longo da linha A-A’ na figura 1<aJ. A figura 2{a) é uma vista expianatória mostrando esquematica-mente o estado de formação de uma zona esgotada (camada da qual Cr foi removido ou camada descromada) resultando da formação de crosta de moinho, e a figura 2(b) é um gráfico mostrando a distribuição da concentração de Cr em uma região ao longo da linha A-A’ na figura 2{a). A figura 3(a) é uma vista expianatória esquemátíca de porções esgotadas de Cr de contorno de grão que foram primeiro descobertas pela presente invenção, e a figura 3{b) é um gráfico mostrando a distribuição de concentração de Cr em uma região ao longo da linha A-A' e linha B-B' na figura 3(a). A figura 4 é um gráfico mostrando a relação entre Cresgotamento definida na presente invenção e a frequência de ocorrência de rachadura de juntas soldadas em um ambiente de CO2 de alta temperatura, em que Gr^go, tamenio indica a concentração com o mais baixo teor de Cr em porções esgotadas de Cr nas limitações de grão imediatamente abaixo da crosta de óxido de soida na HAZ de uma solda. A figura 5(a) é uma vista explanatória esquemática dos procedimentos na soldagem de cinta de tubos, e a figura 5(b) é uma vista explanatória esquemática de uma passagem de múltiplas camadas (passagens múltiplas) em uma junta soldada, que é acompanhada por um gráfico mostrando esquematicamente a distribuição da concentração de Cr na zona afetada por calor.

Melhor Modo para Realizar a Invenção A seguir, a fim de corretamente entender o fenômeno de formação de porções esgotadas de Cr de contorno de grão que foram primeiramente descobertas na presente invenção, investigações com referência ao fenômeno de formação de uma zona esgotada de Cr que foi conhecido na técnica anterior serão descritas. A figura 1(a) é uma vista explanatória mostrando esquematicamente 0 estado de formação de uma zona esgotada de Cr resultando da formação de carburetos de Cr, e a figura 1{b) é um gráfico mostrando a distribuição de concentração de Cr em uma região ao longo da linha A-A' na figura 1(a).

Como pode ser visto da figura 1{a) e figura 1{b), o C e 0 Cr contidos na composição de metal de base reagem para formar carburetos de Cr, e, por conseguinte, na periferia dos carburetos de Cr resultantes, são formadas regiões em que a concentração de Cr é diminuída. Essas regiões tornam-se zonas esgotadas de Cr formadas como resultado da formação de carburetos de Cr. Com vista ao fato de que elas são encontradas particularmente de maneira numerosa na vizinhança de limitações de grão, elas são algumas vezes chamadas de zonas esgotadas de Cr de contorno de grão. No entanto, por conveniência, no presente relatório descritivo elas serão referidas como zonas esgotadas de Cr induzidas por carbureto. Em geral, é considerado que existe menos formação dessas zonas esgotadas de Cr induzidas por carbureto com aço inoxidável martensítico do que com aço inoxidável austenítico. Já que a velocidade de difusão de Cr em martensita (tendo uma estrutura em bcc) é consideravelmente maior do que a velocidade de difusão de Cr em austenita (tendo uma estrutura em fcc), foi considerado que Cr é suprido de modo razoavelmente rápida da matriz de um aço inoxidável martensítico e, por conseguinte, uma zona esgotada de Cr induzida por carbureto não se forma em tal aço. A figura 2(a) é uma vista explanatória mostrando esquematica-mente o estado de formação de uma zona esgotada de Cr (uma camada descromada) resultando da formação de crosta de moinho, e a figura 2(b) é um gráfico mostrando a distribuição da concentração de Cr em uma região ao longo da linha A-A’.

Como mostrado na figura 2(a) e figura 2(b), uma camada de oxido referida como crosta de moinho é formada durante as etapas da lamina-ção a quente ou tratamento com calor em um processo de fabricação de um material de aço. Essa camada de oxido contém espinélio e outras substâncias que contêm Cr. Por isso, ao longo da interface entre a crosta de moinho e o metal de base, uma região semelhante a uma camada tendo uma concentração de Cr reduzida é formada no lado do metal de base na interface. Isso é uma zona esgotada de Cr resultando da formação de crosta de moinho. No presente relatório descritivo, por conveniência, essa zona esgotada de Cr será referida como uma zona esgotada de Cr induzida por crosta.

Os efeitos da presença desses dois tipos de zonas esgotadas de Cr convencionais na ocorrência de SCC encontrada no HAZ acima descrita foram considerados. Já que é considerado que a zona esgotada de Cr induzida por crosta causada pela formação de crosta de moinho não é direta- mente relacionada à ocorrência de SCC na zona afetada por calor, a relação entre uma zona esgotada de Cr induzida por carbureto causada por formação de carbureto e a ocorrência de SCC em um ambiente de CO2 de alta temperatura foi investigada. O Aço A (12Cr-5Ni-1Mo) tendo teor de C de 0,05% (percentual de massa) e Aço B (12Cr-5Ni-1Mo) tendo um teor de C de 0,003% foram preparados em um laboratório, e submetidos ao tratamento de resfriamento brusco-tempera. O teor de C desses aços foi variado a fim de variar intencionalmente a extensão de formação de carburetos de Cr. Juntas soldadas foram preparadas usando esses dois materiais de aço. Com o Aço A, a formação de carburetos de Cr foi verificada na HAZ ao longo das limitações de grão, mas com o Aço B, a formação de carburetos de Cr não foi observada.

Porções de teste dessas juntas soldadas foram usadas para investigar a ocorrência de SCC em um ambiente de CO2 de alta temperatura. Como resultado, para cada porção de teste, independente de se os carburetos foram formados ou não, ocorreram trincas quando a superfície interna estive em um estado como soldada, embora as trincas não tinham ocorrido quando a superfície interna foi submetida à trituração. Por conseguinte, foi confirmado que a ocorrência de trincas depende da condição da superfície da solda e não é influenciada pela presença de uma zona esgotada de Cr induzida por carbureto formada dentro da textura de aço, ou em outras palavras tal rachadura não ocorre mesmo se uma zona esgotada de Cr induzida por carbureto está presente.

Dessa maneira, as porções esgotadas de Cr de contorno de grão que foram verificadas na presente invenção diferem de uma zona esgotada de Cr induzida por carbureto com respeito a características tais como a área de formação e a causa de formação.

As figuras 3(a) e 3(b) são vistas explanatórias esquemáticas de porções esgotadas de Cr de contorno de grão que foram primeiramente verificadas na presente invenção. Como mostrado na figura 3(a), as porções esgotadas de Cr de contorno de grão são formadas ao longo das limitações de grão do metal de base concomitantemente com a formação de uma cros- ta de oxido de solda. Essa formação das porções esgotadas de Cr de contorno de grão ocorre ao longo das limitações de grão y anteriores, e conforme a distância da camada de crosta de oxido de solda aumenta, a concentração de Cr aborda aquela do metal de base. Por conseguinte, a formação da crosta de oxido de solda causa o esgotamento de Cr, que progride ao longo das limitações de grão y anteriores na textura do metal de base imediatamente abaixo dessa crosta de oxido de solda delgada, e a rachadura o-corre de tais porções esgotadas de Cr servindo como um ponto de iniciação. A formação de porções esgotadas de Cr nas limitações de grão imediatamente abaixo de uma crosta de oxido de solda foi primeiramente verificada na primeira invenção. No passado, não foi conhecido que a formação de uma crosta de oxido extremamente delgada no momento da sol-dagem é acompanhada pela formação de porção esgotadas de Cr nas limitações de grão. A presença de porções ou regiões esgotadas de Cr como explanado acima com respeito à figura 3(a) e à figura 3(b) foi verificada através de observação com um TEM (microscópio eletrônico de transmissão) da vizinhança da camada de superfície na HAZ de uma junta soldada produzida por soldagem de cinta de um tubo de aço, isto é, da textura do metal de base imediatamente abaixo da crosta de oxido de solda. A partir dos resultados de observação com um TEM e do fato de que o comportamento da SCC em uma junta soldada real depende da condição da camada de superfície, foi verificado que as porções esgotadas de Cr de contorno de grão formadas imediatamente abaixo da crosta de óxido de solda de uma solda de cinta de um tubo de aço serve como pontos de iniciação para a SCC em um ambiente de CO2 de alta temperatura. A Figura 4 é um gráfico mostrando a relação entre CreSgotamento' que é a concentração com o mais baixo teor de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão, e a frequência de ocorrência de rachadura em um ambiente de CO2 de alta temperatura.

Os dados na Figura 4 são os resultados de testes de SCC em aços inoxidáveis martensíticos contendo 8%, 12% ou 15% de Cr e no máxi- mo 0,05% de C. Os dados são os resultados para os testes usando três porções de teste de cada aço. Os números na figura indicam (número de porções de teste em cada SCO ocorrida)/(número de porções de teste).

Com pode ser visto a partir dos resultados da figura 4, a SCC ocorre quando a concentração com mais baixo teor de Cr (CreSgotamento) nas limitações de grão imediatamente abaixo da crosta de oxido de solda é menor do que 5%. Quanto menor é o valor de CreSgotamento mais freqüente é a ocorrência de rachadura.

Pode ser presumido que a razão pela qual a freqüência de ocorrência de rachadura aumenta (em que a rachadura ocorre mais facilmente) conforme o valor de esgotamento diminui é que se torna fácil para dissolução (corrosão) ocorrer nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão no ambiente corrosivo acima descrito. Isto é, a ocorrência de SCC em um ambiente de dióxido de carbono em alta temperatura é causada pela assim chamada corrosão de percurso ativa (APC). Por isso, é considerado que quanto mais baixa a concentração nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão, maior é a corrosão promovida nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão durante o estágio inicial de corrosão, levando a um fenômeno macroscópico de rachadura.

Foi confirmado por investigação que a região em que as porções esgotadas de Cr de contorno de grão são formadas imediatamente abaixo da crosta de óxido de solda se estende a partir das porções de suporte na parte de reforço de uma solda para zona afetada por calor (HAZ) da solda.

Isto é, com o aço inoxidável martensítico com baixo teor de C contendo de 8 - 16% de Cr e no máximo 0,05% de C, uma junta soldada em que SCC não ocorre em um ambiente de CO2 de alta temperatura tem um valor de CreSgotamento de pelo menos 5%, em que CreSgotamento é a concentração com o mais baixo teor de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão formadas imediatamente abaixo da crosta de óxido de solda em uma região se estendendo da porção de suporte na parte de reforço de uma solda para a HAZ desta.

Tal condição de superfície tendo um valor de CreSgotamento que é de pelo menos 5% pode ser obtida pelo controle da taxa de resfriamento e da quantidade de oxigênio na camada de superfície da HAZ na assim chamada lateral de boleado de penetração, que está em lado oposto à lateral em que um arco é gerado no momento de soldagem. Isto é, a formação de porções esgotadas de Cr de contorno de grão que ocorre na camada de superfície da HAZ na lateral da superfície interna é devido ao fato de que a superfície da HAZ oxida no momento de soldagem para formar uma crosta, desse modo fazendo com que Cr apresente imediatamente abaixo a crosta para se difundir das limitações de grão. Por isso, a formação depende tanto do intervalo de retenção na faixa de temperatura em que Cr pode se difundir, i.e, a taxa de resfriamento da camada de superfície da HAZ, quanto na quantidade de oxigênio suprido para formar a crosta.

Além da taxa de resfriamento da camada de superfície de HAZ e da quantidade de oxigênio, a quantidade de admissão de calor, a temperatura de interpasse, e o tamanho de uma passagem única têm uma influência na formação das porções esgotadas de Cr de contorno de grão de uma maneira complicada, então esses parâmetros podem também ser adequadamente controlados.

Normalmente, em uma soldagem com MAG (gás argônio de metal), quando os tubos de aço de alto teor de liga são soldados juntos através de soldagem de um lado a fim de formar um boleado de penetração, uma tira de encosto feita de cobre ou uma liga de cobre é usada a fim de impedir requeimar-se ou derreter. Nesse caso, a concentração de oxigênio da atmosfera de soldagem pode ser adequadamente controlada, mesmo no caso do uso de uma tira de encosto de cobre usual, revestindo a superfície de cobre da tira de encosto com um revestimento de cerâmica tal como AI2O3 e passando ar de gás no lado oposto do boleado. A seguir, as razões para a faixa de cada um dos elementos constituintes de uma composição preferida de um aço usado como um metal de base na presente invenção serão descritas. Nesse relatório descritivo, a não ser que especificado, a percentagem com respeito a uma composição de aço significa percentagem de massa. C: 0,001 - 0,05% C é um elemento que forma carburetos com elementos tais como Cr e diminui a resistência de corrosão em um ambiente de dióxido de carbono. É também um elemento que diminui a soldabilidade. Por isso, seu teor é preferivelmente tão baixo quanto possível, e o limite superior é de 0,05%. O limite inferior é de 0,001% em vista da faixa em que o teor de carbono pode ser praticamente controlado. Preferivelmente seu teor é de 0,003 - 0,02%.

Si: 0,05-1% Si é um elemento que é adicionado como um agente desoxidan-te durante um processo de refinamento de aço. Seu teor pode ser o mesmo que a quantidade para a qual é restrito em aço inoxidável ordinário, que é de no máximo 1%. A fim de obter o efeito acima descrito, seu teor é de pelo menos 0,05%. Preferivelmente é de 0,1 - 0,7%.

Mn: 0,05 - 2% Mn é um elemento que aperfeiçoa a aplicabilidade de calor. A fim de obter esse efeito, seu teor é de pelo menos 0,05%. Se o teor de Mn excede a 2%, torna-se fácil para Mn segregar dentro de um lingote, e essa segregação tende a causar deterioração na rigidez e deterioração na resistência para SSC em um ambiente de H2S. Por isso, o teor de Mn é de 0,05 - 2%. Preferivelmente é de 0,1 - 1,5%. Mais preferivelmente é de 0,2 -1,0%.

Cr: 8-16% Cr é um elemento essencial para exibir resistência à corrosão em um ambiente de dióxido de carbono. Seu teor é de pelo menos 8% a fim de obter resistência à corrosão em um ambiente de dióxido de carbono em alta temperatura. No entanto, Cr é um elemento de formação de ferrita, e no caso de um aço inoxidável martensítico, se uma quantidade extremamente grande de Cr for adicionada, a aplicabilidade de calor piora devido à formação de ferrita. Por isso, 0 teor de Cr é de 8 - 16%.

Ni: 0,1 - 9% Além do efeito de aumentar a resistência à corrosão, Ni tem 0 efeito de aumentar a rigidez, e, Ni é adicionado em uma quantidade de até 9% conforme requerido. A fim de exibir esses efeitos, pelo menos 0,1% de Ni é adicionado. No entanto, Ni é um elemento de formação de austenita, e se uma grande quantidade dele é incluída, uma fase de austenita retida é formada, diminuindo desse modo a resistência e rigidez, então o limite superior de Ni é de 9%. Preferivelmente seu teor é de 0,5 - 7%. Mais preferivelmente é de 1- 6%.

Sol. Al: 0,001 -0,1% Al é um elemento que é adicionado como um agente desoxidan-te durante um processo de refinamento de aço. A fim de obter esse efeito, seu teor é de pelo menos 0,001%. Se seu teor está em excesso de 0,1%, uma grande quantidade de inclusões de alumina é formada, o que leva a uma diminuição de rigidez, então o limite superior de Al é de 0,1%. Preferivelmente seu teor é de 0,005 a 0,05%.

Da mesma maneira que com o aço inoxidável ordinário, a quantidade de impurezas inevitáveis tais como P, S, N e O é preferivelmente tão pequena quanto possível já que elas pioram a resistência à corrosão e rigidez.

Na presente invenção, não existem limites particulares em P, S, e N já que eles são incluídos como impurezas, mas normalmente, os teores destes são preferivelmente no máximo de 0,030% para P, no máximo de 0,010% para S, e no máximo de 0,015% para N.

Um aço inoxidável martensítico de acordo com a presente invenção pode também conter um ou mais dos elementos opcionais a seguir. Mo, W: 0,1 - 7% cada Na presença de Cr, Mo e W têm o efeito de aperfeiçoar a resistência a corrosões e resistência à rachadura por sulfeto. Se necessário, qualquer um ou ambos desses elementos podem ser adicionados em uma quantidade de 0,1 - 7% cada. Quando esses elementos são adicionados com o objetivo de aperfeiçoar a resistência à corrosão, o valor de Mo + 0,5 W é preferivelmente de pelo menos 0,1%. Por outro lado, se o valor de Mo + 0,5 W excede a 7%, ele leva à formação de uma fase de ferrita e a aplica- bilidade de calor é diminuída, então o limite superior é de 7%.

Cu: 0,1 -3% Cu tem um efeito de diminuir a taxa de dissolução em um ambiente de baixo pH. Quando ele é adicionado, seu teor está preferivelmente na faixa de 0,1 - 3%. No entanto, a adição de Cu resulta no problema de checagem de Cu, então é preferível determinar seu teor levando em consideração o balanço com Ni.

Ti, Zr, Hf, V, e Nb: 0,005 - 0,5% cada Ti, Zr, Hf, V, e Nb podem fixar C e suprimir a formação de carbu-retos de Cr, e eles têm o efeito de suprimir a ocorrência de corrosão localizada causada por uma zona esgotada de Cr na periferia de carburetos de Cr. Por conseguinte, se necessário, pelo menos um desses elementos pode ser adicionado. Quando adicionado, o teor de cada um é preferivelmente de 0,005 a 0,5%.

Ca, Mg e REM: 0,0005 - 0,01% cada Um ou mais de Ca, Mg e REM pode ser adicionado com o objetivo de aperfeiçoar a aplicabilidade de calor do aço. Pelo menos um pode ser adicionado na faixa de 0,0005 - 0,01 % cada. A seguir, será descrito um método de fabricação de uma estrutura soldada de acordo com a presente invenção.

Um exemplo típico de uma estrutura soldada que é o sujeito da presente invenção é uma tubulação tendo uma junta soldada formada por soldagem de cinta e em particular uma tubulação feita de tubos de aço sem costura. A operação de soldagem é realizada da maneira a seguir.

Como mostrado na Figura 5(a), tubos de aço 1, 1 tendo bordas chanfradas para soldagem são limitadas, e uma soldagem de cinta de passagem múltipla é realizada do lado externo do tubo de aço para formar uma solda de cinta 2. Embora o material de soldagem possa variar um pouco dependendo do tipo de aço que constitui os tubos de aço e o método de soldagem a ser empregado, geralmente ele pode ser usado na soldagem de aço inoxidável martensítico, e na presente invenção, não existem restrições particulares sobre ele. Também não existem restrições particulares sobre o próprio método de soldagem. Por exemplo, ele pode ser tanto soldagem convencional com TIG (tungstênio-gás inerte) quanto soldagem convencional a arco com MAG.

De acordo com a presente invenção, a solda resultante tem suficiente resistência à SCC em um estado como soldado. Por conseguinte, não é sempre necessário executar um tratamento tal como trituração da superfície interna 3 da solda. Ao contrário, é preferível não realizar tal tratamento no caso de soldagem de campo. Um pós-tratamento com calor também não é necessário. Dessa maneira, a presente invenção se torna particularmente útil no caso de fabricação de uma estrutura soldada por soldagem de campo tal como uma estrutura de junta soldada de uma tubulação. O pós-tratamento com calor depois da conclusão da soldagem pode naturalmente ser realizado se necessário, e não existem restrições nisso. A Figura 5(b) é uma vista explanatória esquemática de uma solda e uma HAZ. Ela também mostra a variação na concentração com baixo teor de Cr nas limitações de grão na HAZ. A linha cheia e a linha pontilhada mostram esquematicamente a variação na concentração de Cr em uma profundidade de 100 nm em um metal de base imediatamente abaixo da crosta de óxido de solda na HAZ na superfície interna de um tubo de aço soldado. Como explicado nos exemplos, a medição da concentração de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão é realizada nas limitações de grão em uma profundidade de 100 nm no metal de base imediatamente a-baixo da crosta de óxido de solda, e é medida na direção perpendicular às limitações de grão para determinar a concentração com baixo teor de Cr no perfil obtido por medição.

Dependendo das condições no momento da soldagem, um perfil tal como o perfil A-A’ representado por uma linha pontilhada é obtido em alguns casos, e um perfil tal como o perfil B-B’ representado por uma linha cheia é obtido em outros casos. Em qualquer caso, "a concentração com mais baixo teor de Cr na HAZ" é determinada no ponto tendo a concentração com mais baixo teor no perfil da concentração de Cr nas limitações de grão da porção de suporte da parte de reforço da solda em direção à HAZ.

De acordo com a presente invenção, a fim de assegurar que uma junta soldada não cause SCC em um ambiente de CO2 de alta temperatura, Cresgotamento' que é a concentração com o mais baixo teor de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão imediata mente abaixo da crosta de oxido de solda na região da HAZ da porção de suporte na parte de reforço da solda para a extremidade da sua HAZ, satisfaz a esgotamento £ 5%. O Cresgotamexito é a concentração com mais baixo teor de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão que são formadas imediatamente abaixo da crosta de óxido de solda na HAZ. A posição em que o Cr®, gotamento existe pode ser na vizinhança da porção de suporte da solda de reforço em alguns casos ou em um local um tanto removido dali em outros casos. É preferível previamente averiguar a distribuição de concentração de Cr na direção horizontal na HAZ. O mecanismo pelo qual tal variação na distribuição de concentração de Cr aparece não é claro, mas é presumido que 0 efeito em oxidaçâo de reaquecimento que é executado durante a sol-dagem de passagem múltipla varie com a posição, fazendo desse modo com que a posição que for mais suscetível à oxidaçâo e, por conseguinte, ao esgotamento de Cr varie.

No que diz respeito à distribuição da concentração de Cr na direção de espessura da parede de imediatamente abaixo da camada de superfície interna, é considerado que quanto mais perto uma posição está para a crosta de óxido de solda, menor é a sua concentração de Cr. A fim de tornar possível determinar a concentração de Cr por TEM de modo adequado e prático, a concentração de Cr é definida como o valor medido nas áreas de contorno de grão em uma profundidade de 100 nm na direção da espessura a partir de imediatamente abaixo da crosta de óxido.

Quando da fabricação de uma estrutura soldada de acordo com a presente invenção, um método de soldagem preferido para inibir a formação de porções esgotadas de Cr de contorno de grão é como a seguir. (1} A quantidade de oxigênio na atmosfera de soldagem é diminuída. Isso suprime a formação e crescimento de uma crosta de óxido. (2) Conforme um outro método, a velocidade de resfriamento depois da soldagem é aumentada de modo que o tempo de residência na região de temperatura em que uma crosta de oxido é formada torna-se tão curto quanto possível. Alternativamente, a taxa de resfriamento pode ser feita adequadamente lenta. Nesse caso, as porções esgotadas de Cr de contorno de grão são formadas com o crescimento da crosta de oxido, mas elas restauram sua concentração de Cr por difusão de Cr o que ocorre a partir da matriz em direção das porções esgotadas de Cr de contorno de grão. (3) Conforme ainda um outro método, a quantidade de admissão de calor no momento de soldagem pode ser reduzida, ou ela pode ser feita suficientemente grande. A quantidade de admissão de calor é um parâmetro que afeta a taxa de resfriamento, e pelas mesmas razões no que diz respeito à taxa de resfriamento, ela afeta a formação de uma crosta de oxido e a restauração de concentração de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão. (4) As porções esgotadas de Cr de contorno de grão podem ser eliminadas pelo ajuste da temperatura de interpasse. Nesse caso, se a temperatura de interpasse está em uma faixa em que a taxa de oxidação é suficientemente baixa, a restauração de concentração de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão devido à difusão de Cr da matriz pode ser esperada. Por conseguinte, a temperatura de interpasse é preferivelmente ajustada para uma temperatura tão alta quanto possível em uma faixa de temperatura em que a oxidação da superfície da HAZ não ocorre.

Por conseguinte, a fim de controlar a formação de porções esgotadas de Cr de contorno de grão, existe o conceito de não formar porções esgotadas de Cr de contorno de grão do início, e o conceito de, uma vez que elas são formadas, restaurar a concentração de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão a fim de terminar diminuindo o número de tais porções. Vários dispositivos são concebíveis para esse propósito. A seguir, os efeitos da presente invenção serão mais concretamente descritos por meio de exemplos.

Exemplos Lingotes de aços inoxidáveis martensíticos tendo as composições químicas mostradas na Tabela 1 foram preparados, e chapas de aço tendo uma largura de 100 mm e uma espessura de 12 mm foram obtidas disso por laminação a quente usual e laminação fria. Para cada uma das chapas de aço resultantes, um par de chapas de aço foi limitado para solda-gem a fim de formar uma ranhura conformada em V com um ângulo de ranhura de 15°. Usando um material de soldagem feito de um aço inoxidável de fase dupla (um aço de 25Cr-7Ni-3Mo-2W) inserido na ranhura, a soldagem de múltiplas camadas foi realizada por soldagem com MAG ou soldagem com TIG de um lado pelo método abaixo descrito embora controlando a atmosfera de soldagem no lado do boleado de penetração, e juntas soldadas foram formadas as quais diferiram com respeito à condição da camada de superfície na HAZ no lado de passagem de base.

Em soldagem com MAG, a fim de reter metal fundido contra a força de gravidade, uma chapa de cobre com uma largura de 25 mm e uma espessura de 8 mm e tendo uma ranhura na direção da linha de soldagem com uma largura de 5 mm e uma profundidade de 2 mm foi colocada como uma tira de apoio no lado de trás da ranhura a ser soldada, e uma caixa de blindagem foi disposta no lado externo da chapa de cobre para fornecer um espaço fechado. O espaço fechado tinha várias atmosferas de oxidação que foram preparadas tanto sem um gás de blindagem (a saber, usando ar atmosférico, isto é, 20 por cento de volume de oxigênio) quanto pelo suprimento de um gás misturado de argônio e oxigênio com uma concentração de oxigênio variando em uma taxa de fluxo de 25 cm3 por minuto. A concentração de oxigênio no gás de oxidação foi medida com um medidor de oxigênio. A chapa de cobre que foi usada como uma tira de apoio era tanto uma chapa de cobre plana quanto uma chapa de cobre coberta com alu-mina (para uma espessura de 1 mm), e os resultados para os dois foi comparado.

Em soldagem com TIG, a concentração de oxigênio na atmosfera de soldagem no lado do boleado de penetração foi controlada cobrindo uma porção paralela à linha de solda e tendo uma largura de 60 mm centrada na ranhura lateral traseira com uma caixa de cobre blindada formando um espaço fechado com uma fenda tendo uma altura de 20 mm da chapa de aço e suprindo um gás misturado de argônio e oxigênio tendo várias concentrações de oxigênio para o interior da caixa em uma taxa de fluxo de 25 cm3 por minuto a fim de formar várias atmosferas de oxidação na caixa. A concentração de oxigênio na atmosfera de oxidação foi medida com um medidor de oxigênio.

Uma porção de teste de SCC tendo uma espessura de 2mm, uma largura de 10 mm, e um comprimento de 75 mm foi tomada do lado de passagem da base da junta soldada resultante a fim de incluir o boleado de solda e a crosta de oxido de solda na superfície e a fim de ter um lado medindo 75 mm na direção paralela à linha de solda, e ela é submetida a um teste de SCC que foi realizado mediante as condições de teste de corrosão mostradas na Tabela 2. Os resultados de teste são compilados na Tabela 3.

Com mostrado na Figura 3 e na Figura 5(b), a medição da concentração de Cr imediatamente abaixo da crosta de oxido de solda foi realizada nas limitações de grão em uma posição de 100 nm no metal de base como medido da borda da crosta de óxido de solda, e o valor mais baixo no perfil resultante foi registrado como concentração de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão.

Exemplos de 1 - 14, que são exemplos de acordo com a presente invenção, tiveram excelente resistência à corrosão em um estado como soldado, e a SCC não ocorreu. Ao contrário, para o Exemplo n° 15, que foi um exemplo comparativo em que a concentração com o mais baixo teor de Cr nas porções esgotadas de Cr de contorno de grão, que foi formada com a formação de uma crosta de óxido de solda foi baixa, o CreSgotamento foi menos do que 5%, e ocorreu a SCC.

Nesses exemplos, a presente invenção foi explanada com respeito à soldagem de chapas, mas será claro para aqueles versados na técnica a partir da explanação de procedimento que a mesma se aplica quando em realização de soldagem de tubos de aço.

Continuação...

Tabela 2 Tabela 3 Continuação... 'A concentração com o mais baixo teor de Cr na vizinhança de limitações de grão em uma camada de superfície. 2PWHT = Pós-tratamento de soldagem com calor: em 650°C por 5 minutos. *Fora da faixa definida pela presente invenção.

Aplicabilidade Industrial De acordo com a presente invenção, é possível obter uma estrutura soldada de aço inoxidável martensítico que não causa SCC mesmo quando exposto a um ambiente de CO2 de alta temperatura. Por conseguinte, a presente invenção torna possível formar uma junta soldada que não causa SCC mesmo em um estado como soldado quando os tubos de aço tal como tubo de aço sem costura são soldados por soldagem de cinta para constituir uma tubulação para transportar petróleo altamente corrosivo e gás natural, então a presente invenção tem grande significância prática.

Claims (3)

1.

Estrutura de tubulação soldada tendo resistência aperfeiçoada ao trincamento por corrosão sob tensão, compreendendo um aço inoxidável martensítico que tem uma composição de aço compreendendo, em percentual de massa, C: 0,001 - 0,05%, Si: 0,05 - 1%, Mn: 0,05 - 2%, Cr: 8 - 16%, Ni: 0,1 - 9%, sol.

Al: 0,001 - 0,1%, adicionalmente contendo de modo opcional Mo: 0,1 - 7% e/ou W: 0,1 - 7% e/ou Cu: 0,1 - 3% e/ou pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em Ti, Zr, Hf, V, e Nb em uma quantidade de 0,005 - 0,5%, cada, e/ou pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em Ca, Mg e REM em uma quantidade de 0,0005 - 0,01%, cada, P: no máximo 0,030%, S: no máximo 0,010%, N: no máximo 0,015%, e um resíduo de Fe e impurezas inevitáveis, caracterizado pelo fato de que a menor concentração de Cr em porções esgotadas de Cr de contorno de grão existindo a uma profundidade de 100 nm abaixo de uma crosta de oxido de solda em uma zona afetada por calor em uma superfície interna da estrutura de tubulação é de pelo menos 5%.