BRPI0415340B1

BRPI0415340B1 - tubo de aço de liga de baixo teor de carbono e método de fabricação de um pedaço de tubulação de aço.

Info

Publication number: BRPI0415340B1
Application number: BRPI0415340-5A
Authority: BR
Inventors: Edgardo Oscar Lopez; Eduardo Altschuler
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2012-12-11
Also published as: EP1678335A1; JP2007508452A; KR101178954B1; WO2005035800A1; BRPI0415340A; CA2540000A1; EP1678335B1; ATE541060T1; CA2540000C; KR20060130551A; US20050076975A1

Description

TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM PEDAÇO DE TUBULAÇÃO DE AÇO Pedido de Patente Correlato

O presente pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente provisório U.S. número 60/509.806, depositado em 10 de outubro de 2003, e do pedido de patente não provisório U.S. número (em branco), depositado em 05 de outubro de 2004. Antecedentes da invenção A presente invenção refere-se a um tubo de aço de

liga de baixo teor de carbono que tem uma resistência ultra-alta e uma excelente aspereza a uma temperatura baixa, e também a um método de fabricação de tal tubo de aço. O tubo de aço é particularmente apropriado para a produção de componentes para recipientes para componentes de sistemas de contenção automotivos, um exemplo dos quais é um inflador de airbag automotivo.

Os infladores de airbag para sistemas de contenção de ocupante do veículo devem satisfazer padrões estruturais e funcionais restritos. Portanto, os procedimentos restritos e as tolerâncias são impostos no processo de fabricação. Embora a experiência do campo indique que a indústria tem sido bem sucedida na satisfação dos padrões estruturais e funcionais anteriores, propriedades incrementadas e/ou novas se fazem necessárias para preencher os requisitos que evoluem, enquanto que ao mesmo tempo uma redução contínua nos custos de fabricação também é importante.

Os airbags ou sistemas de contenção suplementares constituem uma característica importante de segurança em muitos dos veículos de hoje. No passado, os sistemas de airbag eram do tipo que empregavam produtos químicos explosivos, mas eles são caros, e devido aos problemas ambientais e de reciclagem, nos últimos anos, um tipo novo de inflador foi desenvolvido ao utilizar um acumulador feito de um tubo de aço preenchido com gás argônio ou um outro do tipo, e este tipo está sendo utilizado cada vez mais.

0 acumulador acima mencionado é um recipiente que, nas horas normais, mantém o gás ou outro do gênero a uma alta pressão, o qual é soprado em um airbag por ocasião da colisão de um automóvel, em um estouro de um único estágio ou de múltiplos estágios. Conseqüentemente, um tubo de aço que utiliza um acumulador deve receber uma tensão a uma taxa de elevada deformação em um período de tempo extremamente curto. Portanto, comparado com uma estrutura simples tal como um cilindro de pressão comum, o tubo de aço descrito acima deve ter precisão dimensional superior, trabalhabilidade e soldabilidade superiores, e também deve ter uma alta resistência, aspereza, e excelente resistência a estouro. A precisão dimensional é importante para assegurar um volume muito preciso do gás que é soprado no airbag. As propriedades de formação a frio são muito

importantes nos membros tubulares utilizados para fabricar os acumuladores, uma vez que eles são formados na forma final depois do tubo sem emenda ter sido fabricado. As formas diferentes que dependem da configuração do vaso serão obtidas através de formação a frio. É crucial a obtenção de vasos de pressão sem rachaduras e defeitos superficiais depois da formação a frio. Além disso, é vital também que se tenha uma aspereza muito boa até mesmo a temperaturas baixas depois da formação a frio.

0 aço que foi desenvolvido tem uma soldabilidade

muito boa, não requerendo para esta aplicação nem o pré- aquecimento antes da soldagem nem o tratamento com calor pós- solda. O equivalente de carbono, conforme definido pela fórmula

Ceq = % C + % Μη/β + (% Cr + % Mo + % V)/5 + (% Ni + % Cu)/15

deve ser menor do que aproximadamente 0,63% a fim de obter a soldabilidade requerida. Na realização preferida da presente invenção, o equivalente de carbono tal como definido acima deve ser menor do que aproximadamente 0,60%, a fim de melhor garantir a soldabilidade.

Para produzir um recipiente de gás, um tubo estirado a frio feito de acordo com a presente invenção é cortado no comprimento e então formado a frio ao utilizar tecnologias conhecidas diferentes (tais como corrugação, recalque, ou outra ainda) a fim de obter a forma desejada. Alternativamente, um tubo soldado pode ser utilizado. Subseqüentemente, para produzir o acumulador, uma tampa de extremidade e um difusor são soldados a cada extremidade do recipiente por meio de qualquer tecnologia apropriada, tal como a soldagem de atrito, a soldagem com arco de gás tungstênio ou a soldagem a laser. Essas soldas são altamente críticas e dessa maneira requerem uma mão de obra considerável, e em determinados casos testes a fim de assegurar a integridade da solda por todo o vaso de pressão e a colocação do airbag. Foi observado que essas soldas podem rachar ou falhar, desse modo, arriscando a integridade do acumulador, e possivelmente a operação do airbag.

Os infladores são testados para assegurar que eles retenham a sua integridade estrutural durante a colocação do airbag. Um de tais testes é o chamado teste de estouro. Este é um teste do tipo destrutivo no qual uma vasilha é sujeitada a pressões internas significativamente mais altas do que aquelas esperadas durante o uso operacional normal, isto é, a colocação do airbag. Neste teste, o inflador é sujeitado a pressões internas crescentes até ocorrer a ruptura. Na revisão dos resultados do teste de estouro e ao estudar os espécimes da vasilha de teste a partir desses testes, foi verificado que a fratura ocorre através de diferentes meios alternativos: fratura dúctil, fratura quebradiça, e algumas vezes uma combinação desses dois modos. Foi observado que na fratura dúctil ocorre uma ruptura exterior exemplificada por uma protuberância aberta (tal como deve ser exibido por uma bolha de estouro) . A superfície rompida é inclinada por aproximadamente 45 graus em relação à superfície exterior do tubo, e é localizado dentro de uma área submetida. Em uma fratura quebradiça, por outro lado, uma rachadura longitudinal não retentora ao longo do comprimento do inflador é exibida, a qual é indicativa de uma zona quebradiça no material. Neste caso, a superfície da fratura é normal à superfície externa do tubo. Esses dois modos de fratura têm superfícies distintivas quando observadas sob um microscópio eletrônico de varredura - as covinhas são características da fratura dúctil, ao passo que a clivagem é uma indicação de fragilidade. Algumas vezes, uma combinação destes dois modos de

fratura pode ser observada, e as rachaduras quebradiças podem se propagar da área rompida dúctil. Devido ao fato que todo o sistema, incluindo o inflador do airbag, pode ser utilizado nos veículos que operam em climas muito diferentes, é crucial que o material exiba um comportamento dúctil em uma ampla gama de temperaturas, de temperaturas muito frias a quentes. Descrição resumida da invenção

A presente invenção refere-se a um tubo de aço de liga com baixo teor de carbono apropriada para a formação a frio que tem uma resistência ultra alta (UTS 145 ksi no mínimo) e, conseqüentemente, uma pressão de estouro muito alta. Além disso, o aço tem uma excelente aspereza a baixa temperatura, com um comportamento dúctil garantido a -60°C, isto é, uma temperatura de transição dúctil a frágil (DBTT) abaixo de -60°C, e possivelmente até mesmo tão baixa quanto - 100°C. A presente invenção também se refere a um processo de fabricação de tal tubo de aço.

O material da presente invenção é destinado à

produção de componentes para recipientes para componentes de sistemas de contenção automotivos, um exemplo dos quais é um inflador de airbag automotivo. Descrição das realizações preferidas Embora a presente invenção seja suscetível da

realização em várias formas, será descrito a seguir uma realização atualmente preferida com a compreensão de que a presente descrição deve ser considerada como uma exemplificação da invenção e não deve limitar a invenção à realização específica ilustrada.

A presente invenção refere-se a uma tubulação de aço para ser utilizada para vasos de pressão de inflador de gás armazenado. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um grau de aço de baixo teor de carbono de resistência ultra alta para aplicações de vasos de pressão sem emendas com um comportamento dúctil garantido a -60°C, isto é, uma temperatura de transição dúctil a frágil abaixo de -600C.

Mais particularmente, a presente invenção refere—se a uma composição química e a um processo de fabricação para obter uma tubulação de aço sem emenda para ser utilizada para fabricar um inflador.

Uma ilustração esquemática de um método para a produção de aço de resistência ultra alta de baixo teor de carbono sem emenda pode ser tal como segue:

1. Fabricação do aço

2. Vazamento do aço

3. Laminação a quente 4. Operações de acabamento oco laminado a quente

5. Estiramento a frio

6. Tratamento com calor

7. Operações de acabamento do tubo estirado a frio

Um dos objetivos principais do processo de

fabricação de aço é o refino do ferro pela remoção do carbono, do silício, do enxofre, do fósforo e do manganês. Particularmente, o enxofre e o fósforo são prejudiciais para o aço porque eles enfraquecem as propriedades mecânicas do material. A metalurgia de panelas é utilizada antes ou depois do processamento básico para executar as etapas específicas de purificação que permitem um processamento mais rápido na operação básica de fabricação de aço.

0 processo de fabricação de aço é executado sob uma prática com limpeza extrema a fim de obter um teor de enxofre e fósforo muito baixo, que por sua vez é crucial para obter a aspereza elevada requerida pelo produto. Conseqüentemente, o objetivo de um nível de inclusão de 2 ou menos - série fina - e nível 1 ou menos - série pesada - sob as diretrizes da Norma ASTM E45 - Worst Field Method (Método A) foi imposto. Na realização preferida da presente invenção, o teor máximo de microinclusão tal como medido de acordo com a norma acima mencionada deve ser:

Tipo de Inclusão Fina Pesada A 0,5 0 B 1,5 1,0 C 0 0 D 1,5 0,5

Além disso, a prática com limpeza extrema permite

obter a teor de inclusão de tamanho excessivo com um tamanho de 30 μιτι ou menos. Esses índices de inclusão são obtidos ao limitar o teor de oxigênio total a 20 ppm.

A prática com limpeza extrema na metalurgia secundária é executada ao borbulhar gases inertes no forno de panela para forçar a inclusão e as impurezas a flutuarem. A produção de uma escória fluida que pode absorver impurezas e inclusões, e a modificação do tamanho e da forma das inclusões através da adição de SiCa ao aço liquido, produzem um aço de alta qualidade com um baixo teor de inclusão.

A composição química do aço obtido será tal como segue, em cada caso "%" significa "por cento em massa". Carbono (C)

C é um elemento que aumenta de forma barata a resistência do aço, mas se o seu teor for de menos de 0,06% fica difícil de obter a resistência desejada. Por outro lado, se o aço tiver um teor de C de mais de 0,18%, então a trabalhabilidade a frio, a soldabilidade e a aspereza diminuem. Portanto, a faixa do teor de C é de 0,06% a 0,18%. Uma faixa preferida para o teor de C é de 0,07% a 0,12%, e uma faixa ainda mais preferida é de 0,08 a 0,11%. Manganês (Mn)

O Mn é um elemento que é eficaz no aumento da temperabilidade do aço, e portanto aumenta a resistência e a aspereza. Se o seu teor for menor do que 0,5%, fica difícil obter a resistência desejada, ao passo que se ultrapassar 1,5% então as estruturas de borda ficam marcadas, e a aspereza diminui. Conseqüentemente, o teor de Mn é de 0,5% a 1,5%. No entanto, a faixa preferida do Mn é de 1,00% a 1,40%, e uma faixa mais preferida é de 1,03% a 1,18%. Silício (Si)

0 Si é um elemento que tem um efeito desoxidante durante o processo de fabricação de aço e também aumenta a resistência do aço. Se o teor de silício for menor do que 0,10%, o aço fica suscetível à oxidação, por outro lado, se ultrapassar 0,50% então a aspereza e a trabalhabilidade diminuem. Portanto, o teor de silício é de 0,1% a 0,5%. Uma faixa preferida do silício é de 0,15% a 0,35%. Enxofre (S)

0 S é um elemento que faz com que a aspereza do aço diminua. Conseqüentemente, o teor de S fica limitado a 0,015% no máximo. Um valor máximo preferido é de 0,010%, e um valor máximo mais preferido é de 0,003%. Fósforo (P)

0 P é um elemento que faz com que a aspereza do aço diminua. Conseqüentemente, o teor do P fica limitado a 0,025% no máximo. Um valor máximo preferido é de 0,015%, e um valor máximo mais preferido é de 0,012%. Niquel (Ni)

O Ni é um elemento que aumenta a resistência e a aspereza do aço, mas é muito caro, portanto, o Ni fica limitado a 0,50% no máximo. Um valor máximo preferido é de 0,20%, e um valor máximo mais preferido é de 0,10%. Cromo (Cr)

0 Cr é um elemento que é eficaz no aumento da resistência/ da aspereza e da resistência à corrosão do aço. Se o seu teor for menor do que 0,10%, fica difícil obter a resistência desejada, ao passo que se ultrapassar 1,0% então aspereza diminui de modo marcante nas zonas de solda. Conseqüentemente, o teor de Cr é de 0,1% a 1,0%. No entanto, uma faixa preferida do Cr é de 0,55 a 0,80%, e uma faixa mais preferida é de 0,63% a 0,73%. Molibdênio (Mo)

O Mo é um elemento que é eficaz para aumentar a resistência do aço e contribui para retardar o amolecimento durante o revenido. Se o seu teor for menor do que 0,10% fica difícil de obter a resistência desejada, ao passo que se ultrapassar 1,0% então a aspereza nas zonas de solda diminui de forma marcante. Conseqüentemente, o teor do Mo é de 0,1% a 1,0% No entanto, essa liga ferrosa é cara, forçando a necessidade de reduzir o teor máximo. Portanto, uma escala preferida do Mo é de 0,30% a 0,50%, e uma faixa mais preferida é de 0,40% a 0,45%, Vanádio (V)

0 V é um elemento que é eficaz para aumentar a resistência do aço, mesmo se for adicionado em quantidades pequenas, e permite o retardamento do amolecimento durante o revenido. 0 teor de V é considerado como ideal de 0,01% a 0,10%. No entanto, essa liga ferrosa é cara, forçando a necessidade de reduzir o teor máximo. Portanto, uma faixa de V preferida é de 0,01 % a 0,07%, e uma faixa mais preferida é de 0,03% a 0,05%. Titânio (Ti)

0 Ti é um elemento que é eficaz para aumentar a resistência do aço, mesmo se for adicionado em quantidades pequenas. 0 teor de Ti é considerado como ideal de 0,01% a 0,10% No entanto, essa liga ferrosa é cara, forçando a necessidade de reduzir o teor máximo. Portanto, uma faixa preferida do Ti é de 0,01% a 0,05 %, e uma faixa mais preferida é de 0,025% a 0,035%. Cobre (Cu)

Este elemento melhora a resistência à corrosão da tubulação e, portanto o teor de Cu fica na faixa de 0,05% a 0,35%, e uma faixa preferida é de 0,15% a 0,30%. Aluminio (Al)

Este elemento é adicionado ao aço durante o

processo de fabricação do aço para reduzir o teor de inclusão e para refinar o grão do aço. Um teor preferido de Al é de 0,010% a 0,050%.

As faixas preferidas para outros elementos não listados acima são tal como segue:

Elemento Peso

Nióbio 0,05% no máximo

Sn 0,05% no máximo Sb 0,05% no máximo

Pb 0,05% no máximo

As 0,05% no máximo

Os elementos residuais em uma única panela de aço utilizados para produzir a tubulação ou câmaras deverão ser: Sn + Sb + Pb + As < 0,15% no máximo, e S + P < 0,025

A etapa seguinte é o vazamento do aço para produzir uma barra de aço sólida que pode ser perfurada e laminada para formar um tubo de aço sem emenda. O aço é vazado na aciaria como um tarugo sólido redondo, o qual tem um diâmetro uniforme ao longo do eixo do aço.

O tarugo cilíndrico sólido de aço limpo ultra elevado é aquecido até uma temperatura de aproximadamente 1.2000C a 1.300°C, e nesse momento é submetido ao processo na usina de laminação. Preferivelmente, o tarugo é aquecido até uma temperatura de aproximadamente 1.250°C, e passado então através da oficina de laminação. O tarugo é perfurado, utilizando preferivelmente o processo Manessmann conhecido, e subseqüentemente o diâmetro externo e a espessura de parede são reduzidos substancialmente enquanto o comprimento é aumentado substancialmente durante a laminação a quente. Por exemplo, uma barra sólida com um diâmetro externo de 148 mm é laminada a quente como um tubo laminado a quente com um diâmetro externo de 48,3 mm, com uma espessura de parede de 3,25 mm.

A redução da área em seção transversal, medida como a razão entre a área em seção transversal do tarugo sólido e a área em seção transversal do tubo laminado a quente, é importante a fim de obter uma microestrutura refinada, necessária para obter as propriedades mecânicas desejadas. Portanto, a redução mínima da área em seção transversal é de 15:1, com reduções da área em seção transversal mínimas preferidas e mais preferidas de 20:1 e 25:1, respectivamente.

O tubo laminado a quente sem emenda de aço limpo ultra elevado fabricado dessa maneira é resfriado até temperatura ambiente. 0 tubo laminado a quente sem emenda de aço limpo ultra elevado fabricado dessa maneira tem uma espessura de parede aproximadamente uniforme, tanto circunferencialmente em torno do tubo quanto longitudinalmente ao longo do eixo do tubo.

O tubo laminado a quente é passado então através de diferentes etapas de acabamento, por exemplo, cortado no comprimento em duas a quatro partes, e as suas extremidades colhidas, endireitadas no equipamento de endireitamento rotativo conhecido caso necessário, e testadas de maneira não destrutiva por uma ou por mais das técnicas conhecidas diferentes, tais como o teste eletromagnético ou o teste com ultra-som.

A superfície de cada parte do tubo laminado a quente é então apropriadamente condicionada para o estiramento a frio. Esse condicionamento inclui a decapagem através de imersão em uma solução ácida, e a aplicação de uma camada apropriada de lubrificantes, tal como a combinação conhecida de fosfato de zinco e estearato de sódio, ou óleo reativo. Depois do condicionamento de superfície, o tubo sem emenda é estirado a frio, sendo puxado através de uma matriz externa que tem um diâmetro menor do que o diâmetro externo do tubo que está sendo estirado. Na maioria dos casos, a superfície interna do tubo também é suportada por um mandril interno ancorado a uma extremidade de uma haste, de modo que o mandril permanece perto da matriz durante a extração. Esta operação de estiramento é executada sem a necessidade de aquecer previamente o tubo acima da temperatura ambiente.

O tubo sem emenda é estirado a frio dessa maneira pelo menos uma vez, e cada passe reduz ambos o diâmetro externo e a espessura de parede do tubo. 0 tubo de aço estirado a frio fabricado dessa maneira tem um diâmetro externo uniforme ao longo do eixo do tubo, e uma espessura de parede uniforme tanto circunferencialmente em torno do tubo quanto longitudinalmente ao longo do eixo do tubo. 0 tubo estirado a frio desse modo tem um diâmetro externo preferivelmente entre 10 e 70 mm, e uma espessura de parede preferivelmente de 1 a 4 mm.

O tubo estirado a frio é então tratado com calor em um forno de austenização a uma temperatura de pelo menos a temperatura de austenização superior, ou Ac3 (a qual, para a química específica aqui indicada, é de aproximadamente 880°C), mas preferivelmente acima de aproximadamente 920°C e abaixo de aproximadamente 1.050°C, sendo que esta temperatura máxima de austenização é imposta a fim de evitar o espessamento dos grãos. Este processo pode ser executado tanto em um forno de combustível quanto em um forno do tipo de indução, mas preferivelmente neste último. O tempo de trânsito no forno depende bastante do tipo de forno utilizado. Foi verificado que a alta qualidade de superfície requerida por essa aplicação é melhor obtida se um forno do tipo de indução for utilizado. Isto é devido à natureza do processo de indução, em que tempos muito curtos de trânsito são envolvidos, impossibilitando a ocorrência de oxidação. Preferivelmente, a taxa de aquecimento de austenização é de pelo menos aproximadamente 100°C por segundo, mas mais preferivelmente pelo menos aproximadamente 2000C por segundo. A taxa de aquecimento, e conseqüentemente os tempos de aquecimento muito baixos, são importantes para a obtenção de uma microestrutura de grão muito fina, o que por sua vez garante as propriedades mecânicas requeridas.

Além disso, um fator de enchimento apropriado, definido como a razão entre a área redonda definida pelo diâmetro externo do tubo e a área redonda definida pelo diâmetro interno do forno de indução, é importante para obter as taxas de aquecimento elevadas requeridas. 0 fator de enchimento mínimo é de aproximadamente 0,16, e um fator de enchimento mínimo preferido é de aproximadamente 0,36.

Na zona de saída do forno ou próximo a ela, o tubo é resfriado bruscamente por meio de um fluido de resfriamento brusco apropriado. 0 fluido de resfriamento brusco é preferivelmente a água ou uma solução de resfriamento brusco à base de água. A temperatura do tubo cai rapidamente até a temperatura ambiente, preferivelmente a uma taxa de pelo menos aproximadamente 100°C por segundo, mais preferivelmente a uma taxa de pelo menos aproximadamente 200°C por segundo. Essa taxa de resfriamento extremamente elevada é crucial para obter uma transformação de microestrutura completa.

O tubo de aço é então revenido com uma temperatura e um ciclo temporal apropriados, a uma temperatura abaixo de Acl. Preferivelmente, a temperatura de revenido situa-se entre aproximadamente 400-600°C, e mais preferivelmente entre aproximadamente 450-550°C. O tempo de encharcamento deve ser suficientemente longo para garantir uma homogeneidade de temperatura muito boa, mas se for demasiadamente longo as propriedades mecânicas desejadas não são obtidas. Portanto, foram utilizados tempos de encharcamento entre aproximadamente dois e trinta minutos, preferivelmente entre aproximadamente quatro e vinte minutos. O processo de revenido é executado preferivelmente em uma atmosfera de redução protetora ou neutra para evitar a descarburação e a oxidação do tubo. O tubo de aço de resistência ultra elevada

fabricado dessa maneira é passado através de etapas de acabamento diferentes, endireitado em um equipamento de endireitamento rotativo conhecido, e testado de maneira não destrutiva por uma ou por mais de diferentes técnicas conhecidas. Preferivelmente, para esse tipo de aplicações os tubos devem ser testados por meio de técnicas de ultra-som e eletromagnéticas conhecidas.

A tubulação depois do tratamento com calor pode ser

processada quimicamente para obter um tubo com uma aparência desejável e uma aspereza de superfície muito baixa. Por exemplo, o tubo pode ser decapado em uma solução de ácido sulfúrico e ácido clorídrico, fosfatado ao utilizar fosfato de zinco; e oleado ao utilizar um óleo a base de petróleo, um óleo a base de água, ou um óleo mineral.

O tubo de aço obtido pelo método descrito deve ter as seguintes propriedades mecânicas a fim de preencher os requisitos estipulados para a invenção: Limite convencional de elasticidade : aproximadamente 125 ksi (862 MPa) no mínimo, mais preferivelmente 135 ksi (930 Mpa) no mínimo

Limite de resistência à tração : aproximadamente 145 ksi (1.000 MPa) no mínimo Alongamento : aproximadamente 9% no mínimo

Dureza : aproximadamente 4 0 HRC no máximo, mais

preferivelmente 37 HRC no máximo.

Os testes do limite convencional de elasticidade, do limite de resistência à tração, do alongamento e da dureza serão realizados de acordo com os procedimentos descritos nas Normas ASTM E8 e ASTM A370. Para o teste de resistência à tração, um espécime de tamanho integral para a avaliação de toda a seção tubular é preferido.

O teste de aplainamento deve ser em conformidade com os requisitos da Especificação DOT 39 do CFR, Parágrafo 178.65. Portanto, uma seção do tubo não irá rachar quando aplainada com uma ferramenta em forma de V angulada a 60 graus, até os lados opostos ficarem afastados um do outro até seis vezes a espessura de parede do tubo. Este teste é totalmente cumprido pelo aço desenvolvido.

A fim de obter um bom equilíbrio entre a resistência e a aspereza, o tamanho de grão austenítico anterior (algumas vezes indicado como o anterior) deve ser preferivelmente de 7 ou mais fino, e mais preferivelmente de 9 ou mais fino, conforme medido de acordo com a norma ASTM E- 112. Isto é obtido graças ao ciclo de aquecimento extremamente curto durante a austenização. O tubo de aço obtido pelo método descrito terá as

propriedades indicadas a fim de preencher os requisitos estipulados para a invenção.

A demanda da indústria está empurrando continuamente os requisitos de aspereza para valores mais baixos. A presente invenção tem uma boa aparência visual com, por exemplo, um revestimento de superfície da tubulação acabada de 3,2 micra no máximo, nas superfícies tanto internas quanto externas. Esse requisito é preenchido através de estiramento a frio, tempos de austenização curtos, revenido em atmosfera redutora ou neutra, e um condicionamento químico de superfície adequado em etapas diferentes do processo.

Um teste da pressão de hidroestouro será realizado ao vedar as extremidades da seção do tubo, por exemplo, ao soldar placas de aço lisas às extremidades do tubo. É importante que uma seção do tubo de 300 mm permaneça livre de restrições de modo que uma tensão circunferente total possa ser desenvolvida. A pressurização da seção do tubo deve ser executada através do bombeamento de óleo, água, álcool ou uma mistura destes.

O requisito da pressão do teste de estouro depende do tamanho do tubo. Quando testado quanto ao estouro, o tubo de aço de alta resistência sem emenda tem um comportamento dúctil garantido a -60°C. Os testes realizados nas amostras produzidas mostram que esse grau tem um comportamento dúctil garantido a -60°C, com uma temperatura de transição dúctil a frágil abaixo de -60°C.

Os autores da presente invenção descobriram que um teste de validação muito mais representativo é o teste do estouro, realizado tanto à temperatura ambiente quanto a baixa temperatura, em vez do teste de impacto de Charpy (de acordo com a norma ASTM E23) . Isto é devido ao fato que espessuras de parede relativamente finas e um diâmetro externo pequeno nesses produtos são empregados, portanto nenhum espécime de norma ASTM para o teste de impacto de Charpy pode ser usinado do tubo na direção transversal. Além disso, a fim de obter essa sonda de impacto de Charpy de sub- tamanho, uma deformação de aplainamento deve ser aplicada a uma sonda de tubo curva. Isto tem um efeito sensível nas propriedades mecânicas de aço, particularmente na resistência ao impacto. Portanto, nenhum teste de impacto representativo é obtido com este procedimento.

Claims

1. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, caracterizado pelo fato de consistir, em peso: de aproximadamente 0,08% a aproximadamente 0,11% de carbono; de aproximadamente 1,03% a aproximadamente 1,18% de manganês; de aproximadamente 0,15% a aproximadamente 0,35% de silício; até aproximadamente 0,003% de enxofre; até aproximadamente 0,012% de fósforo; até aproximadamente 0,10% de níquel; de aproximadamente 0,63% a aproximadamente 0,73% de cromo; de aproximadamente 0,4 0% a aproximadamente 0,4 5% de molibdênio; de aproximadamente 0,03% a aproximadamente 0,05% de vanádio; de aproximadamente 0,025% a aproximadamente 0,035% de titânio; de aproximadamente 0,15% a aproximadamente 0,30% de cobre; de aproximadamente 0,010% a aproximadamente 0,050% de alumínio; até aproximadamente 0,050% de nióbio; até aproximadamente 0,15% de elementos residuais sendo Sn, Pb, As, Sb cada um com no máximo 0,05%; e ferro e impurezas incidentais como o restante, sendo que o tubo de aço tem um limite convencional de elasticidade de pelo menos aproximadamente 135 ksi, um limite de resistência à tração de pelo menos aproximadamente 145 ksi, um alongamento à ruptura de pelo menos aproximadamente 9%, uma dureza de não mais do que aproximadamente 37 HRC, e tem uma temperatura de transição dúctil a frágil abaixo de -60°C.

2. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço tem um equivalente de carbono de menos de aproximadamente 0,63%, sendo que o equivalente de carbono é determinado de acordo com a fórmula: Ceq = % C + % Mn/6 + (% Cr + % Mo + % V)/5 + (% Ni + % Cu)/15.

3. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço tem um equivalente de carbono de menos de aproximadamente 0,60%.

4. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço tem um equivalente de carbono de menos de aproximadamente 0,56%.

5. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço tem um índice de microinclusão máximo de 2 ou menos - série fina - e um nível 1 ou menos - série pesada -, medido de acordo com a norma ASTM E45 - Worst Field Method (Método A).

6. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de aço tem um índice de microinclusão máximo medido de acordo com a norma ASTM E4 5 - Worst Field Method (Método A), tal como segue: Tipo de Inclusão Fina Pesada A 0,5 0 B 1,5 1,0 C 0 0 D 1,5 0,5

7. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que é obtido um teor de inclusão de tamanho excessivo com 3 0 μπ\ ou menos no tamanho.

8. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o teor de oxigênio total fica limitado a 20 ppm.

9. TUBO DE AÇO DE LIGA DE BAIXO TEOR DE CARBONO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo tem uma configuração sem emenda.

10. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM PEDAÇO DE TUBULAÇÃO DE AÇO, para um vaso de pressão de inflador de gás armazenado, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: a) produção de um pedaço de tubulação a partir de um material de aço que compreende a composição, tal como definida na reivindicação 1; b) sujeição da tubulação de aço a um processo de estiramento a frio para obter dimensões desejadas ί- ο) austenização através de aquecimento da tubulação de aço estirada a frio em um forno de austenização do tipo de indução até uma temperatura entre aproximadamente 92 0 e 1.050°C, a uma taxa de aquecimento de pelo menos aproximadamente 2000C por segundo; d) depois da etapa de aquecimento, resfriamento brusco da tubulação de aço em uma solução de resfriamento brusco à base de água até a tubulação atingir aproximadamente a temperatura ambiente, a uma taxa de resfriamento de pelo menos aproximadamente 2000C por segundo; e e) depois da etapa de resfriamento brusco, revenido da tubulação de aço por aproximadamente quatro a vinte minutos a uma temperatura entre aproximadamente 450 e 550°C, f) sendo que a tubulação de aço final tem um limite convencional de elasticidade de pelo menos aproximadamente 135 ksi, um limite de resistência à tração de pelo menos aproximadamente 145 ksi, um alongamento à ruptura de pelo menos aproximadamente 9%, uma dureza de não mais do que aproximadamente 3 7 HRC, uma temperatura de transição dúctil a frágil abaixo de -60°C, e uma boa aparência de superfície.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma etapa de acabamento na qual a tubulação de aço revenida é decapada, fosfatada e oleada.