BRPI0613173A2

BRPI0613173A2 - aço de baixa liga para produtos tubulares para campos petrolìferos tendo alta resistência à fratura por estresse por sulfetos

Info

Publication number: BRPI0613173A2
Application number: BRPI0613173-5A
Authority: BR
Inventors: Tomohiko Omura; Kenji Kobayashi
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2010-12-21
Also published as: US20080105337A1; WO2007007678A1; JP4725216B2; EP1911857B1; EP1911857A4; RU2008104702A; JP2007016291A; NO343352B1; NO20080003L; US7670547B2; EP1911857A1; RU2378408C2; CN101218364A

Abstract

AçO DE BAIXA LIGA PARA PRODUTOS TUBULARES PARA CAMPOS PETROLIFEROS TENDO ALTA RESISTêNCIA à FRATURA POR ESTRESSE POR SULFETOS. A presente invenção refere-se ao aço de baixa liga para produtos tubulares contém, em porcentagem em massa, 0,20% a 0,35% de O, 0,05% a 0,5% de Si, 0,05% a 0,6% de Mn, no máximo 0,025% de P, no máximo 0,01% de S, 0,005% a 0,100% de AI, 0,8% a 3,0% de Mo, 0,05% a 0,25% de V, 0,0001% a 0,005% de B, no máximo 0,01% de N, e no máximo 0,01% de O, o saldo compreendendo Fe e impurezas, o aço satisfazendo a Expressão (1): 12V + 1 - M<242> 0 (1) onde os simbolos dos elementos representam os teores dos elementos em porcentagem em massa. Dessa forma, o aço conforme a presente invenção tem alta resistência à fratura por es- tresse por sulfetos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇO DE BAI-XA LIGA PARA PRODUTOS TUBULARES PARA CAMPOS PETROLÍFE-ROS TENDO ALTA RESISTÊNCIA À FRATURA POR ESTRESSE PORSULFETOS".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a aço de baixa liga para produtostubulares para campos de petróleo e, mais especificamente, a aço de baixaliga para produtos tubulares para campos de petróleo para uso em um poçode petróleo ou em um poço de gás.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

Produtos tubulares para campos de petróleo são usados paraextrair e produzir petróleo bruto ou gás natural. Um produto tubular paracampos de petróleo tem ambas as suas extremidades roscadas e outrosprodutos tubulares para campos de petróleo são adicionados à medida queo poço de petróleo ou poço de gás é perfurado para um nível mais profundo.

Nesse momento, os produtos tubulares para campos de petróleo devem teralta resistência. Poços de petróleo ou poços de gás mais profundos foramperfurados, e produtos tubulares para campos de petróleo do grau de 758MPa (110 ksi) (tendo um limite de elasticidade de 758 MPa a 861 MPa) fo-ram usados recentemente e o desenvolvimento de produtos tubulares paracampos de petróleo do grau de 861 MPa (tendo um limite de elasticidade de861 MPa a 965 MPa) está a caminho.

Tais produtos tubulares para campos de petróleo para uso empoços de petróleo ou poços de gás devem ter alta resistência contra a fratu-ra por estresse por sulfeto (doravante referida como "SSC"). A SSC é geradadevido ao estresse que age no aço usado em um ambiente de sulfeto dehidrogênio e a resistência SSC geralmente diminui à medida que resistênciado aço aumenta. Portanto, a melhoria da resistência SSC é crucial para pro-dutos tubulares para campos de petróleo que tenham alta resistência.

Métodos relatados para melhorar a resistência SSC de um pro-duto tubular para campos de petróleo de alta resistência incluem as aborda-gens a seguir.(1) Limpar bastante o aço.

(2) Resfriar o aço e então temperar o aço a altas temperaturas

(3) Refinar os grãos de cristal do aço. O aço é, por exemplo, resfriado du-as vezes ou submetido ao aquecimento de indução, de forma que osgrãos de cristal sejam refinados.

(4) Para controlar a morfologia do carboneto gerado no aço. Mais especifi-camente, para refinar e/ou esferoidizar o carboneto.

Na descrição da JP 2000-313919 A ou no documento de Publi-cação Internacional International Publication 00/68450, o aço é feito ter umaestrutura homogênea de martensita pela redução do teor de Cr e executar oresfriamento direto, de forma que a resistência SSC do aço para produtostubulares de alta resistência para campos de petróleo pode ser melhorada.

Conforme descrita acima, a melhoria do aço foi focada na me-lhoria da qualidade interna do aço. Entretanto, produtos tubulares de altaresistência para campos de petróleo, fornecidos com as contramedidas aci-ma descritas, algumas vezes ainda sofrem da SSC.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

É um objetivo da presente invenção fornecer aço de baixa ligapara produtos tubulares para campos de petróleo tendo alta resistência SSC.

Os inventores consideraram sobre abordagens para melhorar aresistência à SSC diferentemente da convencional melhoria da qualidadeinterna, e concluíram que a resistência à SSC pode ser mais melhorada res-tringindo-se a introdução de hidrogênio no aço. Com essa finalidade, elesexaminaram quais elementos de ligação afetam a introdução de hidrogêniocom o propósito de restringir a penetração de hidrogênio.

Uma pluralidade de espécimes de teste tendo vários tipos delimite de elasticidade foi produzida a partir de aços tendo as composiçõesquímicas dadas na Tabela 1.<table>table see original document page 4</column></row><table>Cada espécime de teste foi submetido a um teste DCB (Viga embalanço dupla) com base nas condições a seguir, e o fator de intensidade deestresse Kissc de cada espécie de aço foi obtido. As Figs. 1 e 2 mostram arelação entre o limite de elasticidade e o fator de intensidade de estresseKissc de cada tipo de aço obtido pelo teste DCB.

Os inventores descobriram com base nos resultados dos testesDCB acima descritos e vários outros tipos de exames que executar-se ositens (A) a (D) a seguir é eficaz para melhorar a resistência SSC evitando-seque o hidrogênio penetre.

(A) Entre os elementos de ligação, o aço contém tipicamente Mn e Cr deforma que a característica de resfriamento é melhorada. Entretanto, o Mndegrada a resistência SSC. Além disso, conforme mostrado na figura 1, emum aço de alta resistência do grau 758 MPa (110 ksi) ou mais, o Cr tambémdegrada a resistência SSC. Conforme descrito acima, o Mn e o Cr reduzema resistência SSC dessa forma porque o Mn e o Cr aceleram a corrosão umavez que eles se dissolvem ativamente em um ambiente de sulfeto de hidro-gênio, o que ajuda o hidrogênio a penetrar no aço.

Portanto, para melhorar a resistência SSC, os teores de Mn e Crdevem ser limitados até cerca de quantidades exatas necessárias para ga-rantir uma característica de resfriamento necessária. Mais especificamente,apenas o Mn é contido em princípio enquanto o Cr é contido conforme requi-sitado.

(B) Entre os elementos de ligação, o Mo reprime a penetração do hidrogênio.Mais especificamente, o Mo acelera a formação de uma camada densa desulfeto de ferro na superfície do aço, e a camada de sulfeto de ferro assimformada reprime a corrosão e a penetração do hidrogênio. Além disso, acamada de sulfeto de ferro aumenta a sobretensão do hidrogênio do aço, e apenetração do hidrogênio é também reprimida pelo aumento na sobretensãodo hidrogênio. Portanto, o teor de Mo é aumentado para melhorar a resis-tência SSC.

(C) Se o teor de Mo é aumentado, a penetração do hidrogênio pode ser efe-tivamente reprimida, enquanto se o teor exceder 1%, é gerado o M02C emforma de agulha no aço, de forma que a SSC é mais provável de ser geradacom o M02C como origem. Portanto, para aumentar o teor de Mo, deve-sereprimir a geração de Mo2C.

Para reduzir a geração de Mo2C1 a adição de V é eficaz porqueo V combina com Mo e C para gerar o carboneto fino MC (M é ou V ou Mo),que evita que o Mo forme Mo2C.

Os inventores executaram testes DCB conforme descrito acimausando uma pluralidade de tipos de aço tendo diferentes teores de Mo e Vpara examinar sua resistência SSC. Foi descoberto como resultado que se aexpressão (1) a seguir for satisfeita, a geração de Mo2C pode ser reprimida epode-se evitar que a resistência SSC seja diminuída.

12V+1 - Mo > O ...(1)onde os símbolos dos elementos representam os teores dos elementos (%em massa).

Portanto, para melhorar a resistência SSC, o teor de Mo é au-mentado e o teor de V pe adaptado para satisfazer a expressão (1).(D) Se o Cr estiver contido, a penetração de hidrogênio pode ser fluída ace-lerada pelo Mn e Cr contidos. Entretanto, conforme mostrado na figura 2, seo teor de Mo é aumentado, a redução na resistência SSC provocada peloMn e Cr contidos pode ser reprimida e a resistência SSC pode também sermelhorada. Portanto, o teor de Mo deve ser suficientemente alto para evitarque a resistência SSC seja diminuída devido ao Mn e Cr contidos.

Os inventores conduziram testes DCB conforme descrito acimausando uma pluralidade de tipos de aço tendo diferentes teores de Mn, Cr eMo e examinaram quanto à sua resistência SSC. Foi descoberto como resul-tado que se o teor de Mo satisfaz a Expressão (2) a seguir, a diminuição daresistência SSC provocada pelo Cr e Mn contidos pode ser reduzida.

Mo-(Cr + Mn)>0 ... (2)

onde os símbolos dos elementos representam os teores dos elementos (%em massa).

Portanto, se o Cr estiver contido, o teor de Mo deve satisfazer aExpressão (2) para melhorar a resistência SSC.Com base nas descobertas acima descritas, os inventores com-pletaram a invenção a seguir.

Um aço de baixa liga para produtos tubulares para campos depetróleo conforme a invenção contém, em porcentagem em massa, 0,20% a0,35% de C1 0,05% a 0,5% de Si, 0,05% a 0,6% de Mn, no máximo 0,025%de P, no máximo 0,01% de S, 0,005% a 0,100% de Al, 0,8% a 3,0% de Mo,0,05% a 0,25% de V, 0,0001% a 0,005% de B, no máximo 0,01% de N, e nomáximo 0,01% de O, o saldo inclui Fe e impurezas, e o aço satisfaz a ex-pressão (1):

12V + 1 - Mo > 0 ...(1)

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo preferivelmente também incluem no máximo 0,6% de Cr e satisfaz aExpressão (2):

Mo - (Cr +Mn) > 0 ... (2)onde os símbolos dos elementos representam os teores dos elementos (%em massa).

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo preferivelmente também inclui pelo menos um entre no máximo 0,1%de Nb, no máximo 0,1% de Ti e no máximo 0,1% de Zr.

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo também inclui no máximo 0,01% de Ca.

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo preferivelmente tem um limite de elasticidade de pelo menos 861 MPaa (125 ksi).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um gráfico mostrando o efeito do Cr em um fator deintensidade de estresse obtido por um teste DCB; e

A figura 2 é um gráfico mostrando o efeito do Mo em um fator deintensidade de estresse obtido por um teste DCB.

MELHOR FORMA DE EXECUÇÃO DA INVENÇÃOAgora, uma configuração da presente invenção será descrita emdetalhe.

1. Composição Química

Aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de petró-Ieo conforme uma configuração da invenção tem a composição a seguir. Do-ravante, "%" em relação aos elementos significa "% em massa".

C: 0,20% a 0,35%

O carbono melhora a capacidade de endurecimento e a resis-tência do aço. Entretanto, um teor excessivo de C provoca a geração exces-siva de carbonetos, o que diminui a resistência SSC. Portanto, o teor de Cestá na faixa de 0,20% a 0,35%, preferivelmente de 0,25% a 0,30%.

Si: 0,05% a 0,5%

O silício é eficaz na desoxidação do aço e melhora a resistênciaao amolecimento. Entretanto, um teor excessivo de Si acelera a precipitaçãode uma fase ferrita que é uma fase de amolecimento. A fase ferrita degradaa resistência SSC. Portanto, o teor de Si é de 0,05% a 0,5%, preferivelmentede 0,05% a 0,35%.

Mn: 0,05% a 0,6%

O manganês é um importante elemento de acordo com â inven-ção. O manganês aumenta as características de resfriamento e contribuipara a melhoria da resistência. Entretanto o Mn se dissolve ativamente nosulfeto de hidrogênio e acelera a corrosão para ajudar o hidrogênio a pene-trar. Portanto, de acordo com a invenção, o teor de Mn pe preferivelmentelimitado à quantidade mínima necessária que permite que uma resistêncianecessária seja garantida. Portanto, o teor de Mn é de 0,05% a 0,6%, prefe-rivelmente de 0,3% a 0,5%.

P: 0,025% ou menos

O fósforo é uma impureza que é segregada nos limites dosgrãos e diminui a resistência SSC. Portanto, o teor de P é preferivelmentetão baixo quanto possível. O teor de P é 0,025% ou menos.

S: 0,01 ou menos

O enxofre é uma impureza que é segregada nos limites dosgrãos Similarmente ao P e diminui a resistência SSC. Portanto, o teor de S épreferivelmente tão baixo quanto possível. O teor de S é 0,01 ou menos.

Al: 0,005% a 0,100%

O alumínio é eficaz na desoxidação do aço. Entretanto, o efeitoalcança a saturação se o Al estiver excessivamente contido. Portanto, o teorde Al é de 0,005% a 0,100%, preferivelmente de 0,01% a 0,05%. Note que oteor de Al conforme a configuração é aquele de alumínio solúvel em ácido(sol. Al).

Mo: 0,8% a 3,0%

O molibdênio é um elemento importante de acordo com a inven-ção que melhora a característica de resfriamento. O molibdênio tambémacelera a geração de uma densa camada de sulfeto de ferro na superfície doaço. A geração da camada de sulfeto de ferro reprime a corrosão e aumentaa sobretensão do hidrogênio, o que reprime a penetração do hidrogênio. En-tretanto, um teor excessivo de Mo provoca o efeito de alcançar a saturação eé também indesejável em vista do custo de produção. Portanto, o teor de Moesteja na faixa de 0,8% a 3,0%, preferivelmente de 1,0% a 2,5%.

V: 0,05% a 0,25%

O vanádio é um elemento importante de acordo com a invençãoque melhora a característica de resfriamento. O vanádio também combinacom o C bem como com o Mo para gerar carbonetos finos MC (M é V e Mo).A geração de carbonetos finos MC reprime a geração de M02C em forma deagulha que pode ser uma origem para a SSC. Além disso, o V aumenta atemperatura de têmpera para permitir que a cementita dos limites dos grãosseja esferoidizada, o que reprime a geração de SSC. Portanto, de acordocom a invenção, o V contribui para melhoria da resistência SSC. Um teorexcessivo de V, entretanto, provoca a precipitação de VC bruto. Tal VC brutoarmazena hidrogênio, que diminui a resistência SSC. Note que o VC finocontribui para o endurecimento por precipitação, mas o VC bruto não. Por-tanto, o teor de V é de 0,05% a 0,25%, preferivelmente de 0,05% a 0,20%.

B: 0,0001% a 0,005%

O boro melhora a característica de resfriamento. Entretanto, emaço de alta resistência conforme a invenção, o B acelera a geração de car-boneto bruto M23C6 (M é Fe, Cr ou Mo) que pode ser uma origem para SSC1e, portanto, um teor excessivo de B não é preferível. O teor de B é de0,0001% a 0,005%, preferivelmente de 0,0005% a 0,002%.

N: 0,01% ou menos

O nitrogênio é uma impureza que forma nitretos brutos e diminuia dureza a dureza e a resistência SSC. Portanto, o teor de N é preferivel-mente tão baixo quanto possível. De acordo com a invenção, o teor de N éde 0,01% ou menos.

O: 0,01% ou menos

O oxigênio é uma impureza que forma óxidos brutos e diminui adureza e a resistência SSC. Portanto, o teor de O é preferivelmente tão bai-xo quanto possível. De acordo com a invenção, o teor de O é 0,01% ou menos.

O saldo inclui Fe, mas pode conter impurezas diferentes de P, S,N, e O por várias razões durante o processo de produção.

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo de acordo com a invenção também satisfaz a expressão (1) a seguir:

12V + 1 - Mo > 0 ... (1)

À medida que o teor de Mo aumentam o Mo no aço combinacom o C para formar Mo2C. Tal Mo2C é excessivamente gerado particular-mente quando o teor de Mo excede 1%. Uma vez que o Mo2C tem a formade agulha e portanto a SSC é provável de ser gerada com Mo2C como ori-gem. Portanto se o teor de Mo for aumentado para reduzir a penetração dehidrogênio, a geração de Mo2C deve ser reprimida.

O vanádio combina com o Mo e com o C para formar (V, Mo)Cfino e evita que o Mo forme Mo2C. Se o teor de V satisfaz a expressão (1), ageração de Mo2C pode ser reprimida.

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo de acordo com a invenção também contém Cr se necessário. Em ou-tras palavras, o Cr é um elemento opcional.

Cr: 0,6% ou menos.

O cromo melhora a característica de resfriamento mas acelera apenetração do hidrogênio similarmente ao Mn. Um teor excessivo de Cr, por-tanto, diminui a resistência SSC. Portanto, o teor de Cr é 0,6% ou menos, olimite superior preferível para o teor de Cr é 0,3% e o limite inferior preferívelpara o teor de Cr é 0,1%.

Se o aço de baixa liga para produtos tubulares para campos depetróleo de acordo com a invenção contém Cr, o aço também satisfaz a ex-pressão (2) a seguir:

Mo - (Cr + Mn) > 0

Conforme descrito acima, Mn e Cr aceleram a penetração dohidrogênio, e se o teor de Mo for aumentado para gerar uma camada de sul-feto de ferro, a penetração do hidrogênio pode ser reprimida apesar do Mn edo Cr contidos. Mais especificamente, se o teor de Mo satisfaz a expressão(2), pode ser evitada a diminuição da resistência SSC devido ao Mn e ao Cr.

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo conforme a invenção contém pelo menos um entre Nb, T e Zr se ne-cessário. Mais especificamente, esses elementos são elementos opcionais.Esses elementos contribuem para a melhoria das propriedades mecânicastais como dureza.

Nb: 0,1% ou menos

Ti: 0,1% ou menos

Zr: 0,1% ou menos

Mais especificamente, Nb, Ti e Zr combinam com CeN paraformar carbonitretos. O carbonitreto provoca um efeito de fixação, que refinaos grãos de cristal e melhora as propriedades mecânicas tais como dureza.

Entretanto, se esses elementos estão excessivamente contidos, o efeito a-tinge a saturação. Portanto, os teores de Nb, Ti, e Zr são 0,1% cada ou me-nos. Preferivelmente, o teor de Nb é de 0,002% a 0,1%, o teor de Ti é de0,002% a 0,1%, e o teor de Zr é de 0,002% a 0,1%. Mais preferivelmente, oteor de Nb é de 0,01 % a 0,05%, o teor de Ti é de 0,01 % a 0,05%, e o teor deZr é de 0,01% a 0,05%.

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo de acordo com a invenção também contém Ca se necessário. Maisespecificamente, o Ca é um elemento opcional.

Ca: 0,01% ou menos

O cálcio esferoidiza MnS que pode formar uma origem paraSSC, o que diminui a sensibilidade da SSC. Note que se o aço de baixa ligapara produtos tubulares para campos de petróleo é produzido por Iingota-mento contínuo, o Ca reprime a geração de AI2O3 bruto, de forma que umbocal submerso em um dispositivo de Iingotamento contínuo pode ter seuentupimento evitado. Portanto, o teor de Ca é 0,01% ou menos, preferivel-mente de 0,0003% a 0,01%, mais preferivelmente de 0,0005% a 0,003%.

2. Resistência

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo conforme a presente invenção tem um limite de elasticidade de pelomenos 758 MPa (110 ksi), preferivelmente pelo menos 861 MPa (125 ksi).Em resumo, o aço de baixa liga para produtos tubulares para campo de pe-tróleo tem um grau de resistência de pelo menos 110 ksi, preferivelmentegrau de resistência de 861 MPa (125 ksi) (isto é, o limite de elasticidade é de125 ksi a 140 ksi ou de 861 MPa a 965 MPa). A resistência do aço conformea presente invenção pode ter alta resistência SSC com base na composiçãoquímica apesar de sua alta resistência.

3. Método de Produção

O aço que tem a composição química descrita acima é fundido erefinado de acordo com um método bem-conhecido. Então, o aço fundido étransformado em um material Iingotado continuamente pelo Iingotamentocontínuo. O material Iingotado continuamente é, por exemplo, placas, blocosou barras. Alternativamente, o aço fundido é Iingotado em lingotes por ummétodo de produção de lingotes.

A placa, bloco ou lingote é transformado em barras por trabalhoa quente. No momento, as barras podem ser formadas por laminação aquente ou por forjamento a quente.

As barras obtidas por Iingotamento contínuo ou por trabalho aquente são submetidas ao trabalho a quente e conformadas em aço de bai-xa liga para produtos tubulares para campos de petróleo. Por exemplo, ummétodo Mannesmann um método Mannesmann pode ser conduzido como otrabalho a quente para formar produtos tubulares para campos de petróleo.

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de petróleo podeser formado por outros métodos de trabalho a quente. O aço após o trabalhoa quente é resfriado a temperaturas ambientes.

Após o esfriar, o resfriamento e a têmpera são executados. Se atemperatura de resfriamento estiver na faixa de 900°C a 950°C, e a tempera-tura de têmpera pode ser ajustada conforme requerido em resposta à com-posição química do aço, o limite de elasticidade do aço de baixa liga paraprodutos tubulares para campos de petróleo pode ser ajustado para estar nafaixa descrita em 2.

Primeira Configuração

Peças de aço de baixa liga para produtos tubulares para camposde petróleo tendo várias composições químicas foram produzidas e avalia-das quanto à sua resistência SSC pela condução de testes DCB.

Método de Exame

Peças de aço tendo as composições químicas na Tabela 2 fo-ram fundidas no vácuo e foi produzido um lingote de 50 g para cada uma.<table>table see original document page 14</column></row><table><table>table see original document page 15</column></row><table><table>table see original document page 16</column></row><table><table>table see original document page 17</column></row><table>Na Tabela 2, "F1" e "F2" são valores obtidos com base nas ex-pressões (3) e (4) a seguir:

F1 = 12V + 1 - Mo ...(3)F2 = Mo - (Cr + Mn) ...(4)

Em resumo, a expressão (3) é o termo esquerdo da expressão(1) e a expressão (4) é o termo esquerdo da expressão (2).

Em relação à Tabela 2, o aço com os testes nos 1 a 12 tinhamcada um uma composição química dentro da faixa definida pela presenteinvenção. O aço com os testes nos 1 a 6 e 10 a 12 têm valores positivos deF1 e satisfizeram a expressão (1). O aço com os testes nos 7 a 9 contendoCr tiveram valores positivos tanto para F1 quanto para F2 e satisfizeram asexpressões (1) e (2).

Nesse meio tempo, o aço com os testes nos 13 a 23 tiveram ca-da um uma composição química parcialmente fora da faixa definida pelapresente invenção. O aço com os testes nos 24 e 25 tiveram cada um umacomposição química dentro da faixa definida pela presente invenção mastiveram um valor negativo de F1 e não satisfizeram a expressão (1). O açocom os testes nos 26 e 27 continham Cr e tinham cada um uma composiçãoquímica dentro da faixa definida pela presente invenção e satisfizeram a ex-pressão (1), mas não satisfizeram a expressão (2) porque seus valores deF2 foram negativos.

Os lingotes produzidos foram aquecidos até 1250°C e entãoconformados em blocos tendo uma espessura de 60 mm por forjamento aquente. Então, cada bloco foi aquecido até 1250°C e então conformados e,uma chapa de aço com 12 mm de espessura por laminação a quente. Umapluralidade de chapas de aço foram produzidas para cada número de testemostrado na Tabela 2.

Então o limite de elasticidade de cada chapa de aço produzidafoi ajustado para estar na faixa de 758 MPa a 965 MPa (110 ksi a 140 ksi).Mais especificamente, cada chapa de aço foi mantida a 920°C por 15 minu-tos, e então submetido a resfriamento a água. Após o resfriamento, foi con-duzida a têmpera a várias temperaturas dentro da faixa de 670°C a 720°C.Durante a têmpera, cada chapa de aço foi mantida a cada temperatura detêmpera por 30 minutos e então resfriadas com ar. Dessa forma, foi prepa-rada uma pluralidade de chapas de aço tendo diferentes limites de elastici-dade para cada número de teste (chapas de aço 1 e 2, ou 1 a 3 na coluna"valor da experiência" na Tabela 2).

Usando cada chapa de aço, um teste DCB foi conduzido e a re-sistência SSC1 a resistência foi avaliada. Um espécime de teste DCB tendouma espessura de 10 mm, uma largura de 25 mm, e um comprimento de100 mm, foi tirado de cada chapa. O espécime de teste DCB amostrado foiusado para conduzir testes DCB de acordo com a NACE (National Associa-tion of Corrosion Engineers) TM0177 Método D. Uma solução aquosa de 5%de sal + 0,5% de ácido acético à temperatura ambiente tendo 1 atm de gássulfeto de hidrogênio saturado foi usada como banho do teste. Cada espé-cime de teste DCB foi imerso na solução do teste por 336 horas para seconduzir um teste DCB. Após o teste, o comprimento da propagação de fra-tura gerada no espécime de teste DCB foi medido. Com base no comprimen-to da propagação de fratura medido e um estresse de abertura de cunha P,um fator de intensidade de estresse Kissc (ksiVin) foi obtido conforme a ex-pressão (5).

<formula>formula see original document page 19</formula>

onde h representa a altura de cada braço de um espécime de teste DCB, Brepresenta a espessura do espécime de teste DCB, e Bn representa a es-pessura da rede do espécime de teste DCB. Esses itens são definidos pelaNACE TM0177-96 Método D.

Então, usando-se cada fator de intensidade de estresse obtidono teste DCB, um fator de intensidade de estresse aproximado (doravantereferido como valor aproximado K140) foi obtido quando o limite de elasticida-de de cada uma das chapas de aço foi de 140 ksi pelo método a seguir.

Fatores de intensidade de estresse Kissc para as chapas de açoestão informados na coluna "valor da experiência" na Tabela 2.

O valor aproximado Kuo foi obtido para comparar os fatores deintensidade de estresse Kissc com base no mesmo limite de elasticidade en-tre o aço com os números de teste. O limite de elasticidade de referência foi965 MPa (140 ksi) para se comparar os fatores de intensidade de estresseKissc para alta resistência. Agora, um método de cálculo do valor aproxima-do de Kissc será descrito.

Em geral, o fator de intensidade de estresse Kissc depende daresistência. Por exemplo, conforme mostrado nas Figs. 1 e 2, à medida quea resistência aumenta, o fator de intensidade de estresse Kisse diminui. Ainclinação do fator de intensidade de estresse Kisse no momento é substan-cialmente constante, independentemente da composição química. Portanto,usando-se o limite de elasticidade YS e os fatores de intensidade de estres-se Kisse das chapas de aço usadas nos testes DCB, a inclinação do fator deintensidade de estresse Kissefoi obtida e foi derivada uma fórmula de apro-ximação dada pela expressão (6).

Valor aproximado K140 = -0,27 χ (140 - YS) + Kisse -..(6)onde YS representa o limite de elasticidade (ksi) de uma chapa de aço eKisse representa um fator de intensidade de estresse Kissc obtido pela ex-pressão (5).

Entre os valores da experiência para os números de teste, subs-tituindo-se o limite de elasticidade YS e o fator de intensidade de estresseKisse obtido para a chapa de aço que tenha um limite de elasticidade maispróximo de 965 MPa (140 ksi) na expressão (6), foi obtido um valor aproxi-mado de Kho para cada número de teste. Os valores aproximados Ki40 obti-dos são dados na coluna "valor aproximado" na Tabela 2. Quando o valoraproximado K140 foi igual a ou maior que 22 ksh/in, foi determinado que aresistência SSC foi alta.ResuItadosdoTeste

Em relação à Tabela 2, aços com números de teste 1 a 6, 10 a12 tiveram cada um uma composição química dentro da faixa definida pelapresente invenção e satisfizeram a expressão (1), de forma que os valoresaproximados K14o foram, cada um, 22 ksiVin ou maiores e a resistência SSCfoi boa.Os aços com números de teste 7 a 9 contendo Cr tiveram cadaum uma composição química dentro da faia definida pela presente invençãoe satisfizeram as expressões (1) e (2), e os valores aproximados de K-|4o fo-ram ,cada um, 22 ksiVin ou maiores.

Enquanto isso, para os aços com números de teste 13 a 27, osvalores aproximados de K140 foram ,cada um, menores que 22 ksiVin, e aresistência SSC foi pobre. Mais especificamente, os aços com números deteste 13 a 23 tiveram , cada um, uma composição química parcialmente forada faixa definida pela presente invenção, de forma que a resistência SSC foipobre. O teor de Mn do aço com número de teste 15, em particular, excedeuo limite superior de acordo com a invenção, a resistência SSC foi pobre. Osteores de Mo do aço com números de teste 18 e 19 foram menores que olimite inferior de acordo com a invenção, e a resistência SSC foi pobre. Oteor de V do aço com número de teste 20 foi menor que o limite inferior deacordo com a invenção, e portanto a resistência SSC foi pobre. O teor de Vdo aço com número de teste 21 excedeu o limite superior de acordo com ainvenção, e a resistência SSC foi pobre. O teor de Cr do aço com número deteste 23 excedeu o limite superior de acordo com a invenção, e a resistênciaSSC foi pobre.

Os aços com números de teste 24 e 25 tiveram, cada um, umacomposição química dentro da faixa definida pela presente invenção, masnão satisfizeram a expressão (1). Portanto, a resistência SSC foi pobre. Osaços com números de teste 26 e 27 tiveram, cada um, uma composiçãoquímica dentro da faixa definida pela presente invenção mas não satisfize-ram a expressão (2). Portanto, a resistência SSC foi pobre.

Embora a configuração da presente invenção tenha sido descri-ta, a mesma é apenas uma forma de ilustração e exemplo e não deve sertomada como limitação. A invenção pode ser configurada de várias formasmodificadas sem sair do espírito e do escopo da invenção.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

O aço de baixa liga para produtos tubulares para campos de pe-tróleo conforme a invenção pode ser usado como produto tubular para cam-pos de petróleo, e é particularmente aplicável como armação ou tubulaçãopara uso em um poço de petróleo ou em um poço de gás.

Claims

1. Aço de baixa liga para produtos tubulares para campos petro-líferos tendo alta resistência à fratura por estresse por sulfetos, compreen-dendo, em porcentagem em massa, 0,20% a 0,35% de C, 0,05% a 0,5% deSi, 0,05% a 0,6% de Mn, no máximo 0,025% de P, no máximo 0,01% de S,0,005% a 0,100% de Al, 0,8% a 3,0% de Mo, 0,05% a 0,25% de V, 0,0001%a 0,005% de B, no máximo 0,01% de N, e no máximo 0,01% de O, op saldocompreendendo Fe e impurezas, o mencionado aço de baixa liga satisfa-zendo a Expressão (1):12V + 1 - Mo > 0 ...(1)onde os símbolos dos elementos representam os teores dos elementos emporcentagem em massa.

2. Aço de baixa liga para produtos tubulares para campos petro-líferos de acordo com a reivindicação 1, também compreendendo no máximo-0,6% de Cr e satisfazendo a Expressão (2):Mo - (Cr +Mn) >0 ... (2)onde os símbolos dos elementos representam os teores dos elementos emporcentagem em massa.

3. Aço de baixa liga para produtos tubulares para campos petro-líferos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, também compreendendo pelomenos um entre no máximo 0,1% de Nb, no máximo 0,1% de Ti e no máxi-mo 0,1% de Zr.

4. Aço de baixa liga para produtos tubulares para campos petro-líferos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, também com-preendendo no máximo 0,01% de Ca.

5. Aço de baixa liga para produtos tubulares para campos petro-líferos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, também tendoum limite de elasticidade de pelo menos 861 MPa.