BRPI0809608B1

BRPI0809608B1 - Process for the production of a curve pipe

Info

Publication number: BRPI0809608B1
Application number: BRPI0809608-2A
Authority: BR
Inventors: Oka Takahiro
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2017-07-04
Also published as: BRPI0809608A2; EP2128278B1; CA2680040C; JP2008240021A; JP5045178B2; EP2128278A1; WO2008117721A1; CN101663411A; MX2009010303A; US8038811B2; EP2128278A4; US20100006190A1; CN101663411B; CA2680040A1

Description

“PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UMA TUBULAÇÃO CURVA” Campo da Técnica [001] A presente invenção refere-se a um processo para a produção de um tubo curvo e ao tubo curvo. Mais particularmente, ela se refere a um processo para a produção de um tubo curvo usado para uma tubulação e ao tubo curvo para uma tubulação.

Antecedentes da Técnica [002] Uma tubulação transporta petróleo e gás natural produzidos por um poço de petróleo e um poço de gás. Convencionalmente, tem sido usado principalmente aço carbono para um tubo de aço que constitua uma tubulação (tubulação de grande diâmetro).

[003] Recentemente, no entanto, conforme aumenta a profundidade do poço, é provável que partes conhecidas como linha coletora e uma linha de fluxo da tubulação fiquem expostas a um ambiente corrosivo que tem temperatura e pressão mais altas do que o ambiente convencional. Além disso, estas partes têm que transportar um fluido produzido que contém gases corrosivos como gás sulfeto de hidrogênio e gás ácido carbônico. Logo, cada vez mais se requer que a tubulação usada para a linha coletora e a linha de fluxo tenha excelente resistência à corrosão pelo gás ácido-carbonico e resistência ao trincamento por corrosão acelerada por tensões mecânicas e sulfeto (a partir daqui, o trincamento por corrosão acelerada por tensões mecânicas e sulfeto será referido como SSC (Sulfide Stress-Corrosion)).

[004] Nesta situação, foi desenvolvido um tubo de aço inoxidável martensítico para uma tubulação como um tubo de aço que atente ao requisito descrito acima. O tubo de aço inoxidável martensítico para uma tubulação foi descrito, por exemplo, em JP3156170B.

[005] O tubo de aço inoxidável martensítico para uma tubulação é dotado de excelente resistência à corrosão por gás ácido carbônico e resistência a SSC por meio da formação de uma película de passivação sobre sua superfície pela adição de Mo e tomando o teor de C inferior a 0,01%. Além disso, por conter uma grande quantidade de Ni como um elemento de formação de austenita substituindo o C, a micro-estmtura pode ser mantida martensítica mesmo que o teor de C seja baixo. Adicionalmente, como o teor de C é baixo, é menor a propensão de ocorrer o endurecimento por trabalho a frio no momento da soldagem e é demonstrada excelente soldabilidade. Logo, o tubo de aço inoxidável martensítico para uma tubulação é adequado ao uso para a linha coletora e a linha de fluxo.

[006] A tubulação inclui não apenas uma tubulação reta (assim chamado um tubo reto), como também uma tubulação que tem uma parte curva, ou seja, um tubo curvo de acordo com as características geográficas do solo sobre o qual se estende a tubulação.

[007] Um processo geral para a produção de um tubo curvo que consiste em aço carbono, que tem sido usado para a tubulação convencional, será descrito abaixo. Primeiro, um tubo reto é dobrado a uma alta temperatura para formar um tubo curvo. Subseqüentemente, o tubo curvo é temperado e revenido. Como as propriedades mecânicas, como resistência e tenacidade do tubo curvo, estão deterioradas pelo dobramento a alta temperatura, as propriedades mecânicas são melhoradas pela têmpera e revenimento.

[008] Na medida em que aumentou a profundidade do poço nos últimos anos, conforme descrito acima, o aço inoxidável martensítico para uma tubulação começou a ser usado para a linha coletora e a linha de fluxo no lugar do aço carbono. Logo, no lugar do tubo curvo convencional consistir em aço carbono, surge a demanda por tubo curvo que consista em aço inoxidável martensítico para uma tubulação.

[009] No entanto, no caso em que o tubo curvo consistindo de aço inoxidável martensítico para uma tubulação é produzido na mesma condição de produção que a do tubo curvo convencional que consiste de aço carbono, a resistência a SSC do tubo curvo produzido é baixa, às vezes.

Descrição da Invenção [0010] Um objetivo da presente invenção é proporcionar um processo para a produção de um tubo curvo para uma tubulação, tubo curvo este que consiste de aço inoxidável martensítico e que tem excelente resistência a SSC, e ao tubo curvo.

[0011] O inventor investigou uma causa da diminuição da resistência a SSC do tubo curvo para uma tubulação consistindo de aço inoxidável martensítico. Como resultado da investigação, o inventor supôs que a temperatura de revenimento, no tratamento de têmpera e revenimento após o dobramento, tem uma influência sobre a diminuição da resistência a SSC. Logo, os tubos curvos foram produzidos a diversas temperaturas de têmpera. Como resultado, descobriu-se que se a temperatura de têmpera for inferior a 950°C, o tubo curvo produzido tem excelente resistência a SSC.

[0012] A presente invenção foi completada com base no conhecimento descrito acima e em sua essência, conforme descrito abaixo.

[0013] Um processo para a produção de um tubo curvo para uma tubulação, de acordo com a presente invenção, inclui as etapas de preparar um tubo de aço contendo, por massa, no máximo 0,009% de C, no máximo 1,0% de Mn, no máximo 1,0% de Si, no máximo 0,04% de P, no máximo 0,005% de S, 0,01 a 0,2% Ti, 0,01 a 0,10% de V, 0,001 a 0,1% de Al, no máximo 0,1% de N, 4,0 a 8,0% de Ni, 9,0 a 15,0% de Cr, e 1,5 a 7,0% de Mo, sendo que o equilíbrio é Fe e impurezas; curvar o tubo de aço para formar um tubo curvo; temperar o tubo curvo a uma temperatura de têmpera inferior a 950° C; e revenir o tubo curvo temperado.

[0014] Um tubo curvo para uma tubulação, de acordo com a presente invenção, contém, por massa, no máximo 0,009% de C, no máximo 1,0% de Mn, no máximo 1,0% de Si, no máximo 0,04% de P, no máximo 0,005% de S, 0,01 a 0,2% de Ti, 0,01 a 0,10% de V, 0,001 a 0,1% de Al, no máximo 0,1% de N, 4,0 a 8,0% de Ni, 9,0 a 15,0% de Cr, e 1,5 a 7,0% de Mo, sendo que o equilíbrio é Fe e impurezas. O tubo curvo para uma tubulação, de acordo com a presente invenção, é adicionalmente caracterizado por ser temperado a uma temperatura de têmpera inferior a 950° C após o dobramento.

Melhor Modo para Realizar a Invenção [0015] Uma modalidade da presente invenção será descrita agora em detalhes.

[0016] 1. Composição Química de um Tubo Curvo para uma Tubulação [0017] o tubo curvo para uma tubulação consiste de aço inoxidável martensítico e sua composição química é conforme descrita abaixo. O símbolo %, que se refere a um elemento, significa porcentagem por massa.

[0018] C: no máximo 0,009% [0019] O carbono (C) aumenta a dureza de uma zona afetada pelo calor da soldagem (HAZ - Heat Affected Zone) no momento da soldagem e diminui a tenacidade e a resistência à corrosão do aço. Logo, o teor de C é, de preferência, tão baixo quanto possível. O teor de C é, no máximo, 0,009%.

[0020] Mn: no máximo 1,0% [0021] O manganês (Mn) melhora a resistência do aço. No entanto, se o manganês estiver em excesso, diminui a tenacidade. Logo, o teor de Mn é, no máximo, 1,0%. O teor preferido de Mn é, ao menos, 0,2%.

[0022] Si: no máximo 1,0% [0023] O silício (Si) desoxida um aço. No entanto, se o teor de Si exceder 1,0%, a tenacidade do aço diminui. Logo, o teor de Si é, no máximo, 1,0%. O teor preferido de Si é de pelo menos 0,05%.

[0024] P: no máximo 0,04% [0025] O fósforo (P) é uma impureza. O fósforo diminui a tenacidade do aço. Logo, o teor de P é, de preferência, tão baixo quanto possível. O teor de P é, no máximo 0,04%.

[0026] S: no máximo 0,005% [0027] O enxofre (S) é uma impureza. O enxofre diminui a trabalhabilidade a quente do aço. Logo, o teor de S é, de preferência, tão baixo quanto possível. O teor de S é, no máximo, 0,005%.

[0028] Ti: 0,01 a 0,2% [0029] V: 0,01 a 0,10% [0030] O titânio (Ti) e o vanádio (V) limitam o aumento da dureza na zona afetada pelo calor da soldagem no momento da soldagem ao formar um carbo-nitreto com N e C no aço. No entanto, se estes elementos estiverem contidos em excesso, o efeito satura. Adicionalmente, estes elementos aumentam a dureza ao formarem um composto com um elemento como MIMO. Logo, o teor de Ti é 0,01 a 0,2% e o teor de V é 0,01 a 0,10%. O teor preferido de Ti é 0,05 a 0,15% e o teor preferido de V é 0,02 a 0,10%.

[0031] Al: 0,001 a 0,1% [0032] O alumínio (Al) desoxida um aço. No entanto, se o alumínio estiver contido em excesso, as inclusões no aço aumentam e a resistência à corrosão do aço diminui. Logo, o teor de Al é 0,001 a 0,1% [0033] N: no máximo 0,1% [0034] O nitrogênio (N) é uma impureza. O nitrogênio aumenta a sensibilidade à SSC. Logo, o teor de N é baixo, de preferência. O teor de N é, no máximo, 0,1%. O teor de N preferido é, no máximo, 0,02%.

[0035] Ni: 4,0 a 8,0% [0036] O níquel (Ni) melhora a resistência, a resistência à corrosão e a trabalhabilidade a quente do aço. No entanto, se o níquel estiver contido em excesso, o efeito satura. Logo, o teor de Ni é 4,0 a 8,0%.

[0037] Cr: 9,0 a 15,0% [0038] O cromo (Cr) forma uma película resistente à corrosão e aumenta a resistência à corrosão do aço. No entanto, se o cromo estiver contido em excesso, é produzida ferrita pelo efeito sinergético com Mo e, deste modo, a resistência é diminuída. Logo, o teor de Cr é 9,0 a 15,0%.

[0039] Mo: 1,5 a 7,0% [0040] O molibdênio (Mo) melhora a resistência à corrosão causada pelo sulfeto de hidrogênio. Em particular, ele aumenta a resistência à corrosão da zona afetada pelo calor da soldagem. No entanto, se o molibdênio estiver contido em excesso, é produzida ferrita pelo efeito sinergético com Cr e, deste modo, a resistência é diminuída. Logo, o teor de Mo é 1,5 a 7,0%. O teor preferido de Mo é 2,0 a 7,0%.

[0041] O equilíbrio consiste de Fe e impurezas.

[0042] 2. Processo para a Produção do Tubo Curvo [0043] Abaixo, será explicado um exemplo de processo para a produção do tubo curvo. O processo para a produção do tubo curvo inclui uma etapa de preparar um tubo de aço reto para uma tubulação (etapa de preparação do tubo de aço), uma etapa para dobrar o tubo de aço reto para formar uma tubulação (etapa de dobramento), uma etapa para temperar o tubo de aço dobrado (tubo curvo) (etapa de têmpera) e uma etapa de revenimento do tubo curvo temperado (etapa de revenimento). Abaixo, estas etapas serão explicadas.

Etapa de Preparação do Tubo de Aço [0044] É preparado um tubo de aço para uma tubulação tendo a composição química descrita acima. O tubo de aço para uma tubulação é fabricado, por exemplo, por meio dc um método descrito abaixo. Um aço derretido tendo a composição química descrita acima é fundido em forma de barras brutas pelo processo de fundição contínua. A barra bruta fabricada é laminada por mandrilagem para formar um tubo de aço para uma tubulação, No processo descrito acima, um tubo de aço sem costura é fabricado como um tubo de aço para uma tubulação. No entanto, um tubo soldado pode ser fabricado por meio de soldagem usando diversos métodos de soldagem, inclusive soldagem por areo submerso (5AW), Soldagem metálica em gás inerte (MIG), e soldagem em tungstênio em gás inerte (TIG), Etapa de Dobramento [0045] O tubo de aço reto preparado para uma tubulação é dobrado para formar um tubo curvo. Como um exemplo de trabalho dc dobramento, o trabalho dc dobramento por aquecimento a alta frequência é explicado abaixo.

[0046] O tubo de aço reto para uma tubulação é inserido em uma bobina de alta frequência. Uma extremidade do tubo de aço para uma tubulação inserido na bobina de alta frequência é segura por um braço (braço de dobramento) que gira horizontal mente, [0047] Depois disso, o tubo de aço para unia tubulação é empurrado gradual mente na direção do eixo geométrico do tubo a partir da outra extremidade do tubo dc aço. Ao empurrar o tubo de aço, o braço de dobramento é girado e, deste modo, o tubo de aço é dobrado gradualmente enquanto é aquecido parcialmente pela bobina de alta frequência, No momento do dobramento, uma parte aquecida pela bobina de alta frequência do tubo dc aço tem uma temperatura na faixa dc 930 a 970,:,C.

[0048] Na descrição acima, foi explicado o trabalho de dobramento por meio do aquecimento a alta frequência. No entanto, o tubo dobrado pode ser produzido por meio de qualquer outro trabalho dc dobramento a quente.

Etapa de Têmpera [0049] A etapa de Têmpera é a etapa mais importante na presente invenção. Na presente invenção, a temperatura de têmpera é inferior a 950UC. Se a temperatura de têmpera for 95CFC ou mais, a resistência a SSC do tubo curvo após a têmpera e o revenimento diminui e ocorre a SSC. A razão para isso não é clara. No entanto, presume-se que quando o tubo dobrado, tendo a composição química descrita acima, é imerso a uma temperatura de têmpera dc 950l*C ou mais, é gerado um produto secundário no aço c este produto secundário diminui a resistência a SSC, O produto secundário gerado não é obvio. No entanto, pensa-se em um composto de fase Laves tal como Fe^Mo.

[0050] Logo, a temperatura de têmpera é inferior a 950υ€, A temperatura de têmpera preferida é, no máximo, 945"C e a temperatura de têmpera mais preferida é, no máximo, 94O0C.

[0051] Por outro lado, se a temperatura de têmpera for muito baixa, não se consegue obter a resistência necessária. Logo, a temperatura de têmpera é pelo menos 8001>C, A temperatura dc têmpera preferida é, pelo menos, 85(fC e a outra temperatura de têmpera preferida é pelo menos 890"C. O tempo dc imersão preterido é 45 minutos ou mais e o outro tempo de imersão preferido é 50 a 60 minutos.

[0052] O tubo dobrado imerso na temperatura dc têmpera mencionada antenormente é resfriado até a temperatura ambiente a uma taxa de resfriamento bem conhecida. O método de resfriamento pode ser resfriamento em água ou resfriamento em névoa.

Etapa de Revenimento [0053] Após ser temperado, o tubo dobrado é reveni do pelo bem conhecido método de revenimento. A temperatura de revenimento c, por exemplo, 600 a 70Gk!C e o tempo de imersão preferido é 45 a 60 minutos.

[0054] O tubo dobrado para uma tubulação produzida através das etapas de fabricação descritas acima tem excelente resistência a SSC. O limite convencional dc elasticidade do tubo dobrado temperado c revenido sob as condições descritas acima, é 550 a 725 MPa.

Exemplo [0055] Uin aço inoxidável martensítico tendo a composição química dada na Tabela 1 foi derretido e o aço derretido foi fundido em uma pluralidade de barras brutas redondas.

Tabela 1 [0056] As barras brutas redondas fabricadas foram laminadas por mandrilamento para produzir uma pluralidade de tubos de aço retos sem costura. Os tubos de aço sem costura foram dobrados por meio de aquecimento a alta frequência para produzir uma pluralidade de tubos dobrados. Neste momento, a temperatura dc aquecimento a alta frequência foi 95Ül,C.

[0057] Os tubos dobrados foram temperados c revertidos à temperatura de têmpera c à temperatura de revenimento dadas na Tabela 2, e foram produzidos os tubos dobrados para uma tubulação tendo, cada um, um diâmetro externo dc 219,1 mm, uma espessura de parede de 12,7 mm e um raio de curvatura da parte dobrada de 5DR.

Tabela 2 [0058] As temperaturas de têmpera para os tubos dobrados dos testes nos, I, 3 e 4 ficaram no intervalo da presente invenção. Por outro lado, as temperaturas de têmpera para o tubo curvo do teste no. 2 excedeu o limite superior da presente invenção.

Teste de Resistência a Tração [0059] Os corpos-de-prova para tração foram cortados dos tubos curvos dos testes nos. I a 4 c um teste de resistência a tração foi realizado. Espccificamcnte, um corpo-dc-prova dc barra redonda tendo um diâmetro externo de parte paralela de 8,9 mm foi cortado dc cada um dos tubos curvos. Nos corpos-de-prova cortados dc barra redonda, foi realizado um teste de resistência a tração a temperatura normal. O limite de elasticidade convencional {MPa) obtido pelo teste de resistência a tração é mostrado na coluna *‘YS” na Tabela 2 e o limite de resistência a tração (MPa) é mostrado na coluna “TS” na Tabela 2, Como o resultado do teste de resistência a tração, todos os limites de elasticidade dos tubos curvos dos testes nos. 1 a 4 estiveram no intervalo de 550 a 725 MPa.

Teste SSC

[0060] Um corpo-de-prova não entalhado, com dobramento em quatro pontos, tendo uma largura de 10 mm, uma espessura de 2 mm e um comprimento de 75 mm, foi cortado de cada um dos tubos curvos. Ao usar o corpo-de-prova com dobramento em quatro pontos cortado, foi realizado um teste de dobramento em quatro pontos em um fluido de teste contendo sulfeto de hidrogênio. Especificamente, como o fluido de teste, uma solução aquosa (solução A especificada em NACE-TM0177), contendo 5 em % de massa de NaCl e 0,5 em % de massa de ácido acético glacial (CH3COOH) foi preparada. A tensão aplicada ao corpo-de-prova com dobramento em quatro pontos durante o teste foi um limite de elasticidade real de 90% no método de deformação gauge. Além disso, durante o teste, um composto de gás misto de gás H2S com uma pressão parcial de 0,004 (bar) e gás CO2 com uma pressão parcial de 0,996 (bar), foi soprado no fluido de teste. A temperatura do teste foi 25 + 1°C e o tempo do teste foi 720 horas.

[0061] Após o teste, a ocorrência de SSC no corpo-de-prova de teste foi observada visualmente. O termo “presente” na coluna “SSC” na Tabela 2 indica que ocorreu SSC e o termo “Ausente”, indica que não ocorreu SSC.

[0062] Com referência à Tabela 2, para os testes nos. 1, 3 e 4, a SSC não ocorreu porque a temperatura de têmpera estava no intervalo da presente invenção. Por outro lado, para o teste n° 2, ocorreu SSC porque a temperatura de têmpera excedeu o limite superior da presente invenção.

[0063] Acima foi dada uma explicação de uma modalidade da presente invenção. A modalidade descrita acima é apenas um exemplo para realizar a presente invenção. Logo, a presente invenção não está limitada à modalidade descrita acima e a modalidade descrita acima pode ser modificada ou alterada apropriadamente sem que se afaste do espírito e escopo da presente invenção.

Aplicabilidade Industrial [0064] O tubo curvo para uma tubulação, de acordo com a presente invenção, pode ser usado para uma tubulação.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Processo para a produção de uma tubulação curva, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: preparar um tubo de aço contendo, por massa, no máximo 0,009% de C, no máximo 1,0% de Mn, no máximo 1,0% de Si, no máximo 0,04% de P, no máximo 0,005% de S, 0,01 a 0,2% Ti, 0,01 a 0,10% de V, 0,001 a 0,1% de Al, no máximo 0,1% de N, 4,0 a 8,0% de Ni, 9,0 a 15,0% de Cr, e 1,5 a 7,0% de Mo, sendo que o equilíbrio é Fe e impurezas; dobrar o tubo de aço para formar um tubo curvo utilizando uma bobina de alta frequência e um braço de dobramento; temperar o tubo curvo a uma temperatura de têmpera de pelo menos 890°C e inferior a 950°C; e revenir o tubo curvo temperado.