BRPI0903941A2 - tubo de aço soldado para oleoduto de alta resistência superior em tenacidade a baixa temperatura e método de produção do mesmo - Google Patents

Abstract

TUBO DE AçO SOLDADO PARA OLEODUTO DE ALTA RESISTêNCIA SUPERIOR EM TENACIDADE A BAIXA TEMPERATURA E MéTODO DE PRODUçãO DO MESMO. A presente invenção refere-se a um tubo de aço soldado de alta resistência, barato, para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura permitindo que a tenacidade a baixa temperatura da HAZ seja alcançada mesmo se o teor de Mo for diminuído e um método de produção do mesmo, tubo de aço esse que é o tubo de aço obtido por soldagem com costura de um material base chapa de aço conformado na forma de um tubo, em que o mencionado material base chapa de aço contém, em % em massa, C: 0,030% a 0,080%, Si: 0,01 a 0,50%, Mn: 0,50 a 2,00%, 5: 0,0001 a 0,0050%, e Ti: 0,003 a 0,030%, e limita Aí a 0,020% ou menos, e Mo a menos de 0,10%, um carbono equivalente Ceq encontrado a partir dos teores dos ingredientes (em % em massa) é 0,40 a 0,56, o parâmetro de susceptibilidade a fraturas Pcm é 0,16 a 0,21, uma estrutura metálica do mencionado material base chapa de aço é compreendido de uma razão de área de 30% ou menos de ferrita poligonal e um saldo de bainita, o tamanho de grão efetivo é 20 jim ou menos, e o tamanho de grão efetivo da zona afetada pelo calor da solda é de 150 <109>im ou menos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TUBO DEAÇO SOLDADO PARA OLEODUTO DE ALTA RESISTÊNCIA SUPERIOREM TENACIDADE A BAIXA TEMPERATURA E MÉTODO DE PRODUÇÃODO MESMO".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um tubo de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura, ade-quado para oleoduto para transporte de petróleo bruto e gás natural.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Como tubo de aço para oleoduto usado para linhas tronco outubulações importantes como método de transporte de petróleo bruto, gásnatural, e outros materiais por longas distâncias, foi proposto um tubo de açode alta tenacidade e alta resistência para oleodutos (por exemplo, JapanesePatent Publication (A) n° 62-4826). Até agora, tubos de aço para oleodutosaté o padrão X80 do American Petroleum Institute (API) (resistência à tração620 MPa ou maior) foram colocadas em uso prático, mas com o propósito deaumentar a eficiência do transporte de petróleo bruto e gás natural, foramfeitos estudos para aumentar a pressão interna das tubulações. Juntamentecom isso, tubos de aço de alta resistência X80 ou maiores para oleodutoestão sendo necessários para se fazer também uma maior resistência e umamaior espessura.

Em relação à maior resistência, por exemplo, se usarmos umtubo da classe X120 tendo 900 MPa ou mais de resistência à tração, é pos-sível aumentar a pressão interna, isto é, a pressão do petróleo bruto ou dogás natural, para cerca do dobro do tubo da classe X65, então torna-se pos-sível transportar cerca do dobro da quantidade de petróleo bruto ou gás na-tural. Além disso, aumentando-se a resistência do tubo de oleoduto e au-mentando-se a resistência à pressão interna, comparado com o aumento daespessura, torna-se possível reduzir os custos do material, custos de trans-porte, e custos de soldagem no local, e é possível economizar muito noscustos de colocação da tubulação.

Além disso, uma tubulação tem que ser superior em tenacidadea baixa temperatura uma vez que freqüentemente é colocado em regiõesfrias. Além disso, no momento da instalação, as extremidades dos tubos pa-ra oleoduto são unidas, então uma capacidade superior de soldagem no lo-cal é também exigida. O tubo de aço da classe X120 para oleoduto satisfa-zendo essas exigências e maior em resistência até mesmo que o tubo deaço para oleoduto proposto na Japanese Patent Publication (A) 62-4826 estásendo proposto (por exemplo, Japanese Patent Publication (A) n° 2004-52104). Este é um tubo de aço de alta resistência para oleoduto com umamicroestrutura do material base consistindo principalmente EM uma estrutu-ra mista de bainita e martensita. Além disso, para uma espessura aumenta-da, métodos de produção de chapas de aço de espessura grossa com umaestrutura metálica feita de bainita fina por laminação controlada e resfria-mento acelerado e tendo uma boa resistência e tenacidade está sendo pro-posta (por exemplo, Japanese Patent Publication (A) n° 2000-256777, Japa-nese Patent Publication (A) n° 2004-76101, e Japanese Patent Publication(A) n° 2004-143509).

Tubo de aço para oleoduto com alta resistência e parede grossaé produzido conformando-se uma chapa de aço de espessura grossa emforma de um tubo por um processo UO, fazendo as extremidades se encos-tarem uma contra a outra, e soldando-as com costura. Quando tenacidade eprodutividade são exigidas tal como em tubo de aço de alta resistência paraoleoduto, a soldagem com costura é preferivelmente soldagem a arco sub-merso a partir da superfície interna e da superfície externa. Quando se soldaa arco submerso duplo um material de aço dessa forma, há o problema deque a zona afetada pelo calor da solda (chamada de ΉΑΖ") embrutecidapela entrada de calor na soldagem precedente é reaquecida pela entrada decalor subsequente e portanto a tenacidade cai.

Como tecnologia, para melhorar a tenacidade a baixa temperatu-ra da HAZ do tubo de aço de alta resistência para oleoduto, foi proposto ométodo de utilização da transformação intragranular para tornar a estruturada HAZ mais fina (por exemplo, Japanese Patent Publication (A) n° 8-325635, Japanese Patent Publication (A) n° 2001-355039, e Japanese Pa-tent Publication (A) n0 2003-138340). O método proposto na Japanese Pa-tent Publication (A) n° 8-325635 provoca a formação de ferrita acicular comonúcleo parta óxidos. O método proposto na Japanese Patent Publication (A)n° 2001-355039 e na Japanese Patent Publication (A) n° 2003-138340 formabainita intragranular usando inclusões compostas de óxidos e sulfetos comonúcleos.

A maioria desses tubos convencionais de aço de alta resistênciapara oleodutos contém graNdes quantidades de Mo eficaz para aumentar acapacidade de endurecimento e aumentar a resistência e obter uma estrutu-ra metálica principalmente de bainita para melhorar a tenacidade, mas re-centemente sendo executada a redução no teor do elemento Mo, que é umelemento caro. Entretanto, se se reduz o teor de Mo, a capacidade de endu-recimento cai facilmente e a bainita intragranular torna-se mais difícil de seobter, então garantir a tenacidade a baixa temperatura da HAZ foi difícil. A-lém disso, o tubo de oleoduto de alta resistência convencional tem uma es-pessura de no máximo menos de 25 mm. Um tubo para oleoduto com es-pessura de 25 mm ou mais ou 30 mm ou mais estÁ sendo exigido.

RESUMO DA INVENÇÃO

A presente invenção fornece tubo barato de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura quepode garantir a tenacidade a baixa temperatura da HAZ em particular mes-mo se se limitar o teor de MO e um método de produção do mesmo.

Além disso, os inventores prepararam uma chapa de aço de pa-rede espessa de alta resistência da classe X80 ou maior para oleoduto tendouma espessura de chapa de 25 mm ou mais. Como resultado, foi descobertoque os problemas devido ao aumento da espessura da chapa de aço forammuito mais sérios do que o previsto. Em particular, na parte central da es-pessura da chapa, a laminação por laminação controlada e a velocidade deresfriamento devido ao resfriamento controlado tornam-se insuficientes en-tão a tenacidade cai notavelmente em comparação com a parte da camadade superfície da chapa de aço. Além disso, os inventores investigaram a es-trutura metálica da parte central da espessura da chapa de aço e como re-sultado obtiveram a descoberta de que em chapas de aço de parede grossade alta resistência para oleoduto, é extremamente difícil tornar a estrutura daparte central da espessura da chapa uma estrutura fina de bainita.

A presente invenção resolve tais problemas imprevistos na téc-nica antiga e fornece tubo de aço soldado barato, espesso e de alta resis-tência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura capaz delimitar o teor de Mo mesmo de tiver uma espessura de 25 mm ou mais, tam-bém 30 mm ou mais, e um método de produção do mesmo.

A presente invenção reduz os teores de C e de Al e inclui umaquantidade adequada de Ti para promover transformação intragranular etambém adiciona uma quantidade adequada de Mn para aumentar a capaci-dade de endurecimento, controla o parâmetro capacidade de endurecimentodo carbono equivalente Ceq e o parâmetro capacidade de soldagem do pa-râmetro susceptibilidade a fratura Pcm para faixas ótimas, torna o materialbase e a HAZ uma estrutura metálica fina compreendida de bainita mesmose se limitar o teor de Mo, e utiliza a bainita intragranular formada usandoóxidos de Ti como núcleo para melhorar a tenacidade a baixa temperaturada HAZ pelo aumento da finura do tamanho de grão de cristal efetivo paraassim obter tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto capaz deser aumentado em espessura e tem como sua essência o seguinte:

(1) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto su-perior em tenacidade a baixa temperatura compreendendo tubo de aço obti-do por soldagem com costura de um material base chapa de aço conforma-do em forma de tubo , onde o mencionado material base chapa de aço temuma composição de ingredientes contendo, em % em massa, C: 0,030% a0,080%, Si: 0,01 a 0,50%, Mn: 0,50 a 2.00%, S: 0,0001 a 0,0050%, Ti: 0,003a 0,030%, e O: 0,0001 a 0,0080%, limitando-se P a 0,050% ou menos, Al a0,020% ou menos, e Mo a menos de 0,10%, e tendo um saldo de ferro e asinevitáveis impurezas, um Ceq encontrado da fórmula 1 a seguir de 0,40 a0,56, o Pcm encontrado pela fórmula 2 a seguir é 0,16 a 0,21, a estruturametálica do mencionado material base chapa de aço é compreendida deuma razão de área de 30% ou menos de ferrita poligonale uma razão de á-rea de 70% ou mais de bainita, um tamanho efetivo de grão de cristal de 20μιτι ou menos, e um tamanho efetivo de grão de cristal da zona afetada pelocalor da solda de 150 μηι ou menos:

Ceq = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 fórmula 1

Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B fórmula 2

onde C, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Μ, V e B são os teores (% em mas-sa) dos elementos individuais.

(2) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto su-perior em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado no item (1)acima, caracterizado pelo fato de que a espessura do material base chapade aço é de 25 a 40 Mm.

(3) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto su-perior em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado no item (1)ou (2) acima, caracterizado pelo fato de que a resistência à tração do men-cionado material base chapa de aço usando-se a direção circunferencial domencionado tubo de aço na direção da tração é de 600 a 800 MPa.

(4) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto su-perior em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado em qual-quer um dos itens (1) a (3) acima, caracterizado pelo fato de que o mencio-nado material base chapa de aço também contém, em % em massa, um ouambos entre Cu: 0,05 a 1,00% e Ni: 0,05 a 1,00%.

(5) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto su-perior em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado em qual-quer um dos itens (1) a (4) acima, caracterizado pelo fato de que o mencio-nado material base chapa de aço também contém, em % em massa, um oumais entre Cr: 0,02 a 1,50%, V: 0,010 a 0,100%, Nb: 0001 a 0,200%, Zr:0,0001 a 0,500%, e Ta: 0,001 a 0,0500%.

(6) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto con-forme apresentado em qualquer um dos itens (1) a (5) acima, caracterizadopelo fato de que o mencionado material base chapa de aço também contém,em % em massa, um ou mais entre Mg: 0,0001 a 0,0100%, Ca: 0,0001 a0,0050%, REM: 0,0001 a 0,0050%, Y: 0,0001 a 0,0050%, Hf: 0,0001 a0,0050%, Re: 0,0001 a 0,0050% e W: 0,01 a 0,50%.

(7) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto su-perior em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado em qual-quer um dos itens (1) a (6) acima, caracterizado pelo fato de que o mencio-nado material base chapa de aço também contém, em % em massa, C:0,010 a 0,100%, Si: 0,01 a 0,50%, Mn: 1,0 a 2,0%, Al: 0,001% a 0,100%, Ti:0,003 a 0,050%,e O: 0,0001 a 0,0500%, limita o P a 0,010% ou menos e S a0,010% ou menos, e tem um saldo de ferro e as inevitáveis impurezas.

(8) Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto su-perior em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado no item (7)acima caracterizado pelo fato de que a mencionada solda metálica tambémcontém, em % em massa, um ou ambos entre Ni: 0,2 a 3,2% e Cr+Mo+V:0,2a 2,5%.

(9) Um método de produção de tubo de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura carac-terizado pela produção do aço durante a qual se adiciona Si e Mn para de-soxidação leve, e então adicionando-se Ti para ajustar os ingredientes àque-le descritos em qualquer um dos itens (1) e (4) a (6), lingotando-se o aço,laminando-se a quente a placa de aço obtida, e também conformando achapa de aço obtida em forma de um tubo e soldando-se com costura aspartes adjacentes.

(10) Um método de produção de tubo de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura con-forme apresentado no item (9) acima caracterizado pelo aquecimento damencionada placa de aço até 1000°C ou mais, laminando-se a mesma aquente a uma razão de redução na laminação em uma região de temperatu-ra de não-recristalização de 2,5 ou mais, e interrompendo-se o resfriamentoa água a 600°C ou menos.

(11) Um método de produção de tubo de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura con-forme apresentado no item (9) ou (10) acima caracterizado pela conforma-ção da mencionada chapa de aço em forma de um tubo por um processoUO1 soldando as partes adjacentes a partir das superfícies interna e externapor soldagem a arco submerso usando cordão de soldagem em um fluxotipo aglomerado ou tipo fundido, e então expandindo o tubo.

(12) Um método de produção de tubo de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura con-forme apresentado no item (11) acima caracterizado pelo fato de que a en-trada de calor da mencionada soldagem a arco submerso é de 0,96 a 2,40kCal/mm (4,0 a 10,0 kJ/mm).

(13) Um método de produção de tubo de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura con-forme apresentado em qualquer um dos itens (9) a (12) acima caracterizadopelo tratamento térmico da zona de soldagem com costura.

(14) Um método de produção de tubo de aço soldado de altaresistência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura con-forme apresentado no item (13) acima caracterizado pelo fato de que a zonade soldagem com costura é tratada termicamente na faixa de 300 a 500°C.

De acordo com apresente invenção, podem ser fornecidos umtubo de aço soldado barato, de alta resistência, para oleoduto, superior emtenacidade a baixa temperatura permitindo que a tenacidade a baixa tempe-ratura da HAZ do tubo de aço para oleoduto seja garantida mesmo se o con-tato como Mo for diminuído e o método de produção do mesmo. Além disso,de acordo com a presente invenção, a tenacidade a baixa temperatura dotubo de aço soldado espesso de alta resistência para oleoduto tendo umaespessura de 25 mm ou mais e, também, 30 mm ou mais, pode ser garanti-da. A contribuição para a indústria é notável.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista esquemática de uma HAZ reaquecida.

A CONFIGURAÇÃO MAIS PREFERIDA

A presente invenção é um tubo de aço soldado feito de um ma-terial de aço reduzindo o teor de C e fazendo-se a estrutura metálica umaestrutura transformada a baixa temperatura compreendida principalmente debainita para melhorar a tenacidade na qual ao invés delimitar o teor de Mo, oparâmetro de capacidade de endurecimento Ceq e o parâmetro de capaci-dade de soldagem Pcm são mantidos em faixas ótimas e também no qual oMn é adicionado para aumentar a capacidade de endurecimento, o Al é re-duzido, e bainita intragranular é utilizada em particular para fazer o tamanhoefetivo de grão da HAZ mais fino e melhorar a tenacidade a baixa temperatu-ra. Isto é, a presente invenção tem como sua maior característica a reduçãoda quantidade de Al, o controle da quantidade de oxigênio e a adição deuma quantidade adequada de Ti para dispersar inclusões finas extremamen-te eficazes como núcleos para transformação intragranular, e a utilizaçãodesses como núcleos para transformação intragranular para fazer o tamanhoefetivo de grão do material base chapa de aço mais fino. Note que, abaixo, omaterial base chapa de aço será também referido simplesmente como "cha-pa de aço" e o tubo de aço soldado será também referido simplesmente co-mo "tubo de aço".

A bainita intragranular da HAZ é obtida pela transformação daferrita intragranular formada pela transformação intragranular a uma altatemperatura usando as acima mencionadas inclusões finas como núcleos nomomento do resfriamento. Portanto, tornar o parâmetro de capacidade deendurecimento Ceq e o parâmetro de capacidade de soldagem Pcm ficaremnas faixas ótimas é extremamente eficaz para formar a bainita intragranularna HAZ do tubo de aço limitando a quantidade de adição de Mo tal como napresente invenção. Devido à formação desta bainita intragranular, a tenaci-dade a baixa temperatura da HAZ é notavelmente melhorada. Além disso, abainita intragranular também pode contribuir para a supressão do amoleci-mento da HAZ.

Acredita-se que o mecanismo de formação da bainita intragranu-lar seja como segue: óxidos tipo cátion podem manter grandes números deíons de Mn. Além disso, o MnS se precipita facilmente como um compostoem óxidos. Por esta razão, uma camada desgastada de Mn é formada emtorno dos óxidos e sulfetos. Essa camada desgastada de Mn age como nú-cleo para transformação quando se aquece o aço até uma alta temperaturaonde a estrutura metálica se torna uma fase austenita e então se resfria omesmo. Geralmente, é formada ferrita intragranular em forma de pétalas.Esta ferrita intragranular tem um grande grau de super-resfriamento quandoa velocidade de resfriamento é rápida ou a capacidade de endurecimento éalta. No momento do resfriamento, ela se transforma em bainita para se tor-nar bainita intragranular.

Um óxido tipo DE cátion típico é um óxido fino principalmentecompreendido de Ti. Bainita intragranular do tipo acicular é formada usando-se este como núcleo. Além disso, sulfetos finos compreendidos principal-mente de Mn se coprecipitam como óxidos finos compreendidos principal-mente de Ti. Note que, dependendo da composição de ingredientes do aço,algumas vezes os óxidos incluem um ou mais entre Al, Si, Mn, Cr, Mg e Ca eos sukfetos incluem um ou mais entre Ca, Cu e Mg. O tamanho das inclu-sões que formam o núcleo da bainita intragranular pode ser medido por ummicroscópio do tipo de transmissão de elétrons (TEM). Uma faixa de tama-nho de 0,01 8 5μΐτιέ preferível.

Quando uma grande quantidade de bainita intragranular se for-ma na HAZ, a mistura de martensita e austenita (constituinte Martensita-Austenita, chamado "MA") que forma os pontos de partida da fratura tornam-se mais finos e a tenacidade a baixa temperatura é grandemente melhorada.Se se mantiver a quantidade de C em 0,05% ou menos e fazendo-se as in-clusões finas se dispersarem, é formada bainita intragranular, a estruturaintragranular se torna mais fina, e a unidade de fratura Charpy, isto é, o ta-manho efetivo de grão, também se torna menor. Além disso, bainita intra-granular é mais dura que ferrita intragranular, então a formação de bainitaintragranular pode suprimir o amolecimento a HAZ.

Na HAZ da parte central da espessura do tubo de aço soldadode alta resistência (próximo da parte da 1/2 da espessura, chamada a "parteV2), como mostrado esquematicamente na figura 1, o MA bruto presente aolongo dos limites dos grãos da austenita anterior da HAZ reaquecida tornam-se pontos de partida de fraturas e algumas vezes deterioram a tenacidade. A"HAZ reaquecida" é a porção do metal da solda e a HAZ próxima da linha desoldagem na soldagem precedente sendo reaquecida pela soldagem subse-quente. Geralmente, a HAZ1 embora diferindo um pouco devido à entrada decalor no momento da soldagem, é a porção dentro de 10 mm da linha desoldagem. Por exemplo, quando se fornecem bocais em posições a 1 mm ou2 mm da linha de soldagem, a energia de absorção Charpy a -40°C algumasvezes torna-se menor que 50J.

Os inventores se engajaram em uma pesquisa intensiva paraobter a tenacidade à baixa temperatura do material base chapa de aço e daHAZ do tubo de aço soldado e como resultado descobriram o seguinte: Prin-cipalmente óxidos finos de Ti, óxidos compostos, e sulfetos compostos sãoeficazes para a formação de bainita intragranular da HAZ e, também, sãoeficazes para aumentar a finura do tamanho efetivo de grão do material ba-se. Devido a isso, o tamanho efetivo de grão da HAZ pode ser feito 150 μιηou menos e o tamanho efetivo de grão do material base chapa de aço podeser feito 20 μηι ou menos.

Além disso, quando se limita o teor de Mo para menos de0,10%, fazendo-se o parâmetro de capacidade de endurecimento do carbo-no equivalente Ceq 0,30 a 0,53 e fazendo-se o parâmetro capacidade desoldagem do parâmetro de susceptibilidade à fratura Pcm 0,10 a 0,20, a ra-zão de área da ferrita poligonal do material base chapa de aço torna-se 30%ou menos, a razão de área da bainita torna-se 70% ou mais, e a estruturaintragranular transformada da HAZ torna-se bainita intragranular. Devido aisso, o limite de resistência à tração da junta soldada com costura torna-se600 MPa ou mais.

Em particular, se a espessura se tornar 25 mm ou mais e, tam-bém, 30 mm ou mais, a tenacidade da parte 1/2 do material base chapa deaço algumas vezes cai, mas devido aos óxidos finos principalmente de Ti,óxidos compostos, e sulfetos compostos, o material base chapa de aço podeser tornado mais fino em tamanho eficaz de grão. A razão é considerada sercomo segue: inicialmente quando a laminação na região de temperatura denão-recristalização é garantida, a transformação a partir dos limites dosgrãos é promovida, então a transformação intragranular a partir dos óxidos,óxidos compostos e sulfetos compostos torna-se difícil. Acredita-se que istoseja porque se se garantir aos resultados da laminação em um menor tama-nho efetivo de grão, comparado com a transformação intragranular, a veloci-dade de crescimento da bainita formada a partir dos núcleos nos limites dosgrãos torna-se muito grande. Isto é, acredita-se que antes da transformaçãointragranular, a transformação dos limites dos grãos acaba sendo completada.

Por outro lado, quando a razão de redução da laminação na re-gião de temperatura de não-recristalização não é suficiente, o tamanho degrão efetivo torna-se mais bruto em particular na parte central da espessurada chapa, então o crescimento da bainita formada nos limites dos grãostambém torna-se mais lento. Por esta razão, acredita-se que o tamanho efe-tivo de grão torna-se mais fino devido à transformação intragranular a partirprincipalmente de óxidos de Ti, óxidos compostos, e sulfetos compostos.Além disso, acredita-se que os óxidos finos agem como partículas de fixaçãoe suprimem o crescimento de grãos de cristal o que é também eficaz paraaumentar a finura do tamanho efetivo de grão do material base chapa deaço.

De acordo com a presente invenção, em particular mesmo se aespessura for 25 mm ou mais, o tamanho efetivo de grão do material basechapa de aço pode ser feito 20 μιτι ou menos. Além disso, fazendo-se a ra-zão de área da ferrita poligonal 30% ou menos e fazendo-se a razão de áreade bainita 70% ou mais, a energia de absorção Charpy a -40°C de um corpode prova tirado próximo à superfície, isto é, uma posição a cerca de 2 a 12mm da superfície do material de aço, torna-se 200 J ou mais. A energia deabsorção Charpy quando tomada da parte 1/2t, isto é, substancialmente ocentro da espessura, pode ser feita 100 J ou mais.

Na presente invenção, o controle da quantidade de oxigênio noprocesso de fabricação do aço é extremamente importante para formar prin-cipalmente óxidos finos de Ti, óxidos compostos, e sulfetos compostos. Emparticular, quando se ajusta a composição dos ingredientes do aço, é neces-sário adicionar-se Si e Mn de forma que os teores se tornem as faixas acimamencionadas para desoxidação fraca, e então adicionar Ti. A concentraçãode oxigênio quando se adiciona Ti é preferivelmente 0,001 a 0,003. Devido aisso, é possível dispersar-se óxidos de Ti, especificamente TÍ2O3, comumtamanho de grão de 0,01 a 10 μΐη e um número por 1 μιτι2 de área de1000/mm2. Devido a isso, a formação da transformação intragranular é pro-movida e o material base chapa de aço e a HAZ do tubo de aço soldado tor-na-se mais fino em tamanho efetivo de grão.

Quando se ajusta a composição de ingredientes por tal processode produção de aço e laminação a quente da placa de aço lingotada, fazen-do-se a razão de redução da laminação de 900°C até o final da laminação2,5 ou mais, preferivelmente 3,0 ou mais, é possível fazer o tamanho efetivode grão do cristal do material base chapa de aço 20 μιτι ou menos.

O tamanho efetivo de grão é o valor obtido usando-se EBSP pa-ra converter uma área circundada por limites tendo uma diferença de orien-tação de cristal de 15° ou mais para o diâmetro do círculo equivalente. Alémdisso, "ferrita poligonal" é observada como estruturas em forma de massabranca não incluindo cementita bruta, MA, ou outros precipitados brutos nosgrãos na estrutura do microscópio ótico. Na estrutura do microscópio óticodo material base chapa de aço, martensita, austenita residual, e MA são al-gumas vezes incluídas como o saldo de ferrita poligonal e bainita.

Na presente invenção, bainita é definida como uma estruturaonde carbonetos se precipitam entre as lâminas ou massas de ferrita ou on-de carbonetos se precipitam nas lâminas. Além disso, martensita é uma es-trutura onde carbonetos não se precipitam entre as lâminas ou nas lâminas.A austenita residual é a austenita formada a uma alta temperatura que per-manece no material base chapa de aço ou no tubo de aço soldado.

Além disso, devido ao tratamento térmico da zona de soldagem,o MA bruto formado ao longo dos limites dos grãos da austenita anterior daHAZ se decompõe em cementita fina, então a tenacidade a baixa temperatu-ra é melhorada. Devido a isso, a parte associada da parte 1/2t ou a parteassociada +1 mm a uma baixa temperatura é melhorada em tenacidade. Porexemplo, se aquecermos a zona de soldagem até 300 a 500°C de tempera-tura, a energia de absorção Charpy com entalhe em V na temperatura baixade -40°C pode ser feita 50J ou mais. Portanto, quando usado em uma tem-peratura extremamente baixa de -40°C ou menos, é preferível tratar tambémtermicamente a estrutura que forma bainita intragranular e obter uma estru-tura mista de bainita intragranular e cementita.

As razões para limitação do material base chapa de aço da pre-sente invenção serão explicadas abaixo. Note que a HAZ é a zona afetadapelo calor que não se funde no momento da soldagem, então os ingredien-tes da HAZ são os mesmos como de material base.

C: C é um elemento que aumenta a resistência do aço, mas, napresente invenção, o teor de C é limitado para se obter uma estrutura metá-lica compreendida principalmente de bainita e alcançar tanto alta resistênciaquanto alta tenacidade. Se a quantidade de C for menor que 0,030%, a re-sistência é insuficiente. Se acima de 0,080%, a tenacidade cai. Por esta ra-zão, na presente invenção, a quantidade ótima de C é feita na faixa de 0,030a 0,080%.

Si: Si é um elemento desoxidante importante na presente inven-ção. Para se obter esse efeito, é necessária a inclusão de 0,01% ou mais deSi no aço. Por outro lado, se o teor de Si estiver acima de 0,50%, a tenaci-dade da HAZ cai, então o limite superior é feito 0,50%.

Mn: Mn é um elemento usado como agente desoxidante, é ne-cessário para garantir a resistência e a tenacidade do material base chapade aço e, além disso, forma MnS e outros sulfetos eficazes como núcleospara transformação intragranular. É extremamente importante na presenteinvenção. Para obter esses efeitos, é necessário incluir 0,50% de Mn, masse o teor de Mn exceder 2,00%, a tenacidade da HAZ é prejudicada. Portan-to, a faixa de teores do Mn é feita 0,50 a 2,00%. Note que Mn é um elementobarato, então para garantir a capacidade de endurecimento, é incluído prefe-rivelmente em 1,00% ou mais. O limite inferior ótimo é de 1,50% ou mais.

Ρ: P é uma impureza e diminui notavelmente a tenacidade domaterial base chapa de aço se incluído acima de 0,050%. Portanto, o limitesuperior do teor de P foi feito 0,050%. Para aumentar a tenacidade da HAZ1o teor de P é preferivelmente feito 0,010% ou menos.S: S, na presente invenção, é um elemento importante para for-mar MnS e outros sulfetos eficazes como núcleos da transformação intra-granular. Se o teor de S se tornar menor que 0,0001%, a quantidade de for-mação de sulfetos cai e a transformação intragranular notavelmente não o-corre, então ele tem que ser feito 0,0001% ou mais. Por outro lado, se o ma-terial base chapa de aço contiver S acima de 0,0050%, sulfetos brutos sãoformados e a tenacidade é reduzida, então o limite superior da quantidadede S é feito 0,0050% ou menos. Para aumentar a tenacidade da HAZ, o limi-te superior da quantidade de S é preferivelmente feito 0,0030% ou menos.

Al: Al é um agente desoxidante, mas na presente invenção, parafazer os óxidos de Ti finamente dispersos, é extremamente importante fazero limite superior da quantidade de Al 0,020% ou menos. Também para pro-mover a transformação intragranular, a quantidade de Al é preferivelmentefeita 0,010% ou menos. Além disso, o limite superior preferível é 0,008% oumenos.

Ti: Ti, na presente invenção, é um elemento extremamente im-portante para produzir óxidos de Ti que agem efetivamente como núcleospara transformação intragranular, finalmente dispersos. Entretanto, se inclu-irmos Ti em excesso, são formados carbonitretos e a tenacidade deteriora.Portanto, na presente invenção, o teor de Ti tem que ser feito 0,003 a0,030%. Além disso, o Ti é um agente desoxidante poderoso, então se aquantidade de oxigênio quando se adiciona Ti for muito grande, são forma-dos óxidos brutos. Por esta razão, quando se produz o aço, é necessáriodesoxidar o aço previamente com Si e Mn e reduzir a quantidade de oxigê-nio. Se os óxidos de Ti se tornarem mais brutos, a transformação intragranu-lar se torna difícil e o efeito de agregação dos limites dos grãos torna-se me-nor, então o tamanho efetivo de grão do material base chapa de aço e daHAZ do tubo de aço soldado algumas vezes tornam-se mais brutos.

Mo: Mo é um elemento útil para aumentar a capacidade de en-durecimento para promover a formação de bainita intragranular na HAZ e,também, formar carbonitretos para aumentar a resistência, mas a adição de0,10% ou mais resulta em custos aumentados de liga. Portanto, na presenteinvenção, o teor do elemento caro Mo e restrito a menos de 0,10%. O tubode aço soldado da presente invenção controla o parâmetro de capacidadede endurecimento do carbono equivalente Ceq e o parâmetro de capacidadede soldagem do parâmetro de susceptibilidade à fratura Pcm para faixas ó-timas de forma que a capacidade de endurecimento possa ser alcançadamesmo reduzindo-se o teor de Mo.

O: Oxigênio é um elemento inevitavelmente incluído no aço, masna presente invenção, para formar óxidos contendo Ti, a quantidade de Otem que ser limitada. A quantidade do oxigênio remanescente no aço duran-te o lingotamentol isto é, a quantidade de O no material base chapa de aço,tem que ser feita 0,0001 a 0,0080%. Isto é porque se a quantidade de O formenor que 0,0001%, o número de partículas de oxido não é suficiente, en-quanto se acima de 0,0080%, o número de partículas de óxido bruto torna-se maior e a tenacidade do material base e da HAZ deteriora. Além disso, seo aumento da quantidade de oxigênio resulta no embrutecimento dos óxidosprincipalmente de Ti, o material base chapa de aço e a HAZ do tubo de açosoldado tornam-se mais brutos quanto ao tamanho efetivo de grão.

Além disso, como elemento que melhora a resistência e a tena-cidade, é também possível adicionar um ou mais elementos entre Cu, Ni, Cr,V, Nb, Zr e Ta. Além disso, quando os teores desses elementos são meno-res que os limites inferiores preferíveis, não há nenhum efeito prejudicial par-ticular, então esses elementos podem ser considerados como impurezas.

Cu e Ni: Cu e Ni são elementos eficazes para aumentar a resis-tência sem diminuir a tenacidade. Para obter aquele efeito, os limites inferio-res da quantidade de Cu e da quantidade de Ni são preferivelmente feitos0,05% ou mais. Por outro lado, o limite superior da quantidade de Cu é pre-ferivelmente 1,00% para suprimir a formação de fraturas no momento do a-quecimento e soldagem da placa de aço. O limite superior da quantidade deNi é preferivelmente 1,00% uma vez que sua inclusão em excesso prejudicaa capacidade de soldagem. Note que Cu e Ni são preferivelmente incluídoscomo um composto para suprimir a formação de defeitos de superfície.

Cr, V, Nb, Zr e Ta: Cr, V, Nb, Zr e Ta são elementos que formamcarbonetos e nitretos e aumentam a resistência do aço por fortalecimentopor precipitação. Um ou mais podem ser incluídos. Para aumentar efetiva-mente a resistência, o limite inferior da quantidade de Cr é 0,02%, o limiteinferior da quantidade de V é 0,010%, o limite inferior da quantidade de Nb é0,001% e os limites inferiores da quantidade de Zr e da quantidade de Tasão ambos 0,0001%. Por outro lado, se adicionarmos Cr excessivamente,devido ao aumento da capacidade de endurecimento, a resistência aumentae a tenacidade algumas vezes se deteriora, então o limite superior da quan-tidade de Cr é preferivelmente feita 1,50%. Além disso, se se adicionar ex-cessivamente V, Nb, Zr e Ta , os carbonetos e nitretos se tornam mais bru-tos e a tenacidade é algumas vezes prejudicada, então o limite superior daquantidade de V é preferivelmente feito 0,100%, o limite superior da quanti-dade de Nb é preferivelmente feito 0,200%, e os limites superiores das quan-tidades de Zr e Ta são ambos preferivelmente feitos 0,0500%.

Além disso, para controlar a forma das inclusões e melhorar atenacidade, é possível adicionar um ou mais elementos entre Mg, Ca, REM,Y, Hf, Re e W. Além disso, se os teores desses elementos forem menoresque os limites inferiores preferíveis, não há efeito prejudicial particular, entãoesses elementos podem ser considerados como impurezas.

Mg: Mg é um elemento eficaz para aumentar a finura de óxidos econtrolar a formados sulfetos. Em particular, para obter o efeito dos óxidosfinos de Mg agindo como núcleos para transformação intragranular e, tam-bém, suprimir o embrutecimento do tamanho de grão como partículas deagregação, a adição de 0,0001% ou mais é preferível. Por outro lado, se a-dicionarmos uma quantidade de Mg acima de 0,0100%, óxidos brutos sãoformados e a tenacidade do material base chapa de aço e da HAZ do tubode aço soldado é algumas vezes diminuída, então o limite superior da quan-tidade de Mg é preferivelmente feito 0,0100%.

Ca e REM: Ca e REM são elementos úteis para controlar a for-ma dos sulfetos e formar grânulos para suprimir a formação de MnS alonga-do na direção da laminação e melhorar as características do material basechapa de aço na direção da espessura da chapa, em particular, a resistênciaao rompimento lamelar. Para obter esse efeito, os limites inferiores da quan-tidade de Ca e da quantidade de REM são, ambos, preferivelmente feitos0,0001% ou mais. Por outro lado, se os limites superiores da quantidade deCa e da quantidade de REM forem acima de 0,0050%, os óxidos aumentam,óxidos contendo T fino são reduzidos, e a transformação intragranular é al-gumas vezes inibida, então 0,0050% ou menos é preferível.

Y, Hf, Re e W: Y, Hf, Re e W são elementos que têm efeito simi-lares ao Ca e aos REM. Se excessivamente adicionados, a transformaçãointragranular é algumas vezes inibida. Por esta razão, as faixas preferíveisda quantidade de Y, da quantidade de Hf, e da quantidade de Re são res-pectivamente 0,0001 a 0,0050% e a faixa preferível da quantidade de W é0,01 a 0,50%.

Além disso, na presente invenção, para alcançar a capacidadede endurecimento do material base chapa de aço e da HAZ do tubo de açosoldado, fazer a razão de área de bainita do material base chapa de aço80% ou mais, e formar bainita intragranular na HAZ, o carbono equivalenteCeq da fórmula 1 a seguir calculado a partir dos teores (% em massa) de C,Mn, Ni, Cu, Cr, Mo e V é feito 0,40 a 0,53.

C e q = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 fórmula 1

Além disso, para melhorar a tenacidade a baixa temperatura domaterial base e da HAZ, o parâmetro de susceptibilidade a fraturas Pcm dafórmula 2 a seguir calculado a partir dos teores (% em massa) de C, Si, Mn,Cu, Cr, Ni, Mo, V e B é feito 0,16 a 0,21.

Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B fórmula 2

Note que os elementos incluídos seletamente Ni, Cu, Cr e V sãoimpurezas quando em teores menores que os limites inferiores preferidosmencionados acima, então são introduzidos como "0" nas fórmulas 1 e 2acima.

Se a estrutura metálica do material base chapa de aço usadopara o tubo de aço soldado tem uma razão de área de bainita de 70% oumais e uma razão de área de ferrita poligonal de 30% ou menos, o equilíbriode resistência e tenacidade torna-se bom. Além disso, se a formação de óxi-dos principalmente de Ti resulta no tamanho efetivo de grão sendo feito 20μιη ou menos, o material base chapa de aço torna-se bom em tenacidade.Note que a ferrita poligonal é também eficaz para tornar o material basechapa de aço mais fino em tamanho efetivo de grão. Uma razão de área de3% ou mais é preferível. Além disso, a espessura do material base chapa deaço é preferivelmente 25 mm ou mais e o limite de resistência à tração nadireção correspondente à direção circunferencial do tubo de aço é preferi-velmente 600 MPa ou mais. Isto é para evitar fraturas devido à pressão in-terna no momento de seu uso como tubo para oleoduto. Note que, quandose aumenta a pressão interna, é necessário que a espessura do materialbase chapa de aço seja preferivelmente feita 30 mm ou mais. Por outro lado,a espessura do material base chapa de aço é preferivelmente 40 mm oumenos e o limite de resistência à tração na direção correspondente à direçãocircunferencial do tubo de aço é preferivelmente 800 MPa ou menos. Isto éporque devido ao aumento da espessura e ao aumento no limite de resistên-cia à tração, a carga quando se forma o material base chapa de aço peloprocesso UO aumenta. Note que, geralmente, a "direção correspondente àdireção circunferencial do tubo de aço" é a direção da largura da chapa domaterial base chapa de aço.

A seguir, será explicado o método de produção.Após produzir o aço pelo processo de produção de aço acimamencionado ele é Iingotado até uma placa de aço, o Iingotamento pode serexecutado pelo método comum, mas do ponto de vista da produtividade, olingotamento contínuo é preferível. A placa de aço é aquecida para Iamina-ção a quente.

A temperatura de aquecimento da laminação a quente é feita1000°C ou mais. Isto é para executar a laminação a quente a uma tempera-tura onde a estrutura do aço se torna uma fase única austenita, isto é, a re-gião austenita, e para tornar o material base chapa de aço mais fino quantoao tamanho do grão de cristal. O limite superior não é definido, mas parasuprimir o embrutecimento do tamanho efetivo do grão de cristal, fazer atemperatura de reaquecimento 1250°C ou menos é preferível.A laminação a quente pode ser iniciada imediatamente após aextração do forno de aquecimento, então a temperatura de partida da lami-nação a quente não é particularmente definida. Para tornar o tamanho efeti-vo de grão de cristal do material base chapa de aço mais fino, a razão delaminação na região de recristalização acima de 900°C é preferivelmentefeita 2,0 ou mais. A razão de laminação na região de recristalização é a ra-zão da espessura da placa de aço para a espessura da chapa a 900°C.

A seguir, fazendo-se a razão da redução da laminação na regiãode não-recristalização a 900°C ou menos 2,0 ou mais, após o resfriamento aágua, o tamanho efetivo de grão do material base chapa de aço torna-se 20μΐη ou menos. Para fazer o tamanho efetivo do grão de cristal do materialbase chapa de aço mais fino, é preferível tornar a razão de redução da lami-nação na região de não-recristalização a 900°C ou menos 3,0 ou mais. Noteque, na presente invenção, a "razão de redução da laminação na região delaminação de não-recristalização" significa a razão da espessura da chapa a900°C dividida pela espessura da chapa após o término da laminação. Alémdisso, os limites superiores das razões de redução da laminação na regiãode não-recristalização e na região de recristalização não são definidas, masse considerarmos que a espessura da placa de aço antes da laminação e aespessura do material base chapa de aço após a laminação, os limites sãogeralmente 12,0 ou menos.

A temperatura final de laminação é preferivelmente a temperatu-ra onde a estrutura do material base chapa de aço se torna a fase única aus-tenita ou mais durante a laminação a quente. Isto é, a temperatura final dalaminação é preferivelmente feita a Ar3 ou mais,mas tudo bem se uma pe-quena quantidade de ferrita poligonal for formada durante a laminação, en-tão a temperatura pode ser Ar3-50°C ou mais. Ac3 e Ar3 podem ser calcula-das pelos teores (% em massa) de C, Si, Mn, P, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Al, V eTi.

Ac3 = 910-203VC-15,2Ni+44,7Si+104V+31,5Mo+13,1W-30Mn-11Cr-20Cu+700P+400AI+ 400TÍ

Ar3 = 910-310C-55Ni-80Mo-80Mn-15Cr-20CuAlém disso, após o término da laminação, a chapa é resfriada aágua. Se a temperatura de parada do resfriamento for feita 600°C ou menos,a estrutura metálica acima mencionada é obtida e o material base chapa deaço torna-se excelente em tenacidade. O limite inferior da temperatura deparada de resfriamento não é definido. O resfriamento a água pode ser exe-cutado até a temperatura ambiente, mas considerando-se a produtividade eos defeitos do oxigênio, 150°C ou mais é preferível.

Quando se conforma o material base chapa de aço em forma deum tubo, e então solda-se com soldagem a arco para se obter o tubo de açosoldado, a chapa de aço é preferivelmente conformada pelo processo UOEusando-se uma prensa C, uma prensa U e uma prensa O.

Para a soldagem a arco, do ponto de vista da tenacidade do me-tal da solda e da produtividade, é preferível empregar soldagem a arco sub-merso. Em particular, quando se produz tubo de aço soldado tendo uma es-pessura de 25 a 40 mm, é preferível fazer a entrada de calor da soldagem aarco submerso a partir das superfícies interna e externa 0,96 a 2,40kCal/mm (4,0 a 10,0 kJ/mm). Se nessa faixa de entrada de calor no tubosoldado da presente invenção que tem a composição de ingredientes acimamencionada, a bainita intragranular se forma na HAZ, o tamanho efetivo degrão na HAZ se torna 150 μηι ou menos, e uma tenacidade superior a baixatemperatura é obtida.

Em particular, isto é porque quando se executa a soldagem aarco submerso passo a passo a partir das superfícies interna e externa, fa-zendo-se a entrada de calor menor que 0,96 kCal/mm (4,0 kJ/mm), o metalda solda da soldagem descontínua executada antes da soldagem principalalgumas vezes permanece entre a superfície interna do metal e a superfícieexterna do metal. Além disso, se se fizer a entrada de calor da soldagem aarco submerso 2,40 kCal/mm (10,0 kj/mm) ou menos, mesmo com tubo deaço de uma espessura de 25 a 40 mm, o tamanho de grão da austenita an-terior da HAZ pode ser feita 500 μηι ou menos. Isto é eficaz para aumentar atenacidade. Note que, a entrada de calor quando se solda da superfície in-terna e a entrada de calor quando se solda da superfície externa não temque ser feita nas mesmas condições. Alguma diferença na entrada de caloré também possível.

Se fizer as entradas de calor da soldagem a arco submerso dasuperfície interna e externa 0,96 kCal/mm a 2,40 kCal/mm (4,0 a 10,0)kJ/mm, quando a espessura do tubo de aço soldado for 25 mm a 40 mm, avelocidade de resfriamento de 800°C a 500°C no momento do resfriamentoda HAZ se torna 2 a 15°C/s. Mesmo com uma velocidade de resfriamentomais lenta que a comum, no tubo de aço soldado da presente invenção quetem a composição de ingredientes acima mencionada, a bainita intragranularse forma na HAZ, a HAZ se torna 150 μιη ou menos em tamanho efetivo degrão, e uma excelente tenacidade a baixa temperatura é obtida.

Além disso, o cordão usado para a soldagem é preferivelmentefeito dos ingredientes a seguir para fazer a composição de ingredientes dometal da solda a faixa explicada ais tarde considerando a diluição dos ingre-dientes pelo material base chapa de aço. Isto é, é uma composição de in-gredientes contendo, em % em massa, C: 0,010 a 0,120%, Si: 0,05 a 0,50%,Mn: 1,0 a 2,5%, e Ni: 2,0 a 8,5%, também contendo Al: 0,100% ou menos eTi: 0,050% ou menos, e tendo um saldo de Fe e as inevitáveis impurezas. Bpode ser incluído em uma quantidade de 0,0001 a 0,0050%, e um ou maisentre Cr, Mo, e V podem ser incluídos em uma faixa de Cr+Mo+V de 1,0 a5,0%.

Também será explicada a composição de ingredientes do metalda solda.

C é um elemento extremamente eficaz para melhorar a resistên-cia. Inclusão de 0,010% ou mais é preferível Entretanto, se a quantidade deC for muito grande, fraturas na solda a baixa temperatura facilmente ocor-rem. Em particular, algumas vezes a HAZ na assim chamada parte T-trans-versal onde a zona de soldagem local e a soldagem transversal com costuraendurecem e a tenacidade é deteriorada. Por esta razão, fazer-se o limitesuperior da quantidade de C 0,100% é preferível. Para melhorar a tenacida-de do metal da solda, é mais preferível fazer-se o limite superior 0,050% oumenos.O Si é preferivelmente incluído em uma quantidade de 0,01% oumais de modo a evitar o defeito de soldagem de bolhas. Por outro lado, seincluído excessivamente, a tenacidade a baixa temperatura é notavelmentedeteriorada, então o limite superior é preferivelmente feito 0,50% ou menos.

Em particular, quando se executa a soldagem uma pluralidade de vezes,algumas vezes a tenacidade a baixa temperatura do metal da solda reaque-cido deteriora, então o limite superior é mais preferivelmente feito 0,40% oumenos.

Mn é um elemento eficaz para alcançar um equilíbrio superiorentre resistência e tenacidade. Um limite inferior de 1,0% ou mais é preferí-vel. Entretanto, se o Mn for incluído em uma grande quantidade, a segrega-ção é promovida. Não apenas a tenacidade a baixa temperatura é deteriora-da, mas também a produção do cordão de solda usado para a soldagemtorna-se difícil, então o limite superior é preferivelmente feito 2,0% ou me-nos.

PeS são impurezas. Para reduzir a deterioração da tenacidadea baixa temperatura e a susceptibilidade a fraturas a baixa temperatura dometal da solda, os limites superiores desses são preferivelmente feitos0,020% e 0,010% ou menos. Note que, do ponto de vista da tenacidade abaixa temperatura, o limite superior mais preferível de P é 0,010%.

Al é um elemento adicionado para melhorar o refino e a solidifi-cação quando se produz cordão de solda. Para utilizar os óxidos finos à ba-se de Ti para suprimir o embrutecimento do tamanho de grão do metal dasolda, a inclusão de 0,001% ou mais de Al é preferível. Entretanto, o Al é umelemento que promove a formação de MA, então o limite superior preferíveldo seu teor é feito 0,100% ou menos.

Ti é um elemento que forma óxidos finos que agem como nú-cleos para a transformação intragranular e que contribuem para uma finuraaumentada do tamanho de grão do metal da solda. A inclusão de 0,003% oumais é preferível. Por outro lado, se o Ti for incluído em uma grande quanti-dade, um grande número de carbonetos de Ti é formado e a tenacidade abaixa temperatura é deteriorada, então o limite superior é preferivelmentefeito 0,050% ou menos.

O é uma impureza. A quantidade de oxigênio que permanecefinalmente no metal da solda é geralmente 0,0001% ou mais. Entretanto,quando a quantidade de O permanece acima de 0,0500%, o número de óxi-dos brutos aumenta e a tenacidade do metal da solda algumas vezes deteri-ora, então o limite superior é preferivelmente feito 0,0500% ou menos.

O metal da solda também preferivelmente inclui seletivamenteNi, Cr, Mo e V.

Ni é um elemento que aumenta a capacidade de endurecimentoe garante a resistência e, além disso, melhora a tenacidade a baixa tempera-tura. A inclusão de 0,2% ou mais é preferível. Por outro lado, se o teor de Nitorna-se muito grande, algumas vezes são formadas fraturas a alta tempera-tura, então o limite superior foi feito 3,2% ou menos.

Cr, Mo e V são todos elementos que aumentam a capacidade deendurecimento. Para aumentar a resistência do metal da solda, um ou maisdesses elementos pode ser incluído em um total de 0,2% ou mais. Por outrolado, se o total de um ou mais entre Cr, Mo e V exceder 2,5%, a tenacidadea baixa temperatura algumas vezes se deteriora, então o limite superior épreferivelmente feito 2,5% ou menos.

O metal da solda pode também conter B.

B é um elemento que aumenta a capacidade de endurecimentodo metal da solda. Para aumentar a resistência, a inclusão de 0,0001% oumais é preferível. Por outro lado, se o teor de B for maior que 0,0050%, atenacidade é algumas vezes deteriorada, então o limite superior é preferi-velmente feito 0,0050% ou menos.

O meta da solda algumas vezes inclui outros elementos devido àdiluição do material base chapa de aço, por exemplo, Cu, Nb, Zr, Ta, Mg,Ca, REM, Y, Hf, Re, W, etc. adicionados seletivamente ao material base, ealgumas vezes inclui Zr, Nb, Mg, e outros elementos adicionados de acordocom a necessidade para melhorar o refino e a solidificação do cordão dasolda. Essas são impurezas inevitavelmente incluídas.

Para melhorar a ovalidade do tubo de aço após a soldagem comcostura, o tubo pode ser expandido. Quando se aumenta a ovalidade do tu-bo de aço através de sua expansão, a deformação da região plástica é ne-cessária, então a taxa de expansão do tubo tem que ser feita 0,7% ou mais.A taxa de expansão do tubo mostra a diferença do comprimento circunferen-ciai externo do tubo de aço após a expansão e o comprimento circunferenci-al externo do tubo de aço antes da expansão dividido pelo comprimento cir-cunferencial externo do tubo de aço antes da expansão expressa como por-centagem. Se a taxa de expansão do tubo for feita mais de 2%, algumasvezes as deformações plásticas do material base e da zona de soldagemprovocam uma queda na tenacidade. Portanto, a taxa de expansão do tuboé preferivelmente feita 0,7 a 2,0%.

Além disso, a zona de soldagem e a HAZ do tubo de aço sãopreferivelmente tratadas termicamente. Em particular, se aquecermos até300 a 500°C de temperatura, o MA bruto formado ao longo dos limites dosgrãos da austenita anterior se decompõe em bainita e cementita fina e a te-nacidade é melhorada. Se a temperatura de aquecimento for menor que300°C, algumas vezes o MA bruto não é suficientemente decomposto e oefeito de melhoria não é suficiente, então o limite inferior é preferivelmentefeito 300°C ou mais. Por outro lado, aquecendo-se a zona de soldagem atémais de 500°C, formam-se precipitados e a tenacidade do metal da soldaalgumas vezes deteriora, então o limite superior é preferivelmente feito500°C ou menos. Se o MA formado na HAZ reaquecida se decompõe embainita e cementita, em observação por um SEM, a forma é similar ao MA,mas precipitados finos que parecem brancos são incluídos ali e a diferencia-ção do MA torna-se possível.

A zona de soldagem e a HAZ podem ser tratadas termicamentepor aquecimento a partir da superfície externa por um maçarico ou por a-quecimento a alta freqüência. O tubo pode ser imediatamente resfriado apóssua superfície externa atingir a temperatura do tratamento térmico, mas pre-ferivelmente ele é mantido ali por 1 a 600 segundos para promover a de-composição do MA. Entretanto, se considerarmos o custo dos equipamentose a produtividade, o tempo de manutenção é preferivelmente feito 300 se-gundos ou menos.

EXEMPLOS

A seguir, serão explicados exemplos da presente invenção.

Aços tendo os ingredientes químicos da Tabela 1 com as con-centrações de oxigênio no momento da adição de Ti ajustadas para a faixade 0,001 a 0,003% foram produzidos e transformados em placas de aço ten-do os ingredientes químicos da Tabela 1 e espessuras de 240 mm. Essasplacas de aço foram aquecidas até a temperatura de aquecimento mostra-das na Tabela 2 e laminadas a quente até 45 a 160 mm nas regiões de tem-peratura de recristalização de 950°C ou mais. Além disso, as operações delaminação a quente foram executadas até a espessura da chapa mostrada aTabela 2 nas regiões de não-recristalização da faixa de temperatura de880°C a 800°C e pelas razões de redução de laminação mostradas na Tabe-la 2. A temperatura final das operações de laminação a quente foram feitasAr3-50°C ou mais. O resfriamento a água foi iniciado a 750°C e foi interrom-pido a várias temperaturas.

Corpos de prova Charpy com entalhe em V tendo a direção dalargura da chapa como direção longitudinal e tendo entalhes fornecidos emparalelo coma direção da espessura da chapa foram preparados a partir daschapas de aço obtidas com base na JIS Z 2242. As posições de amostra-gem dos corpos de prova Charpy foram feitas partes da camada de superfí-cie, isto é, posições a cerca de 2 a 12 mm das superfícies, e as partes 1/2t,isto é, os centros substanciais da espessura. Os testes Charpy foram execu-tados a -40°C para descobrir a energia de absorção. As propriedades detração foram avaliadas usando-se corpos de prova da norma API. Note quequando se conforma o material base chapa de aço tendo uma espessura dechapa de 25 a 40 mm em um tubo de aço soldado, a pequena extensão doefeito da tensão introduzida pelo processo de conformação na parte centralda espessura da chapa é confirmada pela análise pelo método do elementofinito.

As microestruturas das partes centrais das espessuras das cha-pas dos materiais base chapas de aço foram observadas usando-se um mi-croscópio ótico, as razões de área da ferrita poligonal e bainita foram medi-das, e as estruturas residuais foram confirmadas. Os materiais base chapasde aço foram medidos quanto ao tamanho efetivo de grão de cristal porEBSP.<table>table see original document page 28</column></row><table><table>table see original document page 29</column></row><table>A seguir, considerando a diluição do material base chapas deaço, cordões de solda tendo composições de ingredientes contendo, em %em massa, C: 0,010 a 0,120%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 1,0 a 2,5%, Al: 0,100%ou menos, e Ti: 0,050% ou menos, também contendo, de acordo com a ne-cessidade, Ni: 2,0 a 8,5% e um ou mais entre Cr, Mo, V com Cr+Mo+V: nafaixa de 1,0 a 5,0%, contendo B: 0,0001 a 0,0050%, e tendo saldos de Fe eas inevitáveis impurezas foram usados para a soldagem a arco submersopor entradas de calor de solda de 0,96 a 2,40 kCal/mm (4,0 a 10,0) kJ/mmum passe cada a partir das superfícies interna e externa para preparar juntassoldadas. Além disso, algumas das juntas foram tratadas termicamente àstemperaturas mostradas na Tabela 2. Note que as amostras foram tiradasdos metais de solda e analisada quanto aos ingredientes. A resistência atração dos metais de solda foram medidas com base na JIS Z 3111. Os in-gredientes químicos e as resistências à tração dos metais de solda estãomostrados na Tabela 3.<table>table see original document page 31</column></row><table>Foram retiradas pequenas peças das juntas de soldagem. Ostamanhos efetivos de grãos de suas HAZ's foram medidas por EBSP. Alémdisso, a bainita formada em formas aciculares iniciando a partir das inclu-sões foi definida como a bainita intragranular e medida quanto à razão deárea. Além disso, a energia de absorção Charpy da HAZ foi medida com ba-se na JIS Z 2242 usando-se corpos de prova com entalhe em V a -40°C.Entalhes em V foram fornecidos em posições a 1 mm no lado do materialbase a partir das linhas de soldagem. A medição foi conduzida a -40°C. A-lém disso, a direção da largura vertical ao metal da solda foi feita a direçãolongitudinal do corpo de prova, o metal da solda foi feito o centro substancialda parte paralela, foram tirados corpos de prova conforme a norma API, etestes de tração foram executados para julgar a posição da fratura. Os resul-tados estão mostrados na Tabela 4. A estrutura intragranular transformadada Tabela 4 é a razão de área da bainita intragranular.

Note que alguns dos materiais base chapas de aço foram conforma-dos pelo processo UO, soldados por soldagem a arco submerso, e expandi-dos para se obter tubos de aço que foram investigados quanto a microestru-turas e propriedades mecânicas. Essas foram confirmadas serem equivalen-tes às microestruturas e propriedades mecânicas do material base chapasde aço e da HAZ das juntas.<table>table see original document page 33</column></row><table>As produções nos 1 a 9 são exemplos da invenção. O materialbase chapas de aço tinha tamanho efetivo de grão de 20 μηι ou menos e asHAZ tinham tamanho efetivo de grão de 150 μιτι ou menos. Além disso, osmateriais base e as HAZ tiveram energias de absorção Charpy a -40°C ex-cedendo 50J e boa tenacidade a baixa temperatura. Nesses exemplos dainvenção, as posições de fratura nos testes de tração das juntas foram o ma-terial base chapa de aço, e o amolecimento da HAZ não se tornou um pro-blema. Note que a produção n° 9 é um exemplo onde a temperatura do tra-tamento térmico foi baixa e, comparado com o caso do tratamento térmico auma temperatura preferível, o efeito de melhoria da tenacidade a baixa tem-peratura foi um pouco baixo.

Por outro lado, as produções nos 10, 11, 14 e 15 tiveram ingredi-entes do material base chapas de aço fora da faixa da presente invenção,enquanto as produções nos 12 e 13 tiveram condições de produção fora dafaixa da presente invenção. Esses são exemplos comparativos. Entre esses,a produção n° 10 teve uma grande quantidade de Al e a produção n° 11 teveuma quantidade pequena de Ti, então a bainita intragranular foi reduzida e,além disso, a tenacidade a baixa temperatura da HAZ caiu.

A produção n° 12 é um exemplo onde a razão de redução dalaminação a 900°C ou menos foi pequena, o tamanho efetivo de grão do ma-terial base chapa de aço tornou-se maior, e a tenacidade a baixa temperatu-ra do material base chapa de aço caiu. Além disso, a produção n° 13 é umexemplo de uma alta temperatura de parada de resfriamento, um aumentona razão de área da ferrita poligonal do material base, e uma queda na resis-tência. A produção n° 14 é um exemplo onde o Ceq e a Pcm foram baixos,então a resistência caiu. A produção n° 15 é um exemplo onde o Ceq e aPcm foram altos, então a resistência foi alta e a tenacidade do material basechapa de aço deteriorou. Além disso, a resistência do material base chapade aço foi alta, então a amostra fraturou na HAZ como resultado do teste detração da junta.

Claims (14)

1. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto superi-or em tenacidade a baixa temperatura compreendendo tubo de aço obtidopela soldagem com costura de um material base chapa de aço conformadoem forma de tubo, em queo mencionado material base chapa de aço tem uma composiçãode ingredientes contendo, em % em massa,C: 0,030 a 0,080%,Si: 0,01 a 0,50%,Mn: 0,50 a 2,00%,S: 0,0001 a 0,0050%,Ti: 0,003 a 0,030%, eO: 0,0001 a 0,0080%, limitandoP a 0,050% ou menos,Al a 0,020% ou menos, eMo a menos de 0,10%, e tendoUm saldo de ferro e as inevitáveis impurezas, o Ceq encontradoda fórmula 1 a seguir é 0,40 a 0,53, o Pcm encontrado da fórmula 2 a seguiré 0,16 a 0,21, a estrutura metálica do mencionado material base chapa deaço é compreendida de uma razão de área de 30% ou menos de ferrita poli-gonal e uma razão de área de 70% ou mais de bainita, um tamanho ,efetivode grão é 20 μιτι ou menos e o tamanho efetivo de grão da zona afetada pe-lo calor da solda é 150 μπη ou menos:Ceq = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 fórmula 1Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B fórmula 2em que C, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, VeB são os teores em % emmassa dos elementos individuais.

2. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto superi-or em tenacidade a baixa temperatura de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que a espessura do material base chapa de aço é 25 a 40 mm.

3. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto superiorem tenacidade a baixa temperatura de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que o limite de resistência à tração do menciona-do material base chapa de aço que usa a direção circunferencial do mencio-nado tubo de aço como direção de tração é 600 a 800 Mpa.

4. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto superi-or em tenacidade a baixa temperatura de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o mencionado material ba-se chapa de aço também contém, em % em massa, um ou ambos entreCu: 0,05 a 1,00% eNi: 0,05 a 1.00%

5. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto superi-or em tenacidade a baixa temperatura de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o mencionado material ba-se chapa de aço também contém, em % em massa, um ou mais entreCr: 0,02 a 1,50%,V: 0,010 a 0,100%,Nb: 0,001 a 0,200%,Zr: 0,0001 a 0,0500%, eTa: 0,0001 a 0,0500%

6. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto de a-cordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato deque o mencionado material base chapa de aço também contém, em % emmassa, um ou mais entreMg: 0,0001 a 0,0100%,Ca: 0,0001 a 0,0050%,REM: 0,0001 a 0,0050%,Y: 0,0001 a 0,0050%,Hf: 0,0001 a 0,0050%,Re: 0,0001 a 0,0050%, eW: 0,01 a 0,50%

7. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto superi-or em tenacidade a baixa temperatura de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o mencionado material ba-se chapa de aço também contém, em % em massa,C: 0,010 a 0,100%Si: 0,01 a 0,50%Mn: 1,0 a 2,0%,Al: 0,001 a 0,100%,Ti: 0,003 a 0,050%,O: 0,0001 a 0,0500%, limitandoP a 0,010% ou menos, eS: 0,010% ou menos, e temum saldo de ferro e as inevitáveis impurezas.

8. Tubo de aço soldado de alta resistência para oleoduto superi-or em tenacidade a baixa temperatura de acordo com a reivindicação 7, ca-racterizado pelo fato de que o mencionado metal da solda também contém,em % em massa, um ou ambos entreNi: 0,2 a 3,2% eCr+Mo+V: 0,2 a 2,5%

9. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resistên-cia para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura caracterizadopela produção de aço durante o que adiciona-se Si e Mn para desoxidaçãofraca, e então adiciona-se Ti para ajustar os ingredientes àqueles descritosem qualquer uma das reivindicações (1) e (4) a (6),lingotando-se o aço, Ia-minando-se a quente a placa obtida, e também conformando-se a chapa deaço obtida em forma de um tubo e soldando-se com costura as partes adja-centes.

10. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acordocom a reivindicação 9, caracterizado pelo aquecimento da mencionada placade aço até 1000°C ou mais, laminando-o a quente a uma taxa de redução delaminação em uma região de temperatura de recristalização de 2,5 ou mais,e interrompendo o resfriamento a água em 600°C ou menos.

11. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acordocom a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pela conformação da menciona-da chapa de aço em forma de um tubo por um processo UO1 soldando aspeças adjacentes a partir das superfícies interna e externa por soldagem aarco submerso usando cordão de solda e um fluxo do tipo aglomerado ou dotipo fundido, e então expandindo-se o tubo.

12. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a entrada de calor damencionada soldagem a arco submerso é 4,0 a 10,0 kJ/mm.

13. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acordocom qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado por tratamentotérmico da zona da solda com costura.

14. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acordocom a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a zona de solda comcostura é tratada termicamente na faixa de 300 a 500°C.