BRPI0903950A2 - tubo de aço soldado de alta resistência e parede grossa para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura e método de produção do mesmo - Google Patents

Abstract

TUBO DE AçO SOLDADO DE ALTA RESISTêNCIA E PAREDE GROSSA PARA OLEODUTO SUPERIOR EM TENACIDADE A BAIXA TEMPERATURA E MéTODO DE PRODUçãO DO MESMO. A presente invenção refere-se a tubo de aço de alta resistência e de paredes grossas para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura capaz de garantir tenacidade superior a baixa temperatura da HAZ mesmo tendo uma espessura de 25 mm ou mais, e um método de produção do mesmo, isto é, tubo de aço obtido pela soldagem com costura do material base chapa de aço conformado em forma de um tubo, o material base chapa de aço contendo C: 0,030 a 0,80%, Si: 0,01 a 0,50%, Mn: 0,50 a 2,00%, Al: 0,020% ou menos e Ti: 0,003 a 0,030%, Mo: 0,10 a 1,50%, tendo um carbono equivalente Ceq de 0,40 a 0,56, tendo um parâmetro de susceptibilidade a fraturas Pcm de 0,16 a 0,21, e satisfazendo a fórmula 3, a microestrutura do mencionado material base chapa de aço é compreendida de uma razão de área de 30% ou menos de ferrita poligonal e uma razão de área de 70% ou mais de bainita, um tamanho efetivo de grão de 20 gm ou menos, e um tamanho efetivo de grão da zona afetada pelo calor da solda de 150 gm ou menos: 1OC+1OOAI+5Mo+5Ni <3,3 fórmula 3

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TUBO DEAÇO SOLDADO DE ALTA RESISTÊNCIA E PAREDE GROSSA PARAOLEODUTO SUPERIOR EM TENACIDADE A BAIXA TEMPERATURA EMÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a tubo de aço soldado e paredegrossa de alta resistência para oleoduto superior em tenacidade a baixatemperatura, adequado para oleoduto para transporte de petróleo bruto egás natural.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

No presente momento, como material para tubulação tronco pa-ra transporte a longa distância de petróleo bruto e gás natural, um tubo deaço para oleoduto até o padrão X80 da American Petroleum Institute (API)(resistência à tração 620 MPa ou maior) foi colocado em uso prático. Emanos recentes, com o propósito de aumentar a eficiência d transporte de pe-tróleo bruto e gás natural, foram feitos estudos para aumentar a pressão in-terna das tubulações. Juntamente com isso, tubo de aço de alta resistênciaX80 ou maiores para oleodutos está sendo requisitado para ser feito tambémmaior em espessura.

Em oposição a isso, o método de usar laminação controlada eresfriamento acelerado para fazer a estrutura metálica bainita fina e produziruma chapa de aço grossa excelente em resistência e tenacidade está sendoproduzido (por exemplo, a Japanese Patent Publication (A) n° 2000-256777,Japanese Patent Publication (A) n° 2004-76101, e Japanese Patent Publica-tion (A) n° 2004-143509). Tal tubo para oleoduto convencional X80 ou demaior resistência tem uma espessura de no máximo menos de 25 mm. Tu-bos grossos para oleoduto de 25 mm ou mais ou 30 mm ou mais estão sen-do exigidos.

Em geral, quando se produz chapas de aço de bitola grossa, naparte central da espessura da chapa, a laminação pelo método de laminaçãocontrolada facilmente torna-se insuficiente. Além disso, também se torna di-fícil alcançar a velocidade de resfriamento pelo resfriamento acelerado. Alémdisso, quando se produz tubos de aço de paredes grossas, uma chapa deaço de espessura grossa é conformada por um processo UO em forma deum tubo, e então as extremidades são feitas contatar entre si e as costurassão soldadas por soldagem a arco. Essa soldagem com costura resulta emuma grande entrada de calor se o tubo de aço se tornar mais grosso. A zonaafetada pelo calor da solda (chamada de "HAZ") torna-se mais bruta em ta-manho de grão, então a queda na tenacidade a baixa temperatura torna-seum problema importante.

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 de 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) n° 2003-138340). O método proposto na Japanese Pa-tent Publication (A) n° 8-325635 provoca a formação de ferrita acicular comonúcleo para 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 comonúcleo.

A utilização de uma bainita intragranular é extremamente eficazpara melhorar a tenacidade a baixa temperatura da HAZ. Entretanto, se avelocidade de resfriamento diminuir devido à espessura reduzida do tubo deaço, a transformação para bainita torna-se insuficiente, é formada ferrita in-tragranular, e a resistência diminui. Por essa razão, aumentar a espessurado tubo de aço de alta resistência para oleoduto superior em tenacidade abaixa temperatura foi difícil.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Além disso, os inventores prepararam uma chapa de aço X80ou maior de alta resistência e espessura grossa para oleoduto tendo umaespessura de chapa de 25 mm ou mais. Como resultado, foi verificado queproblemas devido ao aumento da espessura da chapa de aço foram muitomais sérios do que o previsto. Em particular, na parte central da espessurada chapa, a laminação por laminação acelerada e a velocidade de resfria-mento devido ao resfriamento acelerado tornaram-se insuficientes e então atenacidade caiu notavelmente em comparação com a parte da camada desuperfície da chapa de aço. Além disso, os inventores investigaram a micro-estrutura da parte central da espessura da chapa de aço e como resultadoobtiveram a descoberta de que na chapa de aço de alta resistência e espes-sura grossa para oleoduto, é extremamente difícil fazer a parte central daespessura da chapa uma estrutura bainita fina.

A presente invenção resolve tais problemas não-previstos natécnica anterior e fornece tubo de aço soldado de alta resistência e paredesgrossas para oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura da HAZmesmo se tiver uma espessura de 25 mm ou mais, também 30 mm ou mais,e um método de produção do mesmo.

A presente invenção reduz os teores de C e de Al e adicionaquantidades adequadas de Mo e Ni para aumentar a capacidade de endure-cimento, controla o parâmetro de capacidade de endurecimento do carbonoequivalente Ceq e o parâmetro de capacidade de soldagem do parâmetro desusceptibilidade a fraturas Pcm para faixas ótimas, torna o material base e aHAZ do tubo de aço soldado uma estrutura metálica fina compreendida prin-cipalmente de bainita, e utiliza a bainita intragranular formada usando óxidosde Ti como núcleo para aumentar a finura do tamanho efetivo de grão daHAZ em particular para assim obter tubo de aço soldado de alta resistênciapara oleoduto excelente em tenacidade a baixa temperatura e tem sua es-sência como segue:

(1) Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura compre-endendo o tubo de aço obtido pela soldagem com costura do material basechapa de aço conformado em forma de tubo, caracterizado pelo fato de queo 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%, S: 0,0001 a 0,0050%,Ti: 0,003 a 0,030%, Mo: 0,10 a 1,50%, e O: 0,0001 a 0,0080%, limita o P:0,050% ou menos e Al: 0,020% ou menos, e tem um saldo de ferro e as ine-vitáveis impurezas, o Ceq calculado da fórmula 1 a seguir é 0,40 a 0,56, oPcm calculado pela fórmula 2 a seguir é 0,16 a 0,21, a fórmula 3 a seguir ésatisfeita, a microestrutura do mencionado material base chapa de aço écompreendida de uma razão de área de 30% ou menos de ferrita poligonal euma razão de área de 70% ou mais de bainita, um tamanho efetivo de grãode 20 μίτι ou menos, e um tamanho efetivo de grão 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

10C+100AI+5Mo+5Ni < 3,3 fórmula 3

onde C, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V, B e Al são teores (em % em massa) doselementos

(2) Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura conformeapresentado no item (1) acima caracterizado pelo fato de que a espessurado material base chapa de aço é de 25 a 40 mm.

(3) Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura conformeapresentado no item (1) ou (2) acima caracterizado pelo fato de que o limitede resistência à tração do mencionado material base chapa de aço usando adireção circunferencial do mencionado tubo de aço como direção de tração éde 600 a 800 MPa.

(4) Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura conformeapresentado em qualquer um dos itens (1) a (3) acima, caracterizado pelofato de que o mencionado material base chapa de aço também contém, em% em massa, um ou ambos entre Cu:0,05 a 1,50% e Ni: 0,05 a 5,00%.

(5) Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura conformeapresentado em qualquer um dos itens (1) a (4) acima, caracterizado pelofato de que o mencionado material base chapa de aço também contém, em% em massa, um ou mais elementos entre Cr: 0,02 a 1,50%, V: 0,010 a0,100%, Nb: 0,001 a 0,200%, Zr: 0,0001 a 0,500%, e Ta: 0,0001 a 0,0500%.

(6) Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto conforme apresentado em qualquer um dos itens (1) a(5) acima, caracterizado pelo fato de que o mencionado material base chapade aço também contém, em % em massa, um ou mais elementos entre Mg: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%,e W: 0,01 a0,50%.

(7) Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura conformeapresentado em qualquer um dos itens (1) a (6) acima, caracterizado pelofato de que o metal da solda contém, em % em massa, C: 0,010 a 0,100%,Si: 0,01 a 0,50%, Mn: 1,0 a 2,0%, Ni: 0,2 a 3,2%, Cr+Mo+V: 0,2 a 2,5%, Al:0,001 a 0,100%, Ti: 0,003 a 0,050%, e O: 0,0001 a 0,0500%, limita P:0,020% ou menos e S: 0,010% ou menos, e tem um saldo de ferro e as ine-vitáveis impurezas.

(8) Um método de produção de tubo de aço soldado de alta re-sistência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidadea baixa temperatura caracterizado pela produção do aço durante a qual seadiciona Si e Mn para uma desoxidação fraca, e então adiciona-se Ti paraajustar os ingredientes àqueles descritos em qualquer um dos itens (1) e (4)a (6) acima, Iingotando o aço, laminando-se a quente a placa de aço obtida,e também conformando a chapa de aço obtida em forma de um tubo e sol-dando com costura as partes adjacentes.

(9) Um método de produção de tubo de aço soldado de alta re-sistência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidadea baixa temperatura conforme apresentado no item (8) acima caracterizadopelo aquecimento da mencionada placa de aço até 1000°C ou mais, Iamina-ção a quente da mesma a partir de 900°C para baixo a uma taxa de reduçãode laminação até o final da laminação de 2,5 ou mais, e resfriando a água auma temperatura de parada de 600°C ou menos.

(10) Um método de produção de tubo de aço soldado de alta re-sistência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidadea baixa temperatura conforme apresentado nos itens (8) ou (9) acima carac-terizado pela conformação do mencionado material base chapa de aço emforma de tubo pelo processo UO, soldagem das partes adjacentes a partirdas superfícies interna e externa por soldagem a arco submerso, e entãoexpandindo-se o tubo.

(11) Um método de produção de tubo de aço soldado de alta re-sistência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidadea baixa temperatura conforme apresentado no item (10) acima caracterizadopelo fato de que a entrada de calor da mencionada soldagem a arco sub-merso é de 4,0 a 10,0 kJ/mm.

(12) Um método de produção de tubo de aço soldado de alta re-sistência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidadea baixa temperatura conforme apresentado nos itens (8) a (11) acima carac-terizado pelo tratamento térmico da zona de soldagem com costura.

(13) Um método de produção de tubo de aço soldado de alta re-sistência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidadea baixa temperatura conforme apresentado no item (12) acima caracterizadopelo tratamento térmico da zona de soldagem com costura na faixa de 300 a 500°C.

De acordo com a presente invenção, torna-se possível garantir atenacidade a baixa temperatura do material base chapa de aço do tubo deaço soldado para oleoduto mesmo com uma espessura de 25 mm ou maisou ainda 30 mm ou mais, em particular a parte central da espessura do ma-terial base chapa de aço e a HAZ e torna-se possível fornecer um tubo deaço soldado de alta resistência de parede grossa para oleoduto superior emtenacidade a baixa temperatura e um método de produção do mesmo, entãoa contribuição para a indústria é notável.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um desenho esquemático de uma HAZ reaquecida.

A Figura 2 é uma vista mostrando os efeitos dos ingredientes natenacidade na HAZ reaquecida.MELHOR FORMA DE EXECUÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção é um tubo de aço soldado feito de um ma-terial de aço reduzindo-se o teor de C e fazendo-se a microestrutura umaestrutura transformada a baixa temperatura compreendida principalmente debainita para melhorar a tenacidade no qual Mo e Ni são adicionados paraaumentar a capacidade de endurecimento e no qual a adição de Al é supri-mida e a bainita intragranular é utilizada, em particular, para fazer o tamanhode grão efetivo 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 e da HAZ do tubo de aço sol-dado mais fino. Note que, abaixo, o material base chapa de aço será tam-bém referido simplesmente como "chapa de aço". O tubo de aço soldado étambém referido simplesmente como "tubo de aço".

A bainita intragranular da HAZ é obtida por transformação daferrita intragranular formada pela transformação intragranular a uma altatemperatura usando as acima mencionadas inclusões finas como núcleo nomomento do resfriamento. Portanto, fazendo-se a quantidade de adição deMo e o parâmetro de capacidade de endurecimento Ceq e o parâmetro decapacidade de soldagem Pcm as faixas ótimas ficam extremamente eficazespara conformar a bainita intragranular mesmo em tubos de aço com umagrande espessura como na presente invenção, isto é, mesmo se a velocida-de de resfriamento for mais lenta. Devido à formação dessa bainita intragra-nular, a tenacidade a baixa temperatura da HAZ é notavelmente melhoradasem diminuir a resistência. Além disso, a bainita intragranular pode tambémcontribuir para a supressão do amolecimento da HAZ.

Acredita-se que o mecanismo de formação de bainita intragra-nular seja como segue: óxidos tipo cátion podem manter grandes númerosde íons de Mn. Além disso, 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 a transformação quando se aquece o aço até uma alta temperatu-ra onde a microestrutura se torna uma fase austenita e então se resfria omesmo. Geralmente é formada ferrita intragranular de forma acicular. Essaferrita intragranular tem um grande grau de super resfriamento quando a ve-locidade de resfriamento é rápida ou a capacidade de endurecimento é alta.No momento do resfriamento, ela se transforma em bainita para se tornarbainita intragranular.

Um óxido tipo cátion típico é um óxido fino compreendido princi-palmente de Ti. Bainita intragranular do tipo acicular é formada usando-seeste como núcleo. Além disso, sulfetos finos compreendidos principalmentede Mn se precipitam como óxidos finos compreendidos principalmente de Ti.

Note que, dependendo da composição de ingredientes do aço, algumas ve-zes os óxidos incluem um ou mais elementos entre Al, Si, Mn, Cr, Mg e Ca eos sulfetos incluem um ou mais elementos entre Ca, Cu e Mg. O tamanhodas inclusões que formam o núcleo da bainita intragranular pode ser medidopor um microscópio do tipo de transmissão de elétrons (TEM). Um tamanhona faixa de 0,01 aõpmé preferível.

Quando uma grande quantidade de bainita intragranular de for-ma na HAZ, a mistura de martensita e austenita (Constituinte Martensita-Austenita chamado "MA") que forma os pontos de partida da fratura frágiltorna-se mais fino e a tenacidade a baixa temperatura é grandemente me-lhorada. Se se mantiver a quantidade de C baixa até 0,05% ou menos, efazendo-se as inclusões finas se dispersarem, é formada bainita intragranu-lar, a estrutura intragranular se torna mais fina, e a unidade de fraturaCharpy, isto é, o tamanho efetivo de grão, também se torna menor. Alémdisso, a bainita intragranular é mais dura que a ferrita intragranular, então aformação de bainita intragranular pode suprimir o amolecimento da HAZ.

Na HAZ da parte central da espessura do tubo de aço soldadode alta resistência para oleoduto (próximo da parte a Vz da espessura, cha-mada de "parte 1/2t"), como mostrado esquematicamente na Figura 1, o MAbruto "3" presente ao longo dos limites dos grãos da austenita anterior "2" daHAZ reaquecida "1" torna-se ponto de iniciação de fratura frágil e algumasvezes a tenacidade deteriora. A "HAZ reaquecida "1"" é a porção do metalda solda e da HAZ próximo à linha de soldagem na soldagem precedentesendo reaquecida ela soldagem subsequente. Geralmente, a HAZ1 emboradiferindo um pouco devido à entrada de calor no momento da soldagem, e aporção dentro de 10 a 15 mm a partir da linha de solda. Por exemplo, quan-do se fornecem bocais em posições a 1 mm ou 2 mm da linha de soldagem,a energia de absorção Charpy a -40°C algumas vezes se torna menor que 50J.

Os inventores se engajaram em estudos para melhorar a tena-cidade a baixa temperatura aumentando a finura do tamanho de grão efetivoda HAZ e suprimindo a formação de MA. Inicialmente, eles obtiveram amos-tras dos materiais de aço compreendidos de várias composições de ingredi-entes, executaram tratamento térmico simulando a história de calor da HAZreaquecida prevendo soldagem a arco submerso das partes adjacentes naprodução de um tubo de aço de uma espessura de 25 a 40 mm (chamadode "teste de reprodução da HAZ reaquecida"). Para isso, eles aqueceramcada material de aço até 1400°C, resfriaram-no imediatamente até a tempe-ratura ambiente, aqueceram-no até 750°C, e imediatamente o resfriaram atéa temperatura ambiente. A velocidade de resfriamento de 800°C até 500°Cno momento do resfriamento foi feito 2 a 15°c/s. Dos materiais após o testede HAZ simulado, os inventores obtiveram corpos de prova com entalhe emV com base na JIS 2242 e executaram o teste de impacto de Charpy a -40°C. Os resultados de tenacidade avaliados pelo teste de HAZ simuladoestão mostrados na Figura 2.

A Figura 2 mostra a relação entre 10C+100AI+5Ni+5Mo e a e-nergia de absorção Charpy a -40°C dos testes de HAZ simulados. Os inven-tores estudaram os efeitos de C, Mo e Ni, que afetam a formação de Ma, eAl, que afeta a transformação intragranular, na tenacidade da HAZ simulada.Além disso, com base nos resultados obtidos, eles inicialmente regressarama relação entre as quantidades de adição dos elementos e os efeitos paraobter o parâmetro 10C+100AI+5Ni+5Mo correlacionado com a tenacidade daHAZ simulada. Da Figura 2, torna-se claro que se suprimirmos10C+100AI+Ni+5Mo para menos de 3,3, a energia de absorção Charpy daHAZ reaquecida a -40°C torna-se 50J ou mais.

Amostras excelentes em tenacidade a baixa temperatura daHAZ reaquecida foram medidas quanto ao tamanho efetivo de grão porEBSP (Electron Back Scattering Pattem). Como resultado, foi aprendido quea tenacidade foi 150 μιτι ou menos. Além disso, os inventores investigaram aestrutura metálica e as inclusões. Como resultado, tornou-se claro que óxi-dos finos principalmente de Ti, óxidos compostos, e sulfetos compostos fo-ram formados e que foi formada bainita intragranular na HAZ usando-se es-ses como núcleos para precipitação. Isto é, o tamanho efetivo de grão daHAZ se torna 150 μιτι ou menos devido à formação de bainita intragranular ea tenacidade a baixa temperatura torna-se boa.

A seguir, os inventores se engajaram em uma pesquisa intensi-va para satisfazer a tenacidade do material base chapa de aço. Isto é porquese a espessura se torna 25 mm ou mais, surgem os problemas de que a ra-zão de redução na laminação na região de temperatura de não-recristaliza-ção não pode ser garantida, a parte 1/2t torna-se mais bruta em tamanho dogrão de cristal, e a energia Charpy diminui. Os inventores se engajaram emestudos e como resultado descobriram que se fizessem a razão de área daferrita poligonal 30% ou menos, fazendo a razão de área da bainita 70% oumais, e fazendo o tamanho efetivo de grão do material base chapa de aço20 μητι ou menos, o material base chapa de aço é melhorado em resistênciae tenacidade e, em particular, a queda na tenacidade da parte central daespessura da chapa pode ser suprimida. Especificamente, a energia de ab-sorção Charpy a -40°C do corpo de prova tirado de próximo da superfície,isto é, a uma posição a cerca de 2 a 12 mm da superfície do material de aço,torna-se 200 J ou mais. É possível fazer-se a energia Charpy quando se to-ma o corpo de prova da parte 1/2t, isto é, o centro substancial da espessura,100 J ou mais. Note que, o teste de impacto Charpy foi executado com basena JIS Z 2242 usando-se um corpo de prova com entalhe em V a -40°C.Os óxidos finos principalmente de Ti, óxidos compostos, e sulfe-tos compostos da presente invenção são eficazes não somente na formaçãoda bainita intragranular da HAZ1 mas também para tornar o material basechapa de aço mais fino em tamanho efetivo de grão de cristal. Em particular,torna-se possível aumentar a finura do tamanho efetivo de grão de cristal naparte 1/2t do material base chapa de aço, o que era difícil no passado, pelosóxidos finos principalmente de Ti, óxidos compostos e sulfetos compostos. Arazão é considerada ser como segue.

Inicialmente, quando a laminação na região de temperatura denão-recristalização é garantida, a transformação usual dos limites dos grãosé promovida, então a transformação intragranular a partir dos óxidos, óxidoscompostos, e sulfetos compostos é difícil. Acredita-se que isto ocorra porqueo tamanho efetivo de grão torna-se pequeno devido à garantia da laminação,comparado com a transformação intragranular, a velocidade de crescimentoda bainita formada a partir dos limites dos grãos torna-se muito grande. Istoé, acredita-se que a transformação a partir dos limites dos grãos é comple-tada antes da transformação intragranular.

Por outro lado, quando a razão de redução da laminação na re-gião de temperatura de não-recristalização não é suficiente, o tamanho efeti-vo de grão se torna mais bruto em particular na parte central da espessurada chapa, então o crescimento da bainita formada a partir dos limites dosgrãos também se torna mais lento. Por esta razão, acredita-se que o tama-nho efetivo de grão torna-se mais fino devido à transformação intragranular apartir dos óxidos principalmente de Ti, óxidos compostos, e sulfetos compos-tos. Além disso, acredita-se que os óxidos finos agem como partículas deagregação e suprimem o crescimento dos grãos de cristal o que é tambémeficaz para aumentar a finura do tamanho efetivo de grão do material basechapa de aço.

Por esta razão, na presente invenção, o controle da quantidadede oxigênio do processo de fabricação do aço é extremamente importante.Em particular.quando se ajusta a composição dos ingredientes do aço, énecessário adicionar Si e Mn de modo que os teores se tornem as faixasacima mencionadas para desoxidação fraca, e então adicionar Ti. A concen-tração de oxigênio quando se adiciona Ti é preferivelmente 0,001 a 0,003%.

Devido a isso, é possível dispersar óxidos de Ti, especificamente TÍ2O3, comum tamanho de grão de 0,01 a 10 μηη e um número por área de 1 μηη2 de 10a 1000/mm2. Devido a isso, a formação da transformação intragranular épromovida e os tamanhos efetivos de grão do material base chapa de aço eda HAZ do tubo de aço soldado tornam-se mais finos.

Quando se ajusta a composição de ingredientes por tal proces-so de produção de aço, lingotando-se o mesmo, e laminando-se a quente aplaca de aço obtida, fazendo-se a razão de redução de laminação de 900°Caté o fim da laminação 2,5 ou mais, preferivelmente 3,0 ou mais, é possívelfazer-se o tamanho efetivo de grão do material base chapa de aço 20 μιτι oumenos.

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 equivalente do círculo. Alémdisso, é observada "ferrita poligonal" como estruturas em forma de massabranca não incluindo cementita bruta, MA, ou outros precipitados brutos nosgrãos da microestrutura ótica. Na microestrutura ótica do material base cha-pa de aço, martensita, austenita residual, e MA são algumas vezes incluídoscomo saldo da ferrita poligonal e bainita.

Na presente invenção, a 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 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 decompõe em cementita fina, então a tenacidade a baixa temperatura émelhorada. Devido a isso, a parte associada da parte 1/2t ou da parte asso-ciada +1 mm a uma baixa temperatura é melhorada na tenacidade. Por e-xemplo, se aquecer-se a zona de soldagem até 300 a 500°C de temperatura,a energia de absorção Charpy com entalhe em V na baixa temperatura de -40°C pode ser feita 50 J ou mais. Portanto, quando usado a uma temperatu-ra extremamente baixa de -40°C ou menos, é preferível também tratar termi-camente a estrutura que forma bainita intragranular e obter uma estruturamista de bainita intragranular e cementita.

Abaixo, serão explicadas as razões para limitação do materialbase chapa de aço da presente invenção. 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 do 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 deteriora. Poresta razão, na presente invenção, a quantidade ótima de C é feita a faixa de0,030 a 0,080%.

Si: Si é um elemento desoxidante importante na presente inven-ção. Para obter esse efeito, é necessária a inclusão de 0,01% ou mais de Sino aço. Por outro lado, se o teor de Si estiver acima de 0,50%, a tenacidadeda HAZ deteriora, então o limite superior é feito 0,50%.

Mn: Mn é um elemento usado como agente de desoxidação, énecessário para garantir a resistência e tenacidade do material base chapade aço, e, também, forma MnS e outros sulfetos eficazes como núcleos paratransformação intragranular. É extremamente importante na presente inven-ção. Para se obter esses efeitos, é necessário incluir 0,50% de Mn, mas se oteor de Mn exceder 2,00%, a tenacidade da HAZ é deteriorada. Portanto, afaixa de teor de Mn é feita 0,50 a 2,00%. Note que o Mn é um elemento ba-rato, então para garantir a capacidade de endurecimento, é preferivelmenteincluído em 1.00% ou mais. O limite inferior ótimo é 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 HAZ,o teor de P é preferivelmente feito 0,010% ou menos.

S: S1 na presente invenção, é um elemento importante para for-mar MnS e outros sulfetos eficazes como núcleos para transformação intra-granular. Se o teor de S se tornar menor que 0,0001%, a quantidade de for-mação de sulfetos se reduz e a transformação intragranular não ocorre nota-velmente, então tem que ser feito 0,0001% ou mais. Por outro lado, se o ma-terial base chapa de aço contém 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 melhorar a tenacidade da HAZ, o limitesuperior da quantidade de S é preferivelmente feito 0,0030% ou menos.

Al: Al é um agente desoxidante, mas na presente invenção, parafazer óxidos de Ti finamente dispersos, é extremamente importante fazer olimite superior da quantidade de Al 0,020% ou menos. Além disso, parapromover a transformação intragranular, a quantidade de Al é preferivelmen-te feita 0,010% ou menos. Além disso, o limite superior preferível é 0,008%ou menos.

Ti: Ti, na presente invenção, é um elemento extremamente im-portante para formar óxidos de Ti, que agem efetivamente como núcleospara transformação intragranular, finamente dispersos. Entretanto, se inclu-irmos Ti em excesso, são formados carbonitretos e a tenacidade é deterio-rada. Portanto, na presente invenção, o teor de Ti tem que ser feito 0,003 a0,030%. Além disso, Ti é um agente desoxidante poderoso, então se a quan-tidade de oxigênio quando se adiciona Ti for grande, são formados óxidosbrutos. Por esta razão, quando se produz aço, é necessário desoxidar o açopreviamente por Si e Mn e reduzir a quantidade de oxigênio. Se os óxidos deTi de tornarem mais brutos, a transformação intragranular torna-se difícil e oefeito de agregação dos limites dos grãos torna-se menor, então o tamanhoefetivo de grão do material base chapa de aço e da HAZ do tubo de aço al-gumas vezes tornam-se mais brutos.

Mo: Mo é um elemento eficaz para melhorar a capacidade deendurecimento e formar carbonitretos para aumentar a resistência. Para ob-ter esse efeito, é necessária a adição de 0,10% ou mais. Por outro lado, sese adicionar Mo acima de 1,50%, a tenacidade deteriora, então o limite su-perior da quantidade de Mo efeito 1,50% ou menos.

O: Oxigênio é um elemento inevitavelmente incluído no aço,mas na presente invenção, para formar óxidos contendo Ti, a quantidade deO tem que ser limitada. A quantidade de oxigênio que permanece no açodurante o lingotamento, isto é, a quantidade de O no material base chapa deaço, tem que ser feito 0,0001 a 0,0080%. Isto é porque se a quantidade de Ofor menor que 0,0001%, o número de partículas de óxido não é suficiente,enquanto se acima de 0,0080%, o número de partículas brutas de óxido tor-na-se maior e o material base e a tenacidade da HAZ é deteriorada. Alémdisso, se o aumento na quantidade de oxigênio, resulta no embrutecimentoos óxidos principalmente de Ti, o material base chapa de aço e a HAZ dotubo de aço soldado tornam-se mais brutos quanto ao tamanho efetivo degrão.

Além disso, como elementos que melhoram a resistência e a te-nacidade, é também possível adicionar um ou mais elementos entre Cu, Ni,Cr, V, Nb, Zr, e Ta. Além disso, quando os teores desses elementos sãomenores que os limites inferiores preferíveis, não há efeito prejudicial parti-cular, então esses elementos podem ser considerados como impurezas.

Cu e Ni: Cu e Ni são elementos eficazes que aumentam 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 feitas0,05% ou mais. Por outro lado, o limite superior da quantidade de Cu é pre-ferivelmente 1,50% para suprimir a formação de fraturas no momento de a-quecimento e soldagem da placa de aço. O limite superior da quantidade deNi é preferivelmente 5,00% uma vez que algumas inclusões em excesso pre-judicam a capacidade de soldagem. Note que, Cu e Ni são preferivelmenteincluídos como um composto para suprimir a formação dos defeitos de su-perfície.

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 reforço por preci-pitação. Um ou mais podem ser incluídos. Para aumentar efetivamente aresistência, o limite inferior da quantidade de Cr é 0,02%, o limite inferior daquantidade de V é 0,010%, o limite inferior da quantidade de Nb é 0,001%, eos limites inferiores da quantidade de Zr e da quantidade de Ta são ambos0,0001%. Por outro lado, se Cr for adicionado excessivamente, devido aoaumento na capacidade de endurecimento, a resistência aumenta e a tena-cidade é algumas vezes deteriorada, então o limite superior da quantidadede Cr é preferivelmente feito 1,50%. Além disso, se se adicionar excessiva-mente V, Nb, Zr e Ta, os carbonetos e nitretos tornam-se mais brutos e atenacidade é algumas vezes deteriorada, então o limite superior da quanti-dade de V é preferivelmente feito 0,100%, o limite superior da quantidade deNb é preferivelmente feito 0,200%, e o limite superior das quantidades de Zre 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 preferidos, não há efeito prejudicial particular, entãoesses elementos podem ser considerados como impurezas.

Mg: Mg é um elemento eficaz para aumentar a finura de óxidose controlar a forma dos 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 do grão como partículas deagregação, a adição de 0,0001% ou mais é preferível. Por outro lado, se seadicionar uma quantidade de Mg acima de 0,0100%, óxidos brutos são for-mados e a tenacidade do material base chapa de aço e da HAZ do tubo deaço soldado é algumas vezes diminuída, então o limite superior da quantida-de de Mg é preferivelmente feita 0,0100%.

Ca e REM: Ca e REM são elementos úteis para controle da for-ma dos sulfetos e formação de sulfetos para suprimir a formação de MnSalongado na direção da laminação e melhorar as características do materialde aço na direção da espessura da chapa, em particular a resistência Iame-Iar ao rompimento. Para obter esse efeito, os limites inferiores da quantidadede Ca e da quantidade de REM são ambas preferivelmente feitos 0,0001%ou mais. Por outro lado, se os limites superiores da quantidade de Ca e daquantidade de REM forem maiores que 0,0050%, os óxidos aumentam, óxi-dos finos contendo Ti 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, W e Re são elementos que têm efeitos si-milares 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 garantir 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 80% ou mais, eformar bainita intragranular na HAZ, o carbono equivalente Ceq da fórmula 1a seguir calculado a partir do teor (% em massa) de C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo eV é feito 0,40 a 0,56.

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

Além disso, para garantir a tenacidade a baixa temperatura domaterial base chapa de aço e da HAZ do tubo de aço soldado, o parâmetrode susceptibilidade a fratura Pcm da fórmula 2 a seguir calculado a partir dosteores (% em massa) de C, Si, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo, V e B efeito 0,16 a 0,21.

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

Além disso, para garantir a tenacidade a baixa temperatura daHAZ, é necessário que os teores (% em massa) de C1 Al, Mo, e Ni satisfa-çam a fórmula 3 a seguir.

10C+100AI+5Mo+5Ni<3,3 fórmula 3

Note que os elementos Ni, Cu, Cr e V incluídos seletivamentesão impurezas quando em teores menores que os limites inferiores preferi-dos mencionados acima, então são entrados como "0" nas fórmulas 1 a 3acima.

Se a microestrutura do material base chapa de aço usado parao tubo de aço tem uma razão de área de bainita de 80% ou mais e uma ra-zão de área de ferrita poligonal de 20% ou menos, o equilíbrio entre resis-tência e tenacidade torna-se bom. Além disso, se a formação de óxidos prin-cipalmente de Ti resulta no tamanho efetivo de grão sendo feito 20 μηι oumenos, o material base chapa de aço torna-se bom em tenacidade. Noteque, a ferrita poligonal é também eficaz para tornar o material base chapa deaço mais fino em tamanho efetivo de grão de cristal. 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 a resistência à tração na direçãocorrespondente à direção circunferencial do tubo de aço é preferivelmente600 Mpa ou mais. Isto é para evitar fratura devido à pressão interna no mo-mento do uso como oleoduto. Note que, quando é necessário aumentar apressão interna, a espessura do material base chapa de aço é preferivel-mente feita 30 mm ou mais. Por outro lado, a espessura do material basechapa de aço é preferivelmente 40 mm ou menos e a resistência à tração nadireção correspondente à direção circunferencial do tubo de aço é preferi-velmente 800 MPa ou menos. Isto é porque devido ao aumento na espessu-ra e ao aumento na resistência à tração, a carga quando se forma o materialbase chapa de aço pelo processo UO aumenta. Note que, geralmente, a "di-reção correspondente à direção circunferencial do tubo de aço" é a direçãotransversal do material 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 por um método comum, mas do ponto de vista de produtividade,o lingotamento contínuo é preferível. A placa de aço é aquecida para Iami-nação 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 fazer o material base chapa de aço mais fino em ta-manho de grão de cristal. O limite superior não é definido, mas para suprimiro embrutecimento do tamanho efetivo do grão de cristal, fazer a temperaturade reaquecimento 1150°C ou menos é preferível.

A laminação a quente pode ser iniciada imediatamente após aextração do forno de reaquecimento, então a temperatura de partida da Ia-minação a quente não é particularmente definida. Para tornar mais fino otamanho efetivo de grão de cristal do material base chapa de aço, a razãode redução da laminação na região de recristalização acima de 900°C é pre-ferivelmente feita 2,0 ou mais. A razão de redução da laminação na regiãode recristalização é a razão da espessura da placa de aço e da espessurada chapa a 900°C.

A seguir, fazendo-se a razão de redução da laminação na regiãode não-recristalização a 900°C ou menos 2,5 ou mais, após o resfriamento aágua o tamanho efetivo de grão do material base chapa de aço torna-se 20μητι ou menos. Para tornar o tamanho efetivo de grão do material base chapade aço mais fino, é preferível fazer a razão de redução na laminação na re-gião de não-recristalização a 900°C ou menos 3,0 ou mais. Note que, napresente invenção, a "razão de redução na laminação da região de não-recristalização" significa a razão da espessura da chapa a 900°C divididapela espessura da chapa após o término da laminação.

Além disso, os limites superiores das razões de redução da la-minação na região de não-recristalização e na região de recristalização nãosão definidas, mas considerando-se a espessura da placa de aço antes dalaminação e a espessura do material base chapa de aço após a laminação,os limites são geralmente 12,0 ou menos.

A temperatura final de laminação é preferivelmente a temperatu-ra onde a estrutura do material base chapa de aço torna-se uma fase auste-nita única ou mais durante a laminação a quente. Isto é, a temperatura finalda laminação é preferivelmente feita Sr3 ou mais, mas tudo bem quanto auma pequena quantidade de ferrita poligonal ser formada durante a Iamina-ção, então a temperatura pode ser feita Ar3-50°C ou mais.

Ac3 e Ar3 podem ser calculados pelos teores (% em massa) deC, Si, Mn1 P, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Al, V e Ti.Ac3 = 910-203VC-15,2Ni+44,7Si+104V+31,5Mo+13,1 W-30Mn-11Cr-20Cu-700P+400AI+400Ti

Ar3 = 910-310C-55Ni-80Mo-80Mn-15Cr-20CuAlém disso, após o término da laminação, a chapa é resfriada aágua. Se a temperatura de término de resfriamento for feita 600°C ou me-nos, a microestrutura acima mencionada é obtida e o material base chapa deaço torna-se excelente em tenacidade. O limite inferior da temperatura detérmino 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 hidrogênio, 150°C ou mais é preferível.

Quando se conforma o material base chapa de aço em forma deum tubo, então soldando-se a arco as partes adjacentes para obter o tubo deaço soldado, a chapa de aço é preferivelmente conformada pelo processoUOE usando-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 a soldagem a arcosubmerso. Em particular, quando se produz tubo de aço soldado tendo umaespessura de 25 a 40 mm, é preferível fazer-se a entrada de calor da solda-gem a arco submerso a partir das superfícies interna e externa 4,0 a 10,0kJ/mm. Se nessa faixa de entrada de calor, no tubo de aço soldado da pre-sente invenção tendo a composição acima mencionada de ingredientes, bai-nita intragranular se forma na HAZ, o tamanho efetivo de grão da HAZ torna-se 150 μίτι ou menos, e uma tenacidade a baixa temperatura superior é obtida.

Em particular, isso é porque quando se executa a soldagem aarco submerso um passe de cada vez a partir das superfícies interna e ex-terna, fazendo-se a entrada de calor menos que 4,0 kJ/mm, a solda metálicada soldagem descontínua executada antes da soldagem principal algumasvezes permanece entre o metal da superfície interna e o metal da superfícieexterna. Além disso, se se fizer a entrada de calor da soldagem a arco sub-merso 10,0 kJ/mm ou menos, mesmo com tubo de aço de espessura de 25a 40 mm, o tamanho de grão da austenita anterior da HAZ pode ser feito 500μίτι ou menos. Isto é eficaz para melhorar a tenacidade. Note que as condi-ções de entrada de calor quando se solda a partir da superfície interna e aentrada de calor quando se solda a partir da superfície externa não têm queser feitas as mesmas. Alguma diferença na entrada de calor é também possível.

Se se fizer as entradas de calor da soldagem a arco submerso apartir das superfícies interna e externa 4,0 a 10,0 kJ/mm, quando a espessu-ra do tubo de aço soldado for 25 a 40 mm, a velocidade de resfriamento de800°C até 500°C no momento do resfriamento da HAZ se torna 2 a 15°C/s.

Mesmo com uma velocidade de resfriamento mais lenta que a usual, no tubode aço soldado da presente invenção tendo a composição acima menciona-da de ingredientes, a bainita intragranular se forma na HAZ, a HAZ se torna150 μπι ou menos em tamanho efetivo de grão, e é obtida uma tenacidade abaixa temperatura superior.

Além disso, o cordão usado para a soldagem é preferivelmentefeito dos ingredientes a seguir, de modo a fazer a composição dos ingredien-tes do metal da solda a faixa explicada mais tarde considerando a diluiçãodos ingredientes pelo material base chapa de aço. Isto é, é uma composiçãode ingredientes contendo, em % em massa, C: 0,010 a 0,120%, Si: 0,05 a0,50%, Mn: 1,0 a 2,5%, e Ni: 2,0 a 8,5%, contendo um ou mais elementosentre Cr, Mo e V em Cr+Mo+V: na faixa de 1,0 a 5,0%, também contendo Al:0,100% ou menos e Ti: 0,050% ou menos, e tendo um saldo de Fe e as ine-vitáveis impurezas. De acordo com a necessidade, B também pode ser inclu-ído em 0,0001 a 0,0050%.

Além disso, será explicada a composição de ingredientes dometal da solda.

C é um elemento extremamente eficaz para melhorar a resis-tência. A inclusão de 0,010% ou mais é preferível. Entretanto, se a quantida-de de C for muito grande, fraturas de solda a baixa temperatura ocorrem fa-cilmente. Em particular, algumas vezes a HAZ na assim chamada porçãotransversal T onde a zona da solda local e a soldagem com costura trans-versal endurecem e a tenacidade é deteriorada. Por esta razão, fazer o limitesuperior da quantidade de C 0,100% é preferível. Para melhorar a tenacida-de do metal da solda, é mais preferível fazer o limite superior 0,050% oumenos.

Si é preferivelmente incluído em uma quantidade de 0,01% oumais de modo a evitar o defeito de bolhas na solda. Por outro lado, se incluí-do excessivamente, a tenacidade a baixa temperatura é notavelmente de-gradada, então o limite superior é preferivelmente feito 0,50% ou menos. Emparticular, quando se executa a soldagem uma pluralidade de vezes, algu-mas vezes a tenacidade a baixa temperatura do metal da solda reaquecidodeteriora, então o limite superior é mais preferivelmente feito 0,40% ou menos.

Mn é um elemento eficaz para garantir um equilíbrio superior en-tre resistência e tenacidade. Um limite inferior de 1,0% ou mais é preferível.Entretanto, se Mn for incluído em uma grande quantidade, é promovida se-gregação. Não apenas a tenacidade a baixa temperatura é deteriorada, mastambém a produção do cordão de solda usado para a soldagem torna-sedifícil, então o limite superior é preferivelmente feito 2,0% ou menos.

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

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 Nise tornar muito grande, as fraturas a alta temperatura são formadas, então olimite superior foi feito 3,2% ou menos.

Cr, Mo, e V são todos elementos que melhoram a capacidadede endurecimento. Para aumentar a resistência do metal da solda, um oumais desses elementos pode ser incluído em um total de 0,2% ou mais. Poroutro lado, se o total de um ou mais entre Cr, Mo e V exceder 2,5%, a tena-cidade a baixa temperatura algumas vezes deteriora, então o limite superioré preferivelmente feito 2,5% ou menos.

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, 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 servem como nú-cleo para a transformação intragranular e contribuem para aumentar a finurado tamanho de grão do metal da solda. A inclusão de 0,003% ou mais é pre-ferível. Por outro lado, se incluirmos Ti em uma grande quantidade, umgrande número de carbonetos é formado e a tenacidade a baixa temperaturaé degradada, então o limite superior é preferivelmente feito 0,050% ou menos.

O é uma impureza. A quantidade de oxigênio que finalmentepermanece no metal da solda é freqüentemente 0,0001% ou mais. Entretan-to, se a quantidade de O permanecer em uma quantidade acima de0,0500%, a quantidade de óxidos brutos torna-se maior e a tenacidade dometal da solda algumas vezes deteriora, então o limite superior é preferivel-mente feito 0,0500% 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 estiver acima de 0,0050%, atenacidade é algumas vezes deteriorado, então o limite superior é preferi-velmente feito 0,0050% ou menos.

O metal da solda algumas vezes inclui outros elementos devidoà diluição a partir do material base chapa de aço, por exemplo, o Cu, Nb, Zr,Ta, Mg, Ca, REM, Y, Hf, Re, W, etc. adicionados seletivamente ao materialbase, e algumas vezes inclui Zr, Nb, Mg, e outros elementos adicionados deacordo com a necessidade de melhorar o refino e a solidificação do cordãode solda. 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 pela sua expansão, é necessária a deformação até a região plás-tica, então a taxa de expansão do tubo tem que ser feita 0,7% ou mais. Ataxa de expansão do tubo mostra a diferença do comprimento circunferencialexterno do tubo de aço após a expansão e o comprimento circunferencialexterno do tubo de aço antes da expansão dividido pelo comprimento circun-ferencial externo do tubo de aço antes da expansão expresso como umaporcentagem. Se a taxa de expansão do tubo for feita maior que 2%, algu-mas vezes a deformação plástica do material base e da zona de soldagemprovoca uma queda na tenacidade. Portanto, a taxa de expansão do tubo épreferivelmente feita 0,7 a 2,0%.

Além disso, a zona de soldagem e a HAZ do tubo de aço sãopreferivelmente tratados termicamente. Em particular, aquecendo-se até 300a 500°C de temperatura, o MA bruto formado ao longo dos limites dos grãosda austenita anterior se decompõe em bainita e cementita fina e a tenacida-de é melhorada. Se a temperatura de aquecimento for menor que 300°C,algumas vezes o MA bruto não se decompõe suficientemente e o efeito demelhoria da tenacidade não é suficiente, então o limite inferior é preferivel-mente feito 300°C ou mais. Por outro lado, se se aquecer a zona de solda-gem até acima de 500°C, formam-se precipitados e a tenacidade do metalda solda algumas vezes deteriora, então o limite superior é preferivelmentefeito 500°C ou menos. Se o MA formado na HAZ reaquecida se decompõeem bainita e cementita, em observação por um SEM, a forma é similar à doMA, mas precipitados finos brancos são incluídos e a diferenciação do MAtorna-se possível.

A zona da solda e a HAZ podem ser tratadas termicamente peloaquecimento a partir da superfície externa por um maçarico ou por aqueci-mento a alta freqüência. O tubo pode ser imediatamente resfriado após suasuperfície externa atingir a temperatura do tratamento térmico, mas preferi-velmente ele á mantido ali por 1 a 600 segundos para promover a decompo-sição do MA. Entretanto, considerando-se o custo dos equipamentos e aprodutividade, o tempo de manutenção é preferivelmente feito 300 segundosou 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 espessuras de 240 mm. Essas placas de aço foram aquecidas até astemperaturas de aquecimento mostradas na Tabela 2 e laminadas a quenteaté 35 a 140 mm nas regiões de temperatura de recristalização de 950°C oumais. Além disso, as operações de laminação a quente foram executadasfazendo-se as razões de redução da laminação nas regiões de não-recris-talização da faixa de temperatura de 900°C até o fim da laminação aquelasrazões de laminação exibidas na Tabela 2. As temperaturas finais das ope-rações de laminação a quente foram feitas Ar3-50°C ou mais. O resfriamentoa água foi iniciado a 750°C e foi interrompido a várias temperaturas.<table>table see original document page 27</column></row><table><table>table see original document page 28</column></row><table><table>table see original document page 29</column></row><table><table>table see original document page 30</column></row><table>Tabela 2

<table>table see original document page 31</column></row><table>

* Razão de redução da laminação é a razão de redução da laminação a900°C ou menos até o fim da laminação.

* Campos em branco no tratamento térmico indicam sem tratamento térmico.

* Itens sublinhados na tabela indicam fora da faixa da presente invenção.Corpos de prova com entalhe em V tendo a direção transversalda chapa como direção longitudinal e tendo entalhes fornecidos em paralelocom a direção da espessura da chapa foram preparados a partir das chapasde aço obtidas com base na JIS Z 2242. As posições de amostragem doscorpos de prova Charpy foram feitos as partes das camadas de superfície,isto é, posições cerca de 2 a 12 mm a partir das superfícies, e as partes1/2t,m isto é, os centros substanciais da espessura. Testes Charpy foramexecutados a -40°C para descobrir a energia de absorção. As propriedadesde tração foram avaliadas usando corpos de prova no padrão API. Note quequando se conforma o material base chapa de aço tendo uma espessura de25 a 40 mm em um tubo de aço soldado, a pequena extensão do efeito datensão introduzida pelo processo de conformação na parte central da espes-sura da chapa é confirmado pela análise pelo método do elemento finito.

As microestruturas das partes centrais das espessuras do mate-rial base chapas de aço foram observadas sob um microscópio ótico, as ra-zões de área da ferrita poligonal e da bainita foram medidas, e as estruturasresiduais foram confirmadas. O material base chapas de aço foram medidasquanto ao tamanho efetivo de grão por EBSP.

A seguir, considerando a diluição pelo 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% oumenos, e Ti: 0,050% ou menos, também contendo, de acordo com a necessi-dade, um ou mais elementos entre Cr, Mo, V com Cr+Mo+V: na faixa de 1,0 a5,0%, contendo B:0,0001 a 0,0050%, e tendo saldo de Fe e as inevitáveis im-purezas foram usados para soldagem a arco submerso por entradas de calorda solda de 4,0 a 10,0 kJ/mm um passe cada a partir das superfícies interna eexterna para preparar juntas de solda. Além disso,algumas das juntas foramtratadas termicamente às temperaturas mostradas na Tabela 2. Note que asamostras foram tiradas de metais de solda e analisadas quanto aos ingredien-tes. As resistências à tração dos metais de solda foram medidas com base nanorma JIS Z 3111. Os ingredientes químicos e as resistências à tração dosmetais de solda estão mostrados na Tabela 3.<table>table see original document page 33</column></row><table><table>table see original document page 34</column></row><table>Pequenas pelas foram tiradas das juntas de solda. Os tamanhosefetivos de grão de suas HAZ's foram medidos por EBSP. Além disso, a bai-nita formada em formas aciculares começando a partir das inclusões foi de-finida como a bainita intragranular e medida quanto à razão de área. Alémdisso, a energia de absorção Charpy da HAZ foi medida com base na JIZ Z2242 usando corpos de prova com entalhe em V a -40°C. Foram fornecidosentalhes em V em posições no lado do material base a 1 mm das linhas defusão. A medição foi conduzida a -40°C. Além disso, a direção vertical dalargura foi feita a direção longitudinal do corpo de prova, o metal da solda foifeito o centro substancial da parte paralela, foram tirados corpos de prova danorma API, e testes de tração foram executados pra julgar a posição da fra-tura. Os resultados estão mostrados na Tabela 4. A estrutura transformadaintragranular da Tabela 4 é a razão de área da bainita intragranular.

Note que alguns dos materiais base chapas de aço foram con-formados pelo processo UO, soldados por soldagem a arco submerso, e ex-pandidos para se obter tubos de aço que foram investigados quanto às mi-croestruturas e propriedades mecânicas. Essas foram confirmadas comosendo equivalentes às microestruturas e propriedades mecânicas dos mate-riais base das chapas de aço e das HAZ's das juntas.<table>table see original document page 36</column></row><table><table>table see original document page 37</column></row><table>As produções nos 1 a 14 são exemplo da invenção. O materialbase chapas de aço tiveram tamanhos efetivos de grão de 20 μηι ou menose as HAZ's tiveram tamanhos efetivos de grão de 150 μηι ou menos. Alémdisso, os materiais bases e HAZ's tiveram energias de absorção Charpy a -40°C excedendo 50 J e boa tenacidade a baixa temperatura. Nesses exem-plos da invenção, as posições de fratura nos testes de tração das juntas fo-ram os materiais base, e o amolecimento da HAZ não se tornou um problema.

Por outro lado, as produções nos 15 a 19 e 22 tiveram ingredien-tes do material base chapa de aço e ingredientes do metal da solda fora dafaixa da presente invenção, enquanto os aços nos 20, 21, 24 e 25 tiveramingredientes dos materiais base chapas de aço fora da faixa da presenteinvenção.As produções nos 23, 26 e 27 tiveram condições de produção dosmateriais base chapas de aço fora da faixa da presente invenção. Conformemostrado na Tabela 4, esses são exemplos comparativos. Entre esses, aprodução n° 15 é um exemplo onde a quantidade de C era pequena, a razãode área da ferrita poligonal aumentou, e a resistência à tração diminuiu. A-lém disso, as produções nos 16 e 17 tiveram grandes quantidades de C eMn, tiveram maiores resistências, e diminuíram em tenacidade do materialbase chapa de aço e da HAZ do tubo de aço soldado. As produções nos 18 e19 tiveram grandes quantidades das impurezas PeSe diminuíram em tena-cidade.

Além disso, a produção n° 20 teve uma grande quantidade deTi, a produção n° 21 teve uma grande quantidade de oxigênio, e a produçãon° 22 teve uma pequena quantidade de Ti, então o tamanho efetivo de grãoda HAZ tornou-se maior e a tenacidade deteriorou. O n° 21 teve uma grandequantidade de oxigênio e a tenacidade deteriorada do material base chapade aço. A produção n° 24 teve baixos valores de Ceq e Pcm1 então a resis-tência diminuiu, enquanto a produção n° 25 teve altos valores de Ceq e Pcm,então a resistência do material base chapa de aço torna-se maior, a tenaci-dade deteriorou, e além disso a fórmula 3 não foi satisfeita, então a tenaci-dade da HAZ deteriorou e a amostra fraturou na HAZ como resultado de umteste de tração da junta.

Além disso, as produções nos 23 e 26, conforme mostrado naTabela 2, tiveram pequenas razões de redução da laminação, então o tama-nho efetivo de grão do material base chapa de aço tornou-se maior e a tena-cidade do material base chapa de aço deteriorou. A produção n° 27 teveuma alta temperatura de parada de resfriamento após a laminação a quente,então a resistência diminuiu. Além disso, as produções nos 16, 17 e 25 tive-ram alta resistência do material base chapas de aço, então fraturaram naHAZ como resultado do teste de tração da junta.

Claims (13)

1. Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura compre-endendo o tubo de aço obtido pela soldagem com costura do material basechapa de aço conformado em forma de tubo, caracterizado pelo fato de queo 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%,S: 0,0001 a 0,0050%,Ti: 0,003 a 0,030%,Mo: 0,10 a 1,50%, eO: 0,0001 a 0,0080%, limitaP: 0,050% ou menos eAl: 0,020% ou menos, etem um saldo de ferro e as inevitáveis impurezas, o Ceq calcu-lado da fórmula 1 a seguir é 0,40 a 0,56, o Pcm calculado pela fórmula 2 aseguir é 0,16 a 0,21, a fórmula 3 a seguir é satisfeita, a microestrutura domencionado material base chapa de aço é compreendida de uma razão deárea de 30% ou menos de ferrita poligonal e uma razão de área de 70% oumais de bainita, um tamanho efetivo de grão de 20 μίτι ou menos, e um ta-manho efetivo de grão da zona afetada pelo calor da solda de 150 μιη oumenos: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 2-10C+100AI+5Mo+5Ni < 3,3 fórmula 3onde C, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V, B e Al são teores (em % em massa) doselementos.

2. Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acor-do com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espessura do ma-terial base chapa de aço é de 25 a 40 mm.

3. Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acor-do com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o limite de re-sistência à tração do mencionado material base chapa de aço usando a di-reção circunferencial do mencionado tubo de aço como direção de tração éde 600 a 800 MPa.

4. Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acor-do com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato deque o mencionado material base chapa de aço também contém, em % emmassa, um ou ambos entreCu: 0,05 a 1,50% eNi: 0,05 a 5,00%.

5. Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acor-do com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato deque o mencionado material base chapa de aço também contém, em % emmassa, um ou mais elementos entreCr: 0,02 a 1,50%,V: 0,010 a 0,100%,Nb: 0,001 a 0,200%,Zr: 0,0001 a 0,500%, eTa: 0,0001 a 0,0500%.

6. Tubo de aço soldado de alta resistência e paredes grossaspara uso em oleoduto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que o mencionado material base chapa de açotambém contém, em % em massa, um ou mais elementos 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 e paredes grossaspara uso em oleoduto superior em tenacidade a baixa temperatura de acor-do com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato deque o metal da solda contém, em % em massa,C: 0,010 a 0,100%,Si: 0,01 a 0,50%,Mn: 1,0 a 2,0%,Ni: 0,2 a 3,2%,Cr+Mo+V: 0,2 a 2,5%,Al: 0,001 a 0,100%,Ti: 0,003 a 0,050%, e- 0,0001 a 0,0500%, limita- 0,020% ou menos e- 0,010% ou menos, etem um saldo de ferro e as inevitáveis impurezas.

8. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resistên-cia e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidade a bai-xa temperatura caracterizado pela produção do aço durante a qual se adi-ciona Si e Mn para uma desoxidação fraca, e então adiciona-se Ti para ajus-tar os ingredientes como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 e- 4 a 6, lingotando-se o aço, laminando-se a quente a placa de aço obtida, etambém conformando a chapa de aço obtida em forma de um tubo e soldan-do com costura as partes adjacentes.

9. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resistên-cia e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidade a bai-xa temperatura de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo aqueci-mento da mencionada placa de aço até 1000°C ou mais,laminação a quenteda mesma a partir de 900°C para baixo a uma taxa de redução de laminaçãoaté o final da laminação de 2,5 ou mais, e resfriando a água a uma tempera-tura de parada de 600°C ou menos.

10. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidade abaixa temperatura de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelaconformação do mencionado material base chapa de aço em forma de tubopelo processo UO1 soldagem das partes adjacentes a partir das superfíciesinterna e externa por soldagem a arco submerso, e então expandindo-se otubo.

11. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidade abaixa temperatura de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fatode que a entrada de calor da mencionada soldagem a arco submerso é de-4,0 a 10,0 kJ/mm.

12. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidade abaixa temperatura de acordo com as reivindicações 8 a 11, caracterizadopelo tratamento térmico da zona de soldagem com costura.

13. Método de produção de tubo de aço soldado de alta resis-tência e de parede grossa para uso em oleoduto superior em tenacidade abaixa temperatura de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo tra-tamento térmico da zona de soldagem com costura na faixa de 300 a 500°C.