BRPI0909042B1

BRPI0909042B1 - Aço inoxidável usado para produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos

Info

Publication number: BRPI0909042B1
Application number: BRPI0909042-8A
Authority: BR
Inventors: Hisahi Amaya; Kunio Kondo; Hideki Takabe; Taro Ohe
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2020-03-24
Also published as: AU2009230545A1; EP2256225A1; BRPI0909042A2; JPWO2009119048A1; RU2449046C1; JP4577457B2; CN101981215A; ES2674255T3; EP2256225A4; MX2010010435A; AR070745A1; WO2009119048A1; EP2256225B1; CA2717104A1; CA2717104C; AU2009230545B2; US20110014083A1; BRPI0909042B8

Abstract

aço inoxidável usado para produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos trata-se de aço inoxidável para um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos que de acordo com a invenção inclui, em por cento por massa, 0,001 % a 0,05% de c, 0,05% a 1% de si, no máximo 2% de mn, no máximo 0,03% de p, menos que 0,002% de s, 16% a 18% de cr, 3,5% a 7% de ni, mais que 2% e no máximo 4% de mo, 1,5% a 4% de cu, 0,001 % a 0,3% de metal ferroso raro, 0,001% a 0,1% de sol. al, 0,0001% a 0,01% de ca, no máximo 0,05% de o, e no 10 máximo 0,05% de n, e o equilibro consiste em fe e impurezas. o aço inoxidável de acordo com a invenção inclui rem e, portanto, possui alta resistência à scc em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura.

Description

AÇO INOXIDÁVEL USADO PARA PRODUTOS TUBULARES EMPREGADOS NOS CAMPOS PETROLÍFEROS.

CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se a aço inoxidável e mais especificamente ao aço inoxidável usado para produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos para uso em poços de gás ou poços petrolíferos.

TÉCNICA ANTECEDENTE [002] O petróleo ou gás natural produzido a partir de poços petrolíferos ou poços de gás contém gás de corrosão associado, tal como gás dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio. Portanto, os produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos usados para produzir petróleo ou gás natural necessitam de alta resistência à corrosão.

[003] O aço-carbono ou aço de baixa liga tem sido usado como um aço para produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos. À medida que os produtos começaram a ser usados em um ambiente de corrosão mais forte em um poço petrolífero ou um poço de gás, tem se usado o aço inoxidável martensítico SUS420 (aço baseado em 13% de Cr) dotado de um conteúdo de Cr de cerca de 13% ou aço inoxidável dotado de alta resistência à corrosão, tal como aço baseado em 13% de Cr melhorado produzido ao se adicionar Ni ao aço baseado em 13% de Cr.

[004] Recentemente, a perfuração de poço de gás ou de petróleo profundo criou uma demanda por produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos que possui rigidez mais alta para tais poços de petróleo ou gás profundos. Ademais, em um poço de petróleo ou de gás profundo, cria-se um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura, tão alta quanto 150°C ou mais, que inclui sulfeto de hidrogênio e gás dióxido de carbono, e precisa-se de resistência à corrosão ainda maior do que o produto tubular empregado nos campos petrolíferos convencional. Em tal ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura que inclui sulfeto de hidrogênio e gás dióxido de carbono, pode-se usar aço inoxidável bifásico dotado de resistência

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2/23 à corrosão e rigidez mais altas do que o aço inoxidável convencional. O aço inoxidável bifásico, no entanto, contém uma grande quantidade de elementos de liga e, portanto, o custo de fabricação é alto.

[005] O documento JP 2005-336595 A (daqui em diante referido como “Documento de Patente 1”), o JP 2006-16637 A (daqui em diante referido como “Documento de Patente 2”), e o JP 2007-332442 A (daqui em diante referido como “Documento de Patente 3”) propõem o uso de tubos de aço inoxidável que contenham menos elementos de liga do que o aço inoxidável bifásico dotado de alta rigidez e alta resistência à corrosão em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura que inclui gás dióxido de carbono. Os tubos de aço inoxidável revelados por esses Documentos de Patente possuem, cada um, um conteúdo de Cr maior do que o aço baseado em 13% de Cr convencional, tal que pode-se melhorar a resistência à corrosão.

[006] Mais especificamente, na revelação do Documento de Patente 1, o conteúdo de Cr do tubo de aço inoxidável é de 15,5% a 18%, o que é maior que o do aço baseado em 13% de Cr convencional. Ademais, quando se estabelece Cr + Mo + 0,3 Si - 43,5 C - 0,4 Mn-Ni - 0,3 Cu - 9 N > 11,5, o aço possui uma estrutura bifásica que inclui uma fase ferrítica e uma fase martensítica, de modo que a trabalhabilidade a quente do produto tubular empregado nos campos petrolíferos seja melhorada. A estrutura bifásica poderia diminuir a resistência à corrosão, à medida que, quando o Ni, Mo, e Cu que melhoram a resistência à corrosão são adicionados de modo que se estabeleça Cr + 0,65 Ni + 0,6 Mo + 0,55 Cu - 20 C > 19,5, se previna a redução na resistência à corrosão do produto tubular empregado nos campos petrolíferos.

[007] De maneira similar, de acordo com a revelação do Documento de Patente 2, o conteúdo de Cr do aço inoxidável é de 15,5% a 18% e o Ni que melhora a resistência à corrosão é contido. A composição química do aço inoxidável revelado por esse documento é parecida com aquela no Documento de Patente 1, mas o Mo não é um elemento essencial, e, portanto, propõe-se

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3/23 um projeto de liga menos dispendioso. Em adição, o Cu também é um elemento opcional.

[008] O aço inoxidável revelado pelo Documento de Patente 3 contém de 14% a 18% de Cr, assim como de Ni, Mo, e Cu, de modo que se obtenha a alta resistência à corrosão. Ademais, o aço inclui uma fase martensítica e de 3% a 15% de fase austenítica por volume, e, portanto, melhora a dureza.

[009] Os tipos de aço inoxidável revelados pelos Documentos de Patente 1 a 3 certamente contêm uma quantidade de Cr maior do que o aço baseado em 13% de Cr convencional e adicionam-se elementos de liga, tais como Ni, Mo, e Cu, de modo que se reduza a taxa de corrosão em um ambiente de corrosão em alta temperatura. Por exemplo, em uma modalidade no Documento de Patente 1, que usa uma solução aquosa de 20 % de peso de NaCl a 230°C em uma atmosfera de CO2 de 100 atm, examinou-se a taxa de corrosão (mm/ano) e estabeleceu-se que a taxa de corrosão foi reduzida (vide Tabela 2 no Documento de Patente 1).

[0010] No entanto, concluiu-se, com base na investigação dos inventores, que o uso do aço inoxidável dotado de um alto conteúdo de Cr em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura que contém gás dióxido de carbono diminui a taxa de corrosão, porém é mais provável de ocorrer o SCC (Trincamento atribuível à Corrosão sob Tensão).

[0011] No aço inoxidável convencional tal como o aço com 13% de Cr, a taxa de corrosão é extremamente alta em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura. Portanto, enquanto gera-se corrosão generalizada, não se gera o SCC, que é um trincamento local. Por outro lado, quando o conteúdo de Cr é maior que o conteúdo no aço inoxidável convencional, a taxa de corrosão é diminuída, conforme revelado pelos Documentos de Patente 1 a 3. A redução na taxa de corrosão é causada por uma película passiva que se forma na superfície do aço inoxidável. No entanto, a película passiva é localmente enfraquecida e destruída em um ambiente em alta temperatura. A parte destruída é mais provável a ser dissolvida, e essa dissolução é

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4/23 provavelmente a causa do SCC.

[0012] Portanto, o aço inoxidável usado em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura que contém gás dióxido de carbono, é necessário não somente para reduzir a taxa de corrosão, mas também para melhorar a resistência ao SCC.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0013] É um objetivo da presente invenção fornecer aço inoxidável para produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos dotados de alta resistência à corrosão em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura com gás dióxido de carbono contido nele a 150°C ou mais. Mais especificamente, é fornecer aço inoxidável para produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos dotados de uma taxa de corrosão reduzida e alta resistência ao SCC em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura com gás dióxido de carbono contido nele.

[0014] Os inventores consideraram que seria necessário adicionar pelo menos Cr de 16 % de massa e uma pequena quantidade de Mo ao aço a fim de reduzir a taxa de corrosão em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura com gás dióxido de carbono contido nele a 150°C ou mais. No entanto, o Cr e Mo são elementos formadores de ferrita e, portanto, se pelo menos o Cr de 16 % de massa e uma pequena quantidade de Mo estiverem contidos, a maior parte da estrutura de aço torna-se um fase ferrítica e, portanto, não se pode obter alta rigidez.

[0015] Por outro lado, uma fase austenítica a altas temperaturas é estabilizada ao se adicionar Ni, que é um elemento formador de austenita, de modo que uma fase martensítica seja formada ao se resfriar bruscamente e uma estrutura de aço de alta rigidez é obtida. No entanto, se a quantidade de Ni for muito grande, a temperatura inicial para a transformação de martensita (ponto de Ms) é diminuída e, portanto, não se gera a transformação de martensita nem a temperaturas ambiente, de modo que não se forneça alta rigidez. Portanto, quando o conteúdo de Ni é ajustado de maneira apropriada, forma-se a estrutura

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5/23 que inclui, principalmente, uma fase martensítica e cerca de pelo menos 10% de fase ferrítica por volume e pode-se fornecer alta rigidez.

[0016] O cobre (Cu) intensifica, de maneira efetiva, uma fase ferrítica, e, portanto, pode-se fornecer uma estrutura de alta rigidez ao se adicionar Cu. Em 5 adição, o Cu reduz a taxa de corrosão em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura e melhora a resistência ao SCC.

[0017] Com base nos achados anteriores, os inventores concluíram que o aço inoxidável dotado de rigidez determinado e taxa de corrosão reduzida pode ser fornecido quando o aço contiver 16% a 18% de Cr, mais do que 2% e 10 não mais do que 4% de Mo, 3,5% a 7% de Ni, e 1,5% a 4% de Cu.

[0018] Os inventores também concluíram que ao se adicionar pelo menos uma quantidade determinada de um metal ferroso raro (REM) na composição química descrita acima, resulta-se a alta resistência ao SCC mesmo em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura com gás dióxido de 15 carbono contido nele. Agora, isso será descrito em detalhes.

[0019] Os inventores prepararam aço inoxidável dotado de composições químicas na Tabela 1 e esses tipos de aço inoxidável foram avaliados por sua resistência ao SCC.

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Tabela 1

Número do aço	Composição química (unidade: % de massa, o equilíbrio consiste em Fe e impurezas)
C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr	Ni	Mo	sol.Al	Ca	N	O	REM
A1	0,019	0,31	0,51	0,016	0,0009	1,9	17,1	3,9	2,4	0,029	0,0010	0,020	0,003	0,0001
A2	0,018	0,30	0,55	0,015	0,0010	2,0	17,2	4,2	2,5	0,030	0,0008	0,018	0,005	0,0002
A3	0,021	0,29	0,52	0,017	0,0010	2,1	16,9	4,1	2,5	0,029	0,0013	0,016	0,006	0,0005
A4	0,020	0,29	0,49	0,016	0,0008	2,0	17,0	4,0	2,6	0,028	0,0016	0,019	0,003	0,0011
A5	0,019	0,31	0,51	0,015	0,0010	1,9	17,2	4,1	2,4	0,032	0,0011	0,022	0,005	0,0028
A6	0,019	0,31	0,50	0,016	0,0009	1,9	17,1	4,1	2,4	0,029	0,0009	0,018	0,003	0,03

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7/23 [0020] Com referência à Tabela 1, nas classes do aço inoxidável com números de A1 a A6, as composições químicas são as mesmas exceto para os REM. O conteúdo de REM é diferente dentre as classes de aço inoxidável numeradas na faixa de 0,0001% a 0,03%. Ademais, essas classes numeradas de aço inoxidável foram submetidas à têmpera-revenido, tal que o limite de escoamento de cada tipo de aço inoxidável foi ajustado na faixa de 860 MPa a 900 MPa. As estruturas dessas classes numeradas de aço inoxidável incluem, em porcentagem de volume, 60% de fase martensítica, 30% de fase ferrítica, e 10% de fase austenítica.

[0021] Um espécime para teste de flexão de quatro pontos que tem um comprimento de 75 mm, uma largura de 10 mm, e uma espessura de 2 mm foi amostrado a partir de cada uma das classes numeradas de aço inoxidável. Os espécimes amostrados foram submetidos a uma carga de flexão por flexão em quatro pontos. No momento, a quantidade de flexão de cada espécime foi determinada de acordo com a ASTM G39 tal que a tensão aplicada em cada espécime foi igual ao limite de escoamento de cada espécime.

[0022] Cada espécime flexionado foi imerso por um mês em uma solução aquosa de NaCl de 25 % por peso em uma autoclave a 204°C (400F) dotado de CO2 contido nele sob uma pressão de 30 atm. Após a imersão por um mês, examinou-se cada espécime para a presença de SCC. Mais especificamente, observou-se uma seção longitudinal de cada espécime com um microscópio óptico com ampliação de 100x e determinada para a presença/ausência de SCC através de inspeção visual.

[0023] Dá-se o resultado do teste na Figura 1. Na Figura 1, a abscissa representa o conteúdo de REM (% por massa) e a ordenada representa a presença/ausência de SCC. Na Figura 1, o símbolo · em SCC presente na ordenada indica a presença de SCC, enquanto o símbolo · em nenhum SCC indica a ausência de SCC. Conforme pode-se ver perfeitamente a partir da Figura 1, quando o conteúdo de REM era não menos que 0,001 %, não se gerou nenhum SCC mesmo em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta

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8/23 temperatura com gás dióxido de carbono contido nele. Muito embora não se saiba exatamente como o REM melhora a resistência ao SCC, isso pode ser pela seguinte razão.

[0024] Como resultado de uma observação microscópica dos espécimes de aço inoxidável que tiveram SCC nos testes supradescritos, encontrou-se que o SCC foi gerado a partir de uma cavidade e propagado ao longo de um limite anterior de grão de austenita em uma estrutura predominante de martensita. Isso pode sugerir que os comportamentos de acumulação dos deslocamentos em direção ao limite anterior de austenita sob tensão e a propagação de trinca são correlacionados de alguma forma. Então, o REM provavelmente tem algum efeito nos comportamentos de acumulação dos deslocamentos em direção ao limite anterior de austenita e pode-se melhorar a resistência ao SCC do aço inoxidável que contém pelo menos 0,001 % de REM. Nota-se que as classes de aço inoxidável com N^ A1 a A3 continham 0,0008% a 0,0013% de Ca, mas seus conteúdos de REM eram menos que 0,001% e, portanto, gerou-se SCC. Portanto, pelo menos 0,001% de conteúdo de REM contribuiu com o melhoramento da resistência ao SCC mais do que o Ca contribuiu.

[0025] Os inventores concluíram a seguinte invenção com base nos achados anteriores.

[0026] O aço inoxidável usado para produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos de acordo com a invenção inclui, em por cento por massa, 0,001% a 0,05% de C, 0,05% a 1% de Si, no máximo 2% de Mn, no máximo 0,03% de P, menos que 0,002% de S, 16% a 18% de Cr, 3,5% a 7% de Ni, mais que 2% e no máximo 4% de Mo, 1,5% a 4% de Cu, 0,001% a 0,3% de metal ferroso raro, 0,001% a 0,1% de sol.Al, 0,0001% a 0,01% de Ca, no máximo 0,05% de O, e no máximo 0,05% de N, e o equilíbrio consiste em Fe e impurezas.

[0027] O aço inoxidável de acordo com a invenção preferivelmente inclui mais adiante, no lugar de uma parte de Fe, pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em no máximo 0,5% de Ti, no máximo 0,5% de Zr, no

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9/23 máximo de 0,5% de Hf, no máximo 0,5% de V, e no máximo 0,5% de Nb.

[0028] Desse modo, pode-se reduzir a geração de uma cavidade atribuível a uma camada esgotada de Cr.

[0029] O aço inoxidável descrito acima possui, preferivelmente, uma estrutura que inclui, em percentual de, 10% a 60% de fase ferrítica e 2% a 10% de fase austenítica residual.

[0030] O aço inoxidável de acordo com a invenção possui, preferivelmente, um limite de escoamento de pelo menos 654 MPa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0031] A Figura 1 é um gráfico que mostra a relação entre os conteúdos de metal ferroso raro em aço inoxidável e SCC.

MELHOR MODO DE REALIZAR A INVENÇÃO [0032] Agora, as modalidades da invenção serão descritas em detalhes. O aço inoxidável de acordo com a invenção é aplicável a produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos para uso em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura com gás dióxido de carbono contido nele a 150°C ou mais. Daqui por diante, esse ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura com gás dióxido de carbono contido nele a 150°C ou mais será simplesmente referido como “ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura.”

1. Composição química [0033] O aço inoxidável de acordo com a invenção possui a seguinte composição química. Daqui por diante, “%” relacionado aos elementos, significa “% por massa.”

C: 0,001% a 0,05% [0034] O Carbono (C) forma carboneto com Cr e diminui a resistência à corrosão do aço em um a ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura. Portanto, o conteúdo de C é preferivelmente tão pequeno quanto possível. Portanto, o limite superior do conteúdo de C é 0,05%. Nota-se que o limite inferior para o conteúdo de C, que pode ser substancialmente controlado,

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10/23 é 0,001%.

Si: 0,05% a 1%.

[0035] O Silicone (Si) desoxida o aço no processo de refinação. Para se obter o efeito, o limite inferior para o conteúdo de Si é 0,05%. Por outro lado, um conteúdo de S excessivo não apenas satura o efeito de desoxidação, como também diminui a trabalhabilidade a quente do aço. Portanto, o limite superior para o conteúdo de Si é 1%.

Mn: 2% ou menos [0036] O manganês (Mn) melhora a rigidez do aço. No entanto, um conteúdo de Mn excessivo é mais provável a ocasionar a segregação do aço. A segregação no aço diminui a dureza do aço e também diminui a resistência ao SCC em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura. Portanto, o conteúdo de Mn não é mais que 2%. O conteúdo de Mn é, preferivelmente, não menos que 0,2% a fim de melhorar a rigidez. No entanto, se o conteúdo de Mn é menos que 0,2%, a rigidez do aço é melhorada até um certo ponto.

P: 0,03% ou menos [0037] O fósforo (P) é uma impureza e diminui resistência ao SSC (trincamento atribuível à tensão do sulfeto) e a resistência ao SCC em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura. Portanto, o conteúdo de P é preferivelmente tão pequeno quanto possível. O conteúdo de P é, portanto, não mais que 0,03%.

S: menos que 0,002% [0038] O enxofre (S) combina com Mn ou similar e forma uma inclusão. A inclusão formada torna-se uma origem para uma cavidade ou SCC e diminui a resistência à corrosão do. Em adição, o S diminui a trabalhabilidade a quente do aço. Portanto, o conteúdo de S é preferivelmente tão pequeno quanto possível. Portanto, o conteúdo de S é menos que 0,002%.

Cr: 16% a 18% [0039] O cromo (Cr) é um elemento essencial que melhora a resistência

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11/23 à corrosão em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura. A fim de se alcançar alta resistência ao SCC no ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura, o limite inferior para o conteúdo de Cr é 16%. Por outro lado, uma vez que o Cr é um elemento formador de ferrita, um conteúdo de Cr excessivo aumenta a razão de uma fase ferrítica na estrutura de aço e diminui a rigidez do aço. Ademais, diminui a razão de uma fase austenítica residual, o que diminui a dureza do aço. Portanto, o limite superior para o conteúdo de Cr é 18%. O conteúdo de Cr é preferivelmente de 16,5% a 17,5%.

Ni: 3,5% a 7% [0040] O níquel (Ni) melhora a resistência à corrosão em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura e também melhora a dureza do aço. A fim de se obter esses efeitos, o limite inferior para o conteúdo de Ni é 3,5%. Por outro lado, o Ni é um elemento formador de austenita e um conteúdo de Ni excessivo aumenta a razão de uma fase austenítica residual na estrutura de aço, o que diminui a rigidez do aço. Portanto, o limite superior para o conteúdo de Ni é 7%. O conteúdo de Ni é preferivelmente de 3,5% a 6,5%, mais preferivelmente de 3,8% a 5,8%.

Cu: 1,5% a 4% [0041 ] O cobre (Cu) diminui a taxa de dissolução do aço em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura e também melhora a resistência ao SCC do aço. Em adição, o Cu fortalece uma fase ferrítica na estrutura do aço. A fim de se obter esses efeitos, o limite inferior para o conteúdo de Cu é 1,5%. Por outro lado, um conteúdo de Cu excessivo diminui a trabalhabilidade a quente do aço. Portanto, o limite superior para o conteúdo de Cu é 4%. O conteúdo de Cu é preferivelmente de 1,5% a 3,0%, mais preferivelmente de 1,5% a 2.5%.

Mo: mais que 2% e não mais que 4% [0042] O molibdênio (Mo) melhora a resistência à corrosão localizada e a resistência ao SCC do aço quando coexiste com o Cr. A fim de se obter os efeitos, o conteúdo de Mo é mais que 2%. Por outro lado, o Mo é um elemento

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12/23 formador de ferrita e, portanto, um conteúdo de Mo excessivo aumenta a razão de uma fase ferrítica na estrutura do aço, o que diminui a rigidez. Portanto, o conteúdo de Mo é não mais que 4%. O conteúdo de Mo é preferivelmente de 2,1% a 3,3%, mais preferivelmente de 2,3% a 3,0%.

Sol.Al: 0,001% a 0,1% [0043] O alumínio (Al) desoxida o aço no processo de refinação. A fim de se obter o efeito, o limite inferior para o conteúdo de Al é 0,001%. Por outro lado, um conteúdo de Al excessivo faz com que uma grande quantidade de uma inclusão de alumina seja gerada no aço, o que diminui a dureza do aço. Portanto, o limite superior para o conteúdo de Al é 0,1%. Nota-se que o conteúdo de Al no relatório significa o conteúdo de alumínio solúvel por ácido (sol. Al).

Ca: 0,0001% a 0,01% [0044] O cálcio (Ca) desoxida o aço no processo de refinação. Em adição, o Ca melhora a trabalhabilidade a quente. A fim de se obter esses efeitos, o limite inferior para o conteúdo de Ca é 0,0001%. Por outro lado, um conteúdo de Ca excessivo faz com que uma grande quantidade de uma inclusão, tal como CaO seja gerada no aço, o que diminui a dureza do aço. Ademais, a inclusão tal como CaO forma uma origem para uma cavidade. Portanto, o limite superior para o conteúdo de Ca é 0,01%.

N: 0,05% ou menos [0045] O nitrogênio (N) estabiliza uma fase austenítica e também melhora a resistência à corrosão localizada. Por outro lado, um conteúdo de N excessivo faz com que diversos nitretos sejam formados no aço, o que diminui a dureza do aço. Portanto, o conteúdo de N é não mais que 0,05%. A fim de se obter, de maneira efetiva, o efeito, o limite inferior para o conteúdo de N é preferivelmente 0,005%.

O: 0,05% ou menos [0046] O oxigênio (O) é uma impureza e combina com um outro elemento para formar óxido, o que diminui a dureza e a resistência à corrosão do aço.

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Portanto, o conteúdo de O é preferivelmente tão pequeno quanto possível. Portanto, o conteúdo de O é não mais que 0,05%.

Metais ferrosos raros: 0,001% a 0.3% [0047] Os metais ferrosos raros (REM) são importantes elementos de acordo com a invenção. O REM melhora a resistência ao SCC em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura, conforme descrito acima. A fim de se obter o efeito, o limite inferior para o conteúdo de REM é 0,001 %. Por outro lado, um conteúdo de REM excessivo satura o efeito. Portanto, o limite superior para o conteúdo de REM é 0,3%. O conteúdo de REM é preferivelmente de 0,001% a 0,1%, mais preferivelmente de 0,001% a 0,01%.

[0048] Nota-se que o REM, de acordo com a invenção, refere-se a ítrio (Y) com número atômico 39 e lantanóides para lantânio (La) com número atômico 57 para lutécio (Lu) com número atômico 71.

[0049] O aço inoxidável de acordo com a invenção contém pelo menos um do supra REM. Portanto, o conteúdo de REM significa o conteúdo total de pelo menos um selecionado a partir de uma pluralidade de REM descritos acima. [0050] O equilíbrio da composição química inclui Fe e impurezas.

[0051] O aço inoxidável de acordo com a invenção contém pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Ti, Zr, Hf, V, e Nb no lugar de uma parte de Fe caso seja necessário.

Ti: 0,5% ou menos

Zr: 0,5% ou menos

Hf: 0,5% ou menos

V: 0,5% ou menos

Nb: 0,5% ou menos [0052] O titânio (Ti), zircônio (Zr), háfnio (Hf), vanádio (V), e nióbio (Nb) não são elementos essenciais e adicionados como elementos opcionais. Esses elementos, cada um fixa C e reduz a geração de carboneto de Cr. Portanto, a geração de uma cavidade atribuível a uma camada esgotada de Cr formada ao redor do carboneto de Cr é reduzida e reduz-se a sensitividade à SCC. No

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14/23 entanto, um conteúdo excessivo de quaisquer desses elementos diminui a dureza do aço. Portanto, os limites superiores para os conteúdos desses elementos são, cada um, 0,5%. A fim de se obter de maneira efetiva o efeito supradescrito, os limites inferiores para os conteúdos desses elementos são, cada um, preferivelmente 0,005%. Nota-se, no entanto, que se os conteúdos desses elementos forem menos que o limite inferior preferível, o efeito supradescrito é obtido ate um certo ponto.

2. Método de Fabricação [0053] O aço inoxidável de acordo com a invenção pode ter a seguinte estrutura realizando-se a têmpera-revenido como tratamento térmico, de modo que possa se fornecer a resistência à corrosão pretendida e rigidez necessária quando este é usado como produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos. Agora, um método de fabricação de um tubo de aço inoxidável de acordo com a invenção será descrito por meio de exemplo.

[0054] O aço dotado com a composição química supradescrita é derretido e transformado em um tarugo. O tarugo produzido é submetido a elaboração a quente e transformado em um tubo de aço inoxidável. Um método de Mannesmann, por exemplo, é empregado como a elaboração a quente para fazer um tubo de aço sem costura. Nota-se que a elaboração a quente pode ser extrusão a quente ou forjamento a quente.

[0055] O tubo de aço inoxidável produzido é submetido à têmpera e revenido. No momento, a temperatura da têmpera preferível é de 900°C a 1.200°C, e a temperatura do revenido preferível é de 450°C a 650°C.

3. Estrutura [0056] A estrutura do aço inoxidável produzida pelo método supradescrito inclui, em percentual por volume, 10% a 60% de fase ferrítica e 2% a 10% de fase austenítica residual.

[0057] Agora, a porcentagem de volume da fase ferrítica é obtida através do seguinte método. Um espécime que tem sua superfície polida é causticado usando-se uma solução de mistura de água-régia e glicerina. Ao se usar o

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15/23 espécime causticado, a razão da área da fase ferrítica na superfície do espécime é medida através de um método de contagem de ponto, de acordo com o documento JISG0555. A razão da área medida é usada como uma porcentagem de volume. A porcentagem de volume da fase austenítica residual é medida através de difração a raios x.

[0058] Nota-se que na estrutura do aço inoxidável, a porção diferente da fase ferrítica e da fase austenítica residual é principalmente uma fase martensítica revenida. A fase de carboneto, nitreto, boreto e uma de Cu podem ser incluídas diferentes da fase martensítica.

[0059] O aço inoxidável de acordo com a invenção possui a estrutura supradescrita, de modo que o limite de escoamento seja não menos que 654 MPa (isso corresponde a 95 ksi). O limite de escoamento pode ser ajustado para 758 MPa (o que corresponde a 110 ksi) ou mais e mais adiante para 862 MPa (o que corresponde a 125 ksi) ou mais. O limite de escoamento neste relatório refere-se a 0,2% de limite de escoamento de desvio baseado no padrão ASTM.

[0060] O aço inoxidável de acordo com a invenção possui alta dureza uma vez que ele contém a fase austenítica residual tanto quanto a porcentagem de volume supradescrita na estrutura.

Exemplos [0061] Uma pluralidade de tipos de aço inoxidável dotados de diversas composições químicas for produzida e examinada por sua resistência ao SCC em um ambiente de solução aquosa de cloreto em alta temperatura.

Fabricação de Espécimes [0062] Uma pluralidade de tipos de aço inoxidável dotados de composições químicas na Tabela 2 foi derretida.

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Tabela 2

Núme ro do aço	Composição química (unidade: % de massa, o equilíbrio consiste em Fe e impurezas)
C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr	Ni	Mo	sol.Al	Ca	N	O	REM	Ti	Zr	Hf	V	Nb
1	0,02 2	0,36	0,51	0,01 7	0,001	2,4	16,3	3,6	2,4	0,014	0,0003	0,019	0,005	0,03 a)	-	-	-	-	-
2	0,01 1	0,39	0,65	0,01 8	0,0008	1,6	17,6	6,3	2,1	0,039	0,0005	0,044	0,018	0,002 a)	-	-	-	-	-
3	0,01 8	0,38	1,28	0,01 9	0,0009	3,3	17,2	3,9	2,2	0,029	0,001	0,011	0,003	0,001 a)	-	-	-	-	-
4	0,03 2	0,84	1,79	0,01 7	0,001	1,7	16,3	4,5	3,5	0,021	0,0015	0,016	0,004	0,008 c)	-	-	-	-	-
5	0,04 2	0,29	0,23	0,01 1	0,0015	3,5	17,8	6,2	3,6	0,033	0,0005	0,008	0,004	0,019 b)	-	-	-	-	-
6	0,03 9	0,11	0,59	0,01 9	0,0018	1,8	16,2	4,2	2,3	0,018	0,0008	0,015	0,005	0,22 b)	-	-	-	-	-
7	0,02	0,36	0,55	0,02	0,0009	2,3	16,4	4,5	2,6	0,015	0,0012	0,026	0,004	0,015 c)	-	-	-	0,05	-

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	2			2
8	0,02 5	0,52	0,68	0,02 8	0,0008	1,6	16,5	5,6	2,5	0,029	0,0029	0,022	0,008	0,011 c)	0,04	-	-	-	-
9	0,01 9	0,48	0,66	0,01 9	0,0009	1,9	17,2	6,1	2,5	0,036	0,0005	0,018	0,005	0,007 a)	-	0,0 2	-	0,09	-
10	0,01 8	0,33	0,55	0,01 7	0,001	2,1	16,6	5,9	2,8	0,055	0,0002	0,019	0,003	0,002 a)	-	-	0,0 1	0,08	-
11	0,02 3	0,22	0,49	0,01 5	0,001	2,8	17,5	4,8	2,7	0,057	0,0009	0,017	0,004	0,009 c)	-	-	-	0,11	0,08
12	0,02 6	0,28	0,48	0,01 1	0,0009	2,4	16,8	4,2	3,2	0,022	0,001	0,021	0,006	0,026 b)	0,15	-	-	0,04	0,13
13	0,02 1	0,35	0,44	0,01 8	0,0008	2,3	16,9	3,7	1,9	0,028	0,0012	0,019	0,005	0,011 a)	-	-	-	-	-
14	0,01 8	0,39	0,41	0,01 7	0,0008	2,3	15,1	3,8	2,3	0,019	0,0011	0,009	0,005	0,008 a)	-	-	-	-	-
15	0,02 3	0,32	0,49	0,01 5	0,001	13	17,2	4,5	2,5	0,033	0,0009	0,018	0,011	0,015 a)	-	-	-	-	-

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16	0,02 5	0,33	0,51	0,01 4	0,001	2,3	17,5	4,4	2,3	0,036	0,0009	0,015	0,004	-	-	-	-	-	-
17	0,02 1	0,35	0,55	0,01 4	0,0009	2,2	16,9	31	2,8	0,039	0,0012	0,014	0,004	0,014 a)	-	-	-	-	-

Um valor numérico sublinhado está fora da faixa definida pela invenção.

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19/23 [0063] Os valores numéricos na Tabela 2 referem-se aos conteúdos dos elementos correspondentes (% por massa). Dentre essas composições químicas, o equilíbrio, diferente dos elementos descritos na Tabela 1, inclui Fe e impurezas. Os símbolos a) a c) anexados aos valores numéricos na coluna REM, cada um representa o tipo de REM incluído no aço. Mais especificamente, a) significa que o REM contido é neodímio (Nd). De maneira similar, b) significa que o REM contido é ítrio (Y) e c) significa que o REM contido é “misch metal”. O “misch metal” contém, em por cento por massa, 51,0% de cério (Ce), 25,5% de lantânio (La), 18,6% de neodímio (Nd), 4,8% de praseodímio (Pr) e 0,1% de samário (Sm).

[0064] Com referência à Tabela 2, os tipos de aço com N— 1 a 12 , cada um tinha uma composição química dentro da faixa definida pela invenção. Com relação ao aço com N^o 13, seu conteúdo de Mo era menos que o limite inferior definido pela invenção. Com relação ao aço com N^o 14, seu conteúdo de Cr foi menos que o limite inferior definido pela invenção. Com relação ao aço com N^o 15, seu conteúdo de Cu foi menos que o limite inferior definido pela invenção. O aço com N^o 16 não continha nenhum REM. Com relação ao aço com N^o 17, seu conteúdo de Ni foi menos que o limite inferior definido pela invenção.

[0065] Esses aços numerados foram, cada um, submetidos a forjamento à quente e laminação a quente, e produziu-se uma chapa de aço dotada de uma espessura de 12 mm. As chapas de aço numeradas foram submetidas a têmpera e revenido. No processo de têmpera, as chapas de aço foram, cada uma, aquecida por 15 minutos a uma temperatura de têmpera de 980°C a 1.200°C e então, resfriada com água. No processo de revenido, a temperatura de revenido foi de 500°C a 650°C. através dessas etapas, o limite de escoamento de cada chapa de aço foi ajustado para estar na faixa de 800 MPa a 950 MPa.

Observação da Estrutura e Testes de Tração [0066] A porcentagem de volume (%) da fase ferrítica e da fase

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20/23 austenítica residual de cada chapa de aço foi obtida através do método de medição descrito em 3.

[0067] Então, amostrou-se um espécime de teste de tração de haste arredondada a partir de cada chapa de aço e submetido a um teste de tração. A direção longitudinal do espécime de teste de tração de haste arredondada foi disposta na direção de laminação da chapa de aço e a parte paralela do espécime de teste de tração de haste arredondada tinha um diâmetro de 14 mm, e um comprimento de 20 mm. Os testes de tração foram realizados em temperaturas ambiente.

Testes de Avaliação de SCC [0068] Um espécime de flexão em quatro pontos dotado de um comprimento de 75 mm, uma largura de 10 mm, e uma espessura de 2 mm foi amostrado a partir de cada uma das chapas aço. Cada um dos espécimes amostrados foi flexionado por flexões em quatro pontos. No momento, de acordo com ASTM G39, a quantidade de flexão de cada um dos espécimes foi determinada de modo que a tensão aplicada em cada um dos espécimes fosse igual ao limite de escoamento de cada um dos espécimes.

[0069] Os espécimes flexionados foram, cada um, imersos por um mês em uma solução aquosa de NaCl de 25 % de peso em um autoclave a 204°C (400F) dotado de CO2 contido nele sob uma pressão de 30 atm. Após a imersão por um mês, os espécimes foram examinados para a presença de SCC. Mais especificamente, observou-se uma seção longitudinal de cada espécime com um microscópio óptico com ampliação de 100x e examinou-o para a presença/ausência de SCC através de inspeção visual. Mediu-se o peso de cada espécime antes e depois do teste. A partir da diferença entre os pesos medidos, obteve-se a perda de peso de cada espécime ocasionada pela corrosão e calculou-se a taxa de corrosão com base na perda de peso.

Resultado do Teste [0070] Dá-se o resultado do teste na Tabela 3.

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Tabela 3

Número do aço	LE (MPa)	Fase ferrítica em porcentage m de volume (%)	Fase austenítica em porcentagem de volume (%)	Resultado da avaliação de SCC	T axa de corrosão (g/(m²-h))
1	924	25	2.1	NENHUM SCC	<0,1
2	915	26	5,2	NENHUM SCC	<0,1
3	901	28	5,6	NENHUM SCC	<0,1
4	893	35	3,2	NENHUM SCC	<0,1
5	940	15	4,2	NENHUM SCC	<0,1
6	886	38	2,2	NENHUM SCC	<0,1
7	922	20	4,1	NENHUM SCC	<0,1
8	928	21	4,5	NENHUM SCC	<0,1
9	926	24	3,6	NENHUM SCC	<0,1
10	933	19	6,8	NENHUM SCC	<0,1
11	911	28	5,2	NENHUM SCC	<0,1
12	903	33	3,3	NENHUM SCC	<0,1
13	880	38	2,3	SCC PRESENTE	<0,1

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14	932	20	4,9	SCC PRESENTE	> 0,1
15	873	42	2,0	SCC PRESENTE	<0,1
16	899	30	3,5	SCC PRESENTE	<0,1
17	880	35	2,8	SCC PRESENTE	<0,1

[0071] A coluna LE na Tabela 3 representa o limite de escoamento (MPa) de cada uma das chapas de aço numeradas obtidas através de testes de tração. As colunas fase ferrítica e fase austenítica residual representam a porcentagem de volumes (%) da fase ferrítica e da fase austenítica residual em cada uma das chapas de aço. Na coluna resultado da avaliação de SCC, o NENHUM SCC indica que não houve nenhum SCC gerado no espécime de teste de flexão em quatro pontos, e o SCC PRESENTE indica que houve SCC. Na coluna taxa de corrosão, o < 0,1 indica que a taxa de corrosão foi menos que 0,1 g/(m²-h), enquanto o > 0,1 indica que a taxa de corrosão foi não menos que 0,1 g/(m²-h).

[0072] Com referência à Tabela 3, os aços com N^ 1 a 12 não tiveram qualquer SCC e suas taxas de corrosão foram todas menores que 0,1 g/(m²· h). Seus valores de limite de escoamento foram todos 654 MPa ou mais.

[0073] Por outro lado, os aços com N— 13, 15 e 17 tiveram SCC porque seus conteúdos de Mo, Cu, e Ni foram pequenos. O aço com N^o 14 teve SCC porque continha apenas uma pequena quantidade de Cr, e sua taxa de corrosão foi não menos que 0,1 g/(m²-h). Ademais, o aço com N^o 16 teve SCC porque não continha REM.

[0074] Muito embora as modalidades preferidas da presente invenção terem sido descritas acima, deve-se entender que as variações e modificações serão aparentes aos versados na técnica sem se separar do escopo e espírito da presente invenção. O escopo da presente invenção, portanto, deve ser determinado somente através das reivindicações que se seguem.

Campo Aplicável na Indústria

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23/23 [0075] O aço inoxidável de acordo com a invenção pode ser aplicado como produtos tubulares empregados nos campos petrolíferos e, particularmente, aplicados de maneira adequada a um produto tubular empregado nos campos petrolíferos para uso em um ambiente de solução 5 aquosa de cloreto em alta temperatura com gás dióxido de carbono contido nele a 150°C ou mais.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aço inoxidável usado para produtos tubulares empregado nos campos petrolíferos, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, em por cento por massa,

0,001% a 0,05% de C,

0,05% a 1% de Si,

0,2% a 2% de Mn, no máximo 0,03% de P, menos que 0,002% de S,

16% a 18% de Cr,

3,5% a 7% de Ni, mais que 2% e no máximo 4% de Mo,

1,5% a 4% de Cu,

0,001% a 0,03% de Nd ou 0,019% a 0,22% de Y ou 0,008% a 0,011% de Mischmetal,

0,001% a 0,1% de sol.Al,

0,0001% a 0,01% de Ca, no máximo 0,05% de O, no máximo 0,05% de N, o equilibro consiste em Fe e impurezas, em que o aço inoxidável é dotado de um limite de escoamento de pelo menos 654 MPa; sendo

Mischmetal composto de: 51,0% de Ce, 25,5% de La, 18,6% de Nd, 4,8% de Pr e 0,1% de Sm.
2. Aço inoxidável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente, no lugar de uma parte de Fe, pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em no máximo 0,5% de Ti, no máximo 0,5% de Zr, no máximo 0,5% de Hf, no máximo 0,5% de V, e no máximo 0,5% de Nb.
3. Aço inoxidável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que é dotado de uma estrutura que inclui, em

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2/2 por cento por volume, 10% a 60% de fase ferrítica e 2% a 10% de fase austenítica residual.
4. Aço inoxidável, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que é dotado de uma estrutura que inclui, em por cento por volume, 10% a 60% de fase ferrítica e 2% a 10% de fase austenítica residual.