BRPI1001982A2 - método para produção de chapa de aço e tubo de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA PRODUçãO DE CHAPA DE AçO E TUBO DE AçO PARA TUBO DE LINHA DE ALTA RESISTêNCIA EXCELENTE EM DEFORMAçãO E TENACIDADE à BAIXA TEMPERATURA. A presente invenção refere-se a métodos para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência possuindo uma resistência à tensão de 900 MPa ou mais (padrão API X120 ou mais) excelente em resistência, tenacidade à baixa temperatura, e deformação do material base e possuindo soldabilidade de bom campo são providos. Aço incluindo C, Si, Mn, Mo, Nb, AI, e Ti é produzido, laminado a quente, resfriado à água a partir de (ponto de partida de transformação y/<244>-50) (<198>C) à temperatura de partida de y/<198>C), a seguir reaquecida, resfriada. Devido a este efeito, a intensidade, tenacidade à baixa temperatura, e deformação antes e após o esforço podem ser aperfeiçoadas e a segurança do tubo de linha é amplamente aperfeiçoada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE CHAPA DE AÇO E TUBO DE AÇO PARA TUBO DE LINHA DE ALTA RESISTÊNCIA EXCELENTE EM DEFORMAÇÃO E TENACIDADE À BAIXA TEMPERATURA".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a tubo de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tempera- tura possuindo resistência à tensão (TS) de 900 Mpa ou mais na direção circunferencial e capaz de ser amplamente utilizado como tubo de linha para transportar gás natural e óleo bruto.

ANTECEDENTE DA TÉCNICA

Nos últimos anos, tubulações tornaram-se progressivamente im- portantes como o meio para transporte de longa distância de óleo bruto e gás natural. No primeiro momento, o tubo de linha em canal para transporte de longa distancia é projetado com base no Instituto de Petróleo Americano (API) padrão X65. A quantidade de uso é também predominantemente mai- or. No entanto, para (1) melhora na eficácia de transporte aumentando a pressão de operação e (2) melhora na eficácia de instalação de campo atra- vés da redução no diâmetro e peso externos do tubo de linha, tubo de linha de maior resistência é desejado. Até o momento, tubo de linha de até X80 (resistência à tensão de 620 MPa ou maior) foi comercializado. Adicional- mente, nos últimos anos, a necessidade por tubo de linha de alta resistência tornou-se maior. Em pesquisas no método para produção de tubo de linha de alta resistência, basicamente a tecnologia para a produção de tubo de linha convencional X80 (por exemplo, ver NPL's 1 e 2) foi estudada. Além disso, nos últimos anos, a tecnologia para produção de tubo de linha X100 (por exemplo, ver NPL 3) e tubo de linha X120 (por exemplo, ver NPL 4) foi estudada.

Por outro lado, nos últimos anos, o pensamento no projeto de tubo de linha tem sido mudado. No passado, os projetos de tubulação eram projetados com base nas pressões constantes (estresse baseado no proje- to), porém recentemente os projetos foram introduzidos segundo os quais mesmo se uma tubulação for submetida a esforço, as zonas de solda de cin- turão do tubo de aço não irão fraturar e o tubo de aço por si só não irá ceder (esforço baseado no projeto). Até o momento, para o tubo de linha de alta resistência X120, as composições químicas e as condições de produção fo- ram estudadas para projetos materiais de segurança garantindo tenacidade à baixa temperatura do material base e tenacidade das zonas afetadas pelo calor de solda da fenda (por exemplo, ver NPL 5). No entanto, no caso de esforço baseado no projeto, uma deformação do material base ou a defor- mação após o revestimento do tubo de aço é também exigida. Se as ques- tões relacionadas a isso não puder ser resolvidas, a produção de tubo de aço do tubo de linha X120 para os esforços baseados nos projetos serão impossíveis. Alcançar a alta resistência de tubulações requer diversas con- dições de produção para produzir o tubo de aço garantindo um equilíbrio da resistência e tenacidade à baixa temperatura do material base, tenacidade do metal de solda e zona afetada pelo calor de solda da fenda (HAZ), solda- bilidade de campo, flexibilidade de junção, resistência à fratura do corpo do tubo através de teste de rajada, etc. e excelente na deformação do material base. O desenvolvimento de tubo de linha de parede pesada de alta resis- tência (sobre X100) que se aproxima é desejado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Problema Técnico

A presente invenção provê métodos para a produção de chapas de aço de tubo de linha de alta resistência e tubo de aço excelente na resis- tência de material base, tenacidade à baixa temperatura e deformação, pos- suindo boa soldabilidade de campo, e possuindo uma resistência à tensão de 900 MPa ou mais (padrão API X120 ou mais).

Solução para o problema

Os inventores se envolveram na pesquisa de laboratório sob condições a serem satisfeitas na produção de chapa de aço e tubo de aço para obter chapa de aço de alta resistência e tubo de aço com uma resistên- cia à tensão de 900 MPa ou mais e excelente em tenacidade à baixa tempe- ratura e, por conseguinte inventaram o tubo de linha de alta resistência e seu método de produção. A essência da presente invenção é como segue.

(1) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura caracterizado pelo fato de que contém aquecimento de aço, em em massa,

C: 0,03 a 0,08,

Si: 0,01 a 0,50

Mn: 1,5 a 2,5,

P: < 0,01

S:< 0,0030

Mo: 0,01 a 1,5,

Nb: 0,0001 a 0,2,

Al: 0,0005 a 0,03, e

Ti: 0,003 a 0,030%

e possuindo um equilíbrio de ferro e impurezas não-disponíveis, laminando-o a quente, resfriando-o à água a uma faixa de temperatura de (temperatura de partida de transformação de γ/α -50) (0C) para menos que a temperatura de partida de transformação de γ/α (0C), reaquecendo-o, a se- guir resfriando-o.

(2) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em 1, em que o dito aço inclui adicionalmente, em em massa, um ou mais de

Cu: 0,05 a 1,5,

Ni: 0,05 a 5,0,

Cr: 0,02 a 1,5,

V: 0,01 a 0,10,

B: 0,0003 a 0,0030,

Zr: 0,001 a 0,050, e

Ta: 0,001 a 0,050.

(3) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido nas em (1) ou (2), em que o dito aço contém adicio- nalmente, em em massa, um ou mais de Mg: 0,0001 a 0,010,

Ca: 0,0001 a 0,005,

REM: 0,0001 a 0,005,

Y: 0,0001 a 0,005,

Hf: 0,0001 a 0,005,

Re: 0,0001 a 0,005, e

W: 0,0001 a 0,005.

(4) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em qualquer um de (1) a (3), caracterizado pelo fato de que o dito resfriamento à água após a dita laminação a quente é desem- penhado a 1°C/ s ou a uma taxa de resfriamento mais rápida.

(5) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em qualquer um de (1) a (4), caracterizado pelo fato de que após o dito reaquecimento, a taxa de resfriamento é de 1°C / s ou mais rápida.

(6) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em qualquer um de (1) a (5), caracterizado pelo fato de que após o dito reaquecimento, a chapa é mantida por 1 segundo ou mais.

(7) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em qualquer um de (1) a (6), caracterizado pelo fato de que a dita temperatura de aquecimento é 1000°C ou maior e uma razão de redução em uma região de temperatura de não-recristalização é 3 ou mais para a laminação a quente.

(8) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, caracterizado pelo fato de que a forma da chapa de aço produzida através de um método para produção, como definido em qualquer um de (1) a (7) em tubo, soldando suas partes limítrofes, então expandindo o tubo.

(9) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em (8) caracterizado pelo fato de que um metal de solda quando soldando as ditas partes limítrofes contém, em em massa,

C: 0,01 a 0,010, Si: 0,01 a 0,40, Mn: 1,0 a 2,0,

P: ≤0,01, S: ≤0,010, Ni: 1,3 a 3,2 Cr+Mo+V: 1,0 a 2.5, Al: 0,0005 a 0,1,

Ti: 0,003 a 0,050, e O: 0,0001 a 0,05

e possui um equilíbrio de ferro e impurezas não-disponíveis.

(10) Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tempera- tura, como definido em qualquer um de (8) ou (9), caracterizado pelo fato de que as partes limítrofes são soldadas através de arco submergido soldando a partir de um lado interno e um lado externo utilizando fio e aglomerado de solda ou fluxo fundido.

(11) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em qualquer um de (8) a (10), caracterizado pelo fato de que o tubo é soldado, as zonas soldadas da fenda são tratadas a quente, então o tubo é expandido.

(12) Um método para produção de chapa de aço para tubo de li- nha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tem- peratura, como definido em (11), caracterizado pelo fato de que as ditas zo- nas de solda são tratadas a quente a 200°C a 500°C.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

A composição química e o método para produção da presente invenção são limitados, o aço é laminado e resfriado à água, a seguir o res- friamento à água é finalizado na faixa de temperatura de (temperatura do ponto de partida de transformação de γ/α -50) (0C) para menos que (a tem- peratura de partida de transformação de γ/α -50) (0C). Após isto, o aço é no- vamente aquecido à temperatura de transformação de γ/α ou maior, mantida e então resfriada. Devido a este efeito, a resistência, tenacidade à baixa temperatura, e deformação antes e após o envelhecimento do esforço po- dem ser melhorados. Como um resultado, a segurança do tubo de linha é amplamente melhorada.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

Figura 1: A Figura 1 é uma vista mostrando o efeito da quantida- de de C na tenacidade do calor de solda da fenda afetado.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

Abaixo, o conteúdo da presente invenção será explicado em de- talhes.

A presente invenção é uma invenção relacionada a tubo de linha de alta resistência excelente em tenacidade à baixa temperatura possuindo um esforço de tensão (TS) de 900 MPa ou maior. Este nível de resistência de tubo de linha de alta resistência, comparado com o tubo de linha X65 de fluxo principal convencional, pode suportar cerca do dobro de tensão, assim cerca do dobro do gás pode ser transportado pelo tubo de mesmo tamanho. No caso de X65, seria necessário aumentar a espessura elevar a pressão. O custo de material, custo de transporte, e custo de soldagem do campo tor- nam-se maiores e, portanto o custo de colocação da tubulação se eleva am- plamente. Esta é a razão porque o tubo de linha de alta resistência excelente em tenacidade à baixa temperatura possuindo uma resistência de tensão (TS) de 900 MPa ou maior é considerado necessário. Por outro lado, se tor- nar maior em resistência, a produção de tubo de aço se tornaria repentina- mente difícil. Em particular, quando o esforço baseado no projeto for exigido, é necessário obter as condições de produção dando não apenas um equilí- brio de resistência e tenacidade à baixa temperatura do material base e te- nacidade da zona soldada da fenda, mas também as propriedades alvo de deformação após o envelhecimento do esforço, etc. No entanto, satisfazer todas destas propriedades é extremamente difícil.

Os inventores envolvidos em pesquisa de laboratório para ga- rantir um equilíbrio de resistência e tenacidade à baixa temperatura do mate- rial base e satisfazer a deformação antes do envelhecimento do esforço do material base e a tenacidade da zona soldada da fenda e como um resultado aprendeu que o aço suprimido na quantidade C para 0,06 ou menos é o sis- tema mais vantajoso de composições.

A Figura 1 mostra os efeitos da quantidade de C na tenacidade do calor de solda da fenda afetada. É aprendido que se fizer a quantidade de C 0,06 ou menos, a tenacidade do calor de solda da fenda afetada pode ser facilmente melhorada. Portanto, o aço é um com uma quantidade de 0,06 ou menos de C. adicionalmente, torna-se claro que se tratar a zona afetada pe- lo calor de solda da fenda através do tratamento a quente de 200 a 500 0C1 a zona afetada pelo calor de solda da fenda é amplamente melhorada na te- nacidade.

A seguir, a tenacidade à baixa temperatura do material base se- rá explicada. Até aqui, para garantir uma tenacidade à baixa temperatura do material base do aço de alta resistência, foi suficiente para criar uma micro- estrutura de bainita inferior principal, porém no caso de uma microestrutura de bainita inferior, torna-se claro que a deformação do material base, em particular a deformação após o envelhecimento do esforço, se deteriora. Pa- ra melhorar a deformação após o envelhecimento do esforço, é conhecido criar um aço de microestrutura de duas fases de ferrita e bainita (parcialmen- te incluindo martensita). Formar um aço de microestrutura de duas fases aço de alta resistência de 900 MPa ou maior foi extremamente difícil. As condi- ções para criar uma microestrutura de duas fases neste aço de alta resistên- cia e satisfazer a tenacidade à baixa temperatura foram pesquisadas e in- vestigadas pelos inventores no laboratório. Como um resultado, o que segue se tornou claro.

Terminando a laminação na região de temperatura de austenita de não-recristalização, então resfriamento à água, finalizando o resfriamento à água na faixa de temperatura a partir da temperatura de partida de trans- formação de γ/α menos de 50 0C para menos que a temperatura de partida de transformação de γ/α, a seguir reaquecendo e laminando, a seguir resfri- ando, os inventores sucederam na formação de uma microestrutura de duas fases fina extremamente uniforme. No caso de um aço de microestrutura de duas fases uniforme, torna-se claro que a tenacidade à baixa temperatura foi também extremamente boa. A razão porque se para o resfriamento à água nesta temperatura de partida de transformação de γ/α ou maior na tempera- tura e mantém o aço nesta temperatura ou maior, uma microestrutura de duas fases uniforme extremamente for criada será estuda pelos inventores abaixo.

Quando normalmente laminado, a seguir imediatamente resfria- do; a transformação de martensita e bainita ocorre, enquanto a transforma- ção α (transformação de ferrita) não ocorre. Como oposto a isso, tornou-se claro que se reaquecer uma microestrutura na qual a transformação de γ/α ocorre, a transformação é grandemente promovida. Se permitindo isso a transformação de α proceder para 40 a 60 ou assim por diante, a seguir o resfriamento à água, tornou-se claro a partir de experimentos que uma mi- croestrutura de duas fases de aproximadamente metade de uma fase α e a metade restante de uma fase de martensita resulta. Adicionalmente, tornou- se claro que esta microestrutura é extremamente uniforme e a tenacidade à baixa temperatura é também excelente. Se laminando, então partindo do resfriamento à água e parando na temperatura de partida de transformação de γ/α ou maior, a seguir reaquecendo, a força de condução de γ/α se eleva, assim quanto maior a temperatura de resfriamento de parada, maior a força de condução. Neste caso, a temperatura de suporte não deve ser mantida por muito tempo.

Abaixo, as razões para limitação da composição química do ma- terial base da zona afetada pelo calor de solda da fenda da presente inven- ção serão explicadas.

C: C é um elemento essencial como um elemento básico para melhorar a resistência do material base no aço. Para melhorar a resistência a ser eficaz, 0,03 ou mais deve ser adicionado, porém se mais de 0,08 for excessivamente adicionado, ocorre um salto na soldabilidade e tenacidade do material de aço, desse modo o limite superior é 0,08%. Preferencialmen- te, este é na faixa de 0,03 a 0,07%.

Si: Si é um elemento requerido como um elemento desoxidante na produção de aço. 0,01 ou mais deve ser adicionado no aço, porém se acima de 0,5, a tenacidade de HAZ é diminuída, assim este é o limite supe- rior.

Mn: Mn é um elemento requerido para garantir a resistência e tenacidade do material base. Se acima de 2,5, a tenacidade de HAZ é con- sideravelmente deteriorada, porém de modo oposto, se menos que 1,5, se torna difícil garantir a resistência do material base, assim a faixa é de 1,5 a 2,5.

Ρ: P é um elemento possuindo um efeito sobre a tenacidade do aço. Se incluído acima de 0,01, a tenacidade não somente do material base do material de aço, porém também a HAZ é consideravelmente prejudicada, assim o limite superior do conteúdo é 0,01.

S: Se S for excessivamente adicionado sobre 0,0030%, torna-se uma causa da formação de sulfeto grosso tenacidade deteriorada, assim o limite superior é 0,003%;

Mo: Mo é um elemento que melhora a rigidez e simultaneamente a formação de carbonetos e melhora a resistência. Para obter o efeito de rigidez, 0,01 ou mais deve ser adicionado, porém se uma quantidade maior de acima de 1,5 for adicionado, a resistência é muito elevada e a tenacidade é consideravelmente saltada, assim a faixa é de 0,01 a 1,5.

Nb: Nb é um elemento de formação de carbonetos e nitrito e possuindo um efeito de melhorar a resistência. Se menos que 0,0001 for adicionado, não existe efeito de unir o aperfeiçoamento, enquanto se mais de 0,20 for adicionado, ocorre um salto de tenacidade de 0,20, assim a faixa é 0,0001 a 0,20.

Al: Al é usualmente adicionado como um desoxidante. Na pre- sente invenção, se mais de 0,03 for adicionado, óxidos baseados em Ti não podem ser formados, assim este é o limite superior. Adicionalmente, para reduzir a quantidade de oxigênio no aço derretido, 0,0001 é necessário. Este é o limite inferior.

Ti: Ti é um elemento que exibe um efeito para refinamento do grão cristal como um desoxidante e adicionalmente como um nitrito forman- do o elemento. A adição de uma grande quantidade causa um salto conside- rável na tenacidade devido à formação de carbonetos, assim é necessário fazer o limite superior de 0,03, porém para obter um efeito predeterminado, deve ser adicionado 0,003 ou mais. A faixa é de 0,003 a 0,030.

Note que, na presente invenção, como o elemento para melhorar a resistência e tenacidade, um ou mais elementos dentre Cu, Ni, Cr, V, B, Zr, e Ta podem ser adicionados.

Cu: Cu é um elemento eficaz para elevar a resistência sem bai- xar a tenacidade. Se menos de 0,05 não há efeito na melhora da resistência. Se acima de 1,5, racha a forma mais fácil no momento de aquecimento da lajota ou no momento de soldagem. Portanto, o conteúdo é de 0,05 a 1,5%.

Ni: Ni é um elemento eficaz para melhora da tenacidade e resis- tência. Para obter o efeito de melhora da tenacidade e resistência, 0,05 ou mais deve ser adicionado, porém se acima de 5,0 for adicionado, a soldabili- dade se deteriora, assim o limite superior é 5,0.

Cr: Cr melhora a resistência de aço através da resistência à pre- cipitação. Para isto, a adição 0,02 ou mais é eficaz, porém se uma grande quantidade for adicionada, a rigidez é elevada, uma estrutura de bainita é formada, e a tenacidade é diminuída. Portanto, o limite superior é 1,5.

V: V é um elemento que forma carbonetos e nitritos e possui o efeito de melhora da resistência. Se 0,01 ou menos for adicionado, não exis- te efeito de melhora da resistência, enquanto se mais de 0,10 for adicionado, ao contrário, ocorre um salto na tenacidade, assim a faixa é de 0,01 a 0,10%. Β: B é um elemento que geralmente, quando segregando na au- sência de limite de grão de austenita, eleva a rigidez, porém fixa a solução sólida N como BN e melhora a tenacidade da zona afetada pelo calor de solda da fenda. Portanto, se 0,0003 ou mais for adicionado, o efeito pode ser utilizado, porém a adição excessiva convida um salto na tenacidade, assim o limite superior é de 0,0030%.

Zr, Ta: Zr e Ta1 como Nb, são elementos de formação de carbo- netos e nitritos e possuem o efeito de melhora da resistência, porém se 0,0001 ou menos for adicionado, não existe tal efeito, enquanto se acima mais de 0,050% for adicionado, ao contrário, ocorre um salto na tenacidade, assim a faixa é de 0,0001 a 0,050.

Adicionalmente, Mg, Ca, REM, Y, Hf, W, e Re podem ser adicio- nados. Note que "REM" significa La, Ce, ou outro metal terroso raro.

Mg: Mg é um elemento de liga principal da presente invenção e é principalmente adicionado como um desoxidante. Se adicionado mais de 0,010, óxidos grossos formam facilmente e é causada uma redução no ma- terial base e tenacidade HAZ. No entanto, se menos de 0,0001% for adicio- nado, transformação intragranular e a formação de partículas de óxido re- queridas como partículas definhadas podem não ser suficientemente espe- radas, assim a faixa de adição é limitada a 0,0001 a 0,010.

Ca, REM, Y, Hf, W, e Re: Ca, REM, Y, Hf, W, e Re formam sul- fetos e, por conseguinte suprimem a formação de Mns alongado e melhoram as propriedades do material na direção de espessura da folha, em particular a resistência de rasgo lamelar. Se Ca, REM, Y, Hf, W, e Re são todos me- nos de 0,0001, este efeito não pode ser obtido, assim o valor de limite inferi- or é de 0,0001. Ao contrário, se mais de 0,0050, o número de partículas de óxido de Ca, REM, Y, Hf, W, e Re aumentam e o número de partículas su- perfinas de óxido contendo Mg diminui, assim o limite superior é 0,0050.

O aço contendo as composições acima foi produzido no proces- so de fabricação de aço, então continuamente escolhido, etc. para dentro da chapa e aquecido e laminado. Neste caso, se fizer a temperatura de aque- cimento Ac3 ou mais, fazer a relação de redução na região de recristalização 2 ou mais, e fazer a relação de redução na região de recristalização 3 ou mais, a média do tamanho do grão de austenita anterior se torna 20 pm ou menos. Após isto, a laminação é encerrada, a seguir é desempenhado res- friamento à água, e é necessário parar o resfriamento à água na temperatura ou menos que a temperatura de partida de transformação γ/α, a seguir no- vamente manter o aquecimento do aço, a seguir resfriá-lo à água.

A temperatura de reaquecimento da lajota da chapa deve ser fei- ta de 1000°C ou mais. Se a temperatura de reaquecimento se tornar muito alta, a aspereza dos grãos γ aquecidos, assim a temperatura de aquecimen- to máxima é preferencialmente feita a 1250°C ou menos.

Considerando a relação de redução na região de recristalização, se a relação de redução for menor que 2, não ocorre recristalização suficien- te, assim a relação de redução é de 2 ou mais.

Se fizer a relação de redução na relação de redução na região de recristalização 3 ou mais, o tamanho médio do grão de austenita anterior se torna 20 pm ou mais, assim a relação de redução é 3 ou mais. Preferen- cialmente, se 4 ou mais, adicionalmente, o tamanho médio do grão de aus- tenita é de 10 µm ou menos.

Considerando a temperatura de partida de resfriamento à água, o aço deve ser resfriado à água a partir da região de austenita. Isto é, é res- friado a partir do ponto Ae3 ou mais. Se ocorrer a transformação de γ/α, uma microestrutura irregular é formada após a parada de resfriamento à água, assim para baixar a tenacidade de temperatura baixa, a temperatura de par- tida de resfriamento à água é a região de temperatura de austenita ou mais.

Considerando a temperatura de parada de resfriamento à água, o resfriamento é encerrado na faixa de temperatura da temperatura de trans- formação de γ/α menos 50 °C ou mais para a temperatura de partida de transformação de γ/α. Se a temperatura de parada do resfriamento à água for a temperatura de partida de transformação de γ/α ou maior, a transfor- mação de ferro (transformação de a) não é promovida, assim a temperatura é menos que a temperatura de partida de transformação de γ/α. Se uma temperatura reduzisse a partir da temperatura de partida de transformação de γ/α por 50°C ou mais, ocorre transformação de grande bainita e marten- sita, assim o limite inferior é uma temperatura reduzida da temperatura de partida de transformação de γ/α por até 50°C ((temperatura de partida de transformação de γ/α de -50)°C).

A temperatura de reaquecimento após a parada do resfriamento à água é a temperatura de partida de transformação de γ/α ou maior. O limi- te superior da temperatura é 900°C. Se mais de 900°C, a estrutura trans- formada de α completamente transforma de volta para austenita, assim o limite superior é 900°C.

O tempo para manter o aquecimento é de 1 segundo a 10 minu- tos. Se menos que 1 segundo, o tempo de manutenção é curto e a transfor- mação de α não é suficientemente promovida. Preferencialmente, deve ser de 30 segundos ou mais. Por outro lado, se mais de 10 minutos, a taxa de transformação de α se torna muito rápida e uma microestrutura de duas fa- ses fina uniforme não pode ser obtida, assim o tempo para manter o aque- cimento é de 1 segundo a 10 minutos.

A taxa de resfriamento à água após o reaquecimento é um dan- do uma taxa de resfriamento para a temperatura final de transformação de γ/α de 1° C/s ou mais rápida. Se menos que 1° C/s, uma resistência de 900 MPa ou mais não pode ser obtida, assim a taxa de resfriamento é de 1° C/s ou mais rápido.

O fio utilizado para a soldagem é preferencialmente feito de uma das composições a seguir de modo a fabricar a composição química do me- tal de solda, a faixa explicada abaixo considerando a diluição de composi- ções químicas através do material base. Isto é, ele é composto de uma composição química contendo, em em massa, C: 0,01 a 0,12%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 1,0 a 2,5%, e Ne: 2,0 a 8,5% e possuindo um equilíbrio de ferro e impurezas não-evitadas. O fluxo utilizado para a soldagem pode ser tanto fluxo fundido ou fluxo aglomerado.

A chapa de aço acima é moldada em tubo, as partes limítrofes são soldadas a partir das superfícies internas e externas, a seguir o tubo é expandido para obter o tubo de linha. A localização soldada a partir das su- perfícies interna e externa é chamada o "metal de solda".

Abaixo, as razões para limitação da composição química do me- tal de solda serão explicadas.

A quantidade de C é limitada a 0,01 a 0,10%. C é extremamente eficaz para a melhora da resistência do aço. Para obter a resistência almeja- da em uma estrutura de martensita, um mínimo de 0,01 é necessário. No entanto, se a quantidade de C for muito grande, a baixa temperatura de sol- da racha facilmente ocorre. Este convida uma elevação na rigidez máxima da HAZ da assim chamada "parte transversal em T" onde a zona soldada de cinturão, assim o limite superior é de 0,010%. Preferencialmente, o limite superior pode ser de 0,05%.

Si deve ser feito de 0,01 ou mais para evitar furos de sopro, po- rém se o conteúdo for grande, a tenacidade de baixa temperatura é conside- ravelmente deteriorada, assim o limite superior é de 0,04%. Em particular, quando a soldagem nas superfícies interna e externa e múltiplas camadas de soldagem, a tenacidade de baixa temperatura das zonas reaquecidas se deteriora.

Mn é um elemento essencial para garantir um equilíbrio excelen- te de resistência e tenacidade de baixa temperatura e adicionalmente é um elemento essencial como uma inclusão formando bainita nos grãos. O limite inferior é de 1,0%. No entanto, se Mn for muito, a segregação é promovida, a tenacidade de baixa temperatura se deteriora, e também a produção do ma- terial de soldagem se torna difícil, assim o limite superior é de 2,0%.

P é um elemento que afeta a tenacidade. Se incluir mais de 0,01%, a tenacidade do metal de solda consideravelmente se deteriora, as- sim o limite superior é de 0,01%.

Se S for adicionado em excesso de mais de 0,010%, torna-se uma causa da formação de sulfetos grossos e menor a tenacidade, assim o limite superior é de 0,010%.

A finalidade de adicionar o Ni é para elevar a rigidez para garan- tir a resistência e, adicionalmente, melhorar a tenacidade de baixa tempera- tura. Se menos de 1,3%, é difícil obter a resistência-alvo e tenacidade de baixa temperatura. Por outro lado, se o conteúdo for muito, existe um perigo de rachar à alta temperatura, assim o limite superior é de 3,2%.

Não é possível diferenciar estritamente as diferenças nos efeitos d Cr, Mo, e V, porém cada um é adicionado para elevar a rigidez e obter a alta resistência. Se o total de Cr, Mo, e V (Cr+Mo+V) for menos que 1,0%, o efeito não é suficiente. Se adicionar uma grande quantidade, a tenacidade de baixa temperatura se deteriora, assim o limite superior é de 2,5%.

Al é usualmente adicionado como um desoxidante, porém na presente invenção, se mais de 0,1% for adicionado, os óxidos baseados em Ti não podem ser formados, assim o limite superior é de 0,1%. Adicional- mente, para reduzir a quantidade de oxigênio no aço fundido, é necessário compreender pelo menos 0,0005%. Desse modo, o limite inferior é 0,0005%.

Ti é essencial como uma composição principal de inclusões for- mando bainita no grão, assim o limite inferior é de 0,003%. Se o Ti for muito, uma grande quantidade de carbonetos de Ti é formada e a tenacidade de baixa temperatura se deteriora, assim o limite superior é 0,05%.

O: O é um elemento essencial para formar óxidos contendo Ti. Se a quantidade de oxigênio que finalmente permanece no aço for menor que 0,0001%, o número de partículas de óxido não será suficiente, assim 0,0001% é o valor de limite inferior. Por outro lado, se mantendo em mais de 0,050%, os óxidos ásperos se tornam maiores causando um salto na tenaci- dade da zona de metal de solda. Portanto, o valor de limite superior é de 0,050%.

O metal de solda algumas vezes contém Al, Zr, Nb, Mg, e os ou- tros elementos adicionaram como necessário para melhorar o refinamento e solidificação no momento de soldagem. Note que, para formar bainita intra- granular, a formação de óxidos de Ti é necessária. Al é preferencialmente tão baixo quanto possível. Adicionalmente, as quantidades de P e S são pre- ferencialmente menores a fim de reduzir a deteriorização da tenacidade de baixa temperatura e a susceptibilidade de rachar a baixa temperatura.

A seguir, a microestrutura de metal de solda será definida. Para fazer a resistência à tensão da resistência do metal de solda de 900 MPa ou maior, a microestrutura deve ser dada por uma porcentagem de martensita ou bainita de 80% ou mais. Adicionalmente, para melhorar a tenacidade de baixa temperatura do metal de solda, a porcentagem de bainita intragranular é preferencialmente tão grande quanto possível. 50% ou mais é preferível.

Finalmente, as condições de tratamento a quente do tubo serão explicadas. Após a soldagem e antes da expansão do tubo, se aquecer a zona de solda para 200°C a 500°C na temperatura, o MA áspero formado ao longo dos limites do grão de austenita anterior irá se decompor em ce- mentita fina. Se menos de 200°C, o MA áspero não irá se decompor em cementita, assim o valor limite inferior é de 200°C. Adicionalmente, se o tra- tamento a quente da zona de solda acima de 500°C, a zona de metal de solda irá se deteriorar em tenacidade, assim o limite superior é de 500 0C.

Para fazer a resistência à tensão na direção circunferencial do tubo de aço de 900 MPa ou maior e garantir uma boa tenacidade, é preferí- vel fazer um ou ambos do equivalente de carbono Ceq e o parâmetro de ri- gidez Pcm calculado a partir da composição química do material base e do metal de solda em uma faixa adequada.

O equivalente de Carbono Ceq é calculado pela fórmula (1). No material base, é preferivelmente de 0,30 a 0,70 na faixa, enquanto no metal de solda, é preferivelmente de 0,8 a 1,2.

Ceq = C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5... (1) onde C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, e V são os conteúdos dos elemen- tos (% em massa).

Adicionalmente, o parâmetro de rigidez Pcm é calculado pela seguinte fórmula (2). No material base, é preferencialmente na faixa de 0,150 a 0,250, enquanto no metal de solda, é preferivelmente de 0,300 a 0,400.

Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5XB ... (2) onde C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, V, e B são os conteúdos dos elemen- tos (% em massa).

Exemplos

A seguir, os exemplos da presente invenção serão explicados. Uma lajota de cada uma das composições da tabela 1 possuindo uma espessura de 240 mm foi aquecida a 1100 a 1210 °C, a seguir lamina- da a quente a 70 a 100 mm por uma temperatura de recristalização de 950 °C ou mais. Adicionalmente, esta chapa foi laminada a quente descentemen- te para 12 a 25 mm na faixa de temperatura de 880 °C a 750 °C na região de não-recristalização. Após isto, foi resfriada à água partindo de 650 °C a 750 °C. o resfriamento à água foi parado à (temperatura de partida de transfor- mação γ/α de -50) °C) ou mais em temperatura. Após isto, a chapa foi rea- quecida ao ponto de transformação γ/α a 900 °C, a seguir foi resfriado atra- vés de uma taxa de 1°C ou mais. Adicionalmente, a Tabela 1 também mos- tra o equivalente de carbono Ceq e o parâmetro de rigidez Pcm. Tabela 1

<table>table see original document page 19</column></row><table>

A seguir, esta chapa de aço foi moldada e soldada para formar tubo de aço. Este foi desempenhado sob condições de um calor de entrada de solda da fenda de 2,0 a 5,0 KJ/mm. Um teste de tensão da chapa de aço foi desempenhado utilizando uma amostra levada na direção L a partir da posição de 3 horas quando projetando a zona soldada da fenda do tubo de aço como 0 hora. Adicionalmente, este tubo de aço foi tratado a quente a 240°C (resfriado a ar após manter o aquecimento por 5 minutos), a seguir uma amostra levada a partir da mesma posição em cada caso e submetida a um teste de tensão. Adicionalmente, a placa de aço foi submetida a um teste de Charpy e a um teste de DWTT. Adicionalmente, a tenacidade do metal de solda (posição de amostra da peça de teste da parte central de Vz t parte do metal de solda) e a tenacidade HAZ (posição de amostra da peça de teste de FL+1mm) foi avaliada.

As condições de laminação do material base são mostradas na Tabela 2. Os resultados de avaliação estão mostrados na Tabela 3. 56°C Tabela 2

<table>table see original document page 21</column></row><table> Tabela 3

<table>table see original document page 22</column></row><table> Os aços 1 a 22 mostram exemplos da presente invenção. Como fica claro a partir da Tabela 3, estas chapas de aço, em todas as composi- ções químicas, condições de laminação, e calor de entrada de solda, tiveram resistências à tensão de 900 MPa ou mais, energias de Charpy de -30° C de 200 J ou mais, áreas de partição de DWTT de 75 ou mais, tenacidade da zona afetada pelo calor de solda da fenda de 50 J ou mais, e produção para razões de tensão antes e após o envelhecimento do esforço de 93% ou me- nos. De maneira oposta a isto, os aços 23 a 38 são exemplos comparativos excedendo o método da presente invenção. Isto é, os aços 24, 25, 27, 28, 29, e 31 são exemplos onde algumas das composições químicas básicas ou elementos opcionais são adicionados durante os requerimentos da invenção. Devido a estes elementos ser excessivamente adicionados, a deteriorização da energia de Charpy, a área de partição de DWTT, tenacidade da zona afe- tada pelo calor de solda da fenda, e razão produção para tensão antes e após o envelhecimento do esforço ser promovido. Por outro lado, os aços 23 e 30 são exemplos onde alguns dos elementos nas composições químicas básicas ou elementos opcionais não satisfazem os requerimentos da inven- ção. Devido aos elementos não serem adicionados, a resistência não é sa- tisfeita.

Os aços 32 a 38 são exemplos onde algumas das condições de laminação são fora dos requerimentos da invenção. A deterioração da ener- gia de Charpy, a área de partição de DWTT, tenacidade da zona afetada pelo calor de solda da fenda, e produção para razão de tensão antes e após o envelhecimento do esforço ser promovido.

A seguir, estas composições químicas (% em peso) do metal de solda foram medidas para tenacidade do metal de solda e resistência do me- tal de solda. Os resultados são mostrados na Tabela 4. Tabela 4

<table>table see original document page 24</column></row><table>

Considerando a tenacidade do metal de solda, como será en tendido a partir da Tabela 4, os metais de solda 1 a 14 são exemplos da pre sente invenção. Estes metais de solda exibem valores de alta tenacidade de energias de absorção de Charpy de -40° C de mais de 50 J para todas as entradas de calor. De modo oposto a isto, os metais de solda 15 a 25 são exemplos comparativos fora dos métodos da presente invenção. Isto é, os aços 16 a 20, 22, 24 e 25 são exemplos onde alguns dos elementos dentre as composições químicas básicas ou elementos ópticos são adicionados fora dos requerimentos da invenção. Devido aos elementos serem excessi- vamente adicionados, a deteriorização da tenacidade do metal de solda a uma entrada de calor ao meio é promovido. Por outro lado, os aços 15, 21 e 23 são exemplos onde algumas das composições químicas básicas ou ele- mentos opcionais não satisfazem os requerimentos da invenção. Devido aos elementos não serem adicionados, a resistência do metal de solda não é satisfeita.

venção estão limitados, o aço é laminado e resfriado à água, a seguir o res- friamento à água é encerrado no (ponto de partida de transformação γ/α de - 50) (°C) para menos que a temperatura de partida de transformação γ/α (°C).

Após isto, o aço é novamente aquecido para a temperatura de partida de transformação γ/α ou maior, mantida, a seguir resfriada. Devido a este efei- to, a resistência, tenacidade à baixa temperatura, e deformação antes e a- pós o envelhecimento do esforço podem ser melhoradas. Como um resulta- do, a segurança do tubo de linha é grandemente melhorada.

Aplicabilidade Industrial

A composição química e método de produção da presente in-

Lista de Citação

Literatura de não-Patente

NPL 1: NKKTechnicaI Review No. 138 (1992), pp. 24 -31

NPL 2: The 7th Offshore Mechanics and Arctic Engineering

(1988), Volume V, pp. 179-185

NPL 3: Nippon Steel Monthly No. 380 (2004), pp. 76 -81 NPL 4: Nippon Steel Monthly No. 380 (2004), pp. 70 -75 NPL 5: Nippon Steel Monthly No. 380 (2004), pp. 70 -75

Claims (12)

1. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, caracterizado pelo fato de que contém aquecimento de aço em em massa, C: 0,03 a 0,08%, Si: 0,01 a 0,50% Mn: 1,5 a 2,5%, P: ≤0,01% S: ≤ 0,0030% Mo: 0,01 a 1,5%, Nb: 0,0001 a 0,2%, Al: 0,0005 a 0,03%, e Ti: 0,003 a 0,030% e possuindo um equilíbrio de ferro e impurezas não-disponíveis, laminando-o à quente, resfriando-o à água a uma faixa de temperatura de (temperatura de partida de transformação de γ/α -50) (°C) a menos que a temperatura de partida de transformação de γ/α (0C), reaquecendo o, a se- guir resfriando-o.

2. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito aço inclui adicionalmente, em em massa, um ou mais de Cu: 0,05 a 1,5%, Ni: 0,05 a 5,0%, Cr: 0,02 a 1,5%, V: 0,01 a 0,10%, B: 0,0003 a 0,0030%, Zr: 0,001 a 0,050%, e Ta: 0,001 a 0,050%.

3. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o dito aço contém adicional- mente, em em massa, um ou mais de Mg: 0,0001 a 0,010%, Ca: 0,0001 a 0,005%, REM: 0,0001 a 0,005%, Y: 0,0001 a 0,005%, Hf: 0,0001 a 0,005%, Re: 0,0001 a 0,005%, e W: 0,0001 a 0,005%.

4. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dito resfriamento à água após a dita laminação à quente é de- sempenhado a 1°C / s ou a uma taxa de resfriamento mais rápida.

5. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que após o dito reaquecimento, a taxa de resfriamento é de 1°C / s ou mais rápida.

6. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que após o dito reaquecimento, a chapa é mantida por 1 segundo ou mais.

7. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a dita temperatura de aquecimento é 1000°C ou maior e uma razão de redução em uma região de temperatura de não-recristalização é 3 ou mais para a laminação a quente.

8. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, caracterizado pelo fato de que a forma da chapa de aço produzida através de um método para produção, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 7, em tubo, soldando suas partes limítrofes, então expandindo o tubo.

9. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa temperatura, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um metal de solda quando soldando as ditas partes limítrofes contém, em em massa, C: 0,01 a 0,010%, Si: 0,01 a 0,40%, Mn: 1,0 a 2,0%, P: ≤0,01%, S: ≤0,010%, Ni: 1,3 a 3,2% Cr+Mo +V: 1,0 a 2,5%, Al: 0,0005 a 0,1%, Ti: 0,003 a 0,050%, e O: 0,0001 a 0,05% e possui um equilíbrio de ferro e impurezas não-disponíveis.

10. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tempera- tura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que as partes limítrofes são soldadas através de arco submergi- do soldando a partir de um lado interno e um lado externo utilizando fio e aglomerado de solda ou fluxo fundido.

11. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tempera- tura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o tubo é soldado, as zonas soldadas da fenda são tratadas a quente, então o tubo é expandido.

12. Método para produção de chapa de aço para tubo de linha de alta resistência excelente em deformação e tenacidade à baixa tempera- tura, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as ditas zonas de solda são tratadas a quente a 200°C a 500°C.