ES2199865T3

ES2199865T3 - Utilizacion de una aleacion de acero para la fabricacion de tubos de acero sin costura, de alta resistencia.

Info

Publication number: ES2199865T3
Application number: ES00965759T
Authority: ES
Inventors: Ingo Von Hagen; Kurt Niederhoff; Bernhard Koschlig; Markus Pardun
Original assignee: V&M Deutschland GmbH
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2004-03-01
Anticipated expiration: 2020-08-14
Also published as: DE50002289D1; EP1218559A2; WO2001016391A2; MXPA02001916A; US20020150497A1; EP1218559B1; WO2001016391A3; DE19942641A1

Abstract

Utilización de una aleación de acero que contiene (% en peso) C 0, 12-0, 25 % Si = 0, 40 % Mn 1, 20-1, 80 % P = 0, 025 % S = 0, 010 % Al 0, 01-0, 06 % Cr 0, 20-0, 50 % Mo 0, 20-0, 50 % V 0, 03-0, 10 % Cu = 0, 20 % N = 0, 02 % resto hierro e impurezas habituales como material para la producción de tubos de acero sin costura, soldables, de alta resistencia, como tubos para construcción, por laminación en caliente y subsiguiente bonificado, con la condición de que la aleación de acero contenga adicionalmente 0, 30-1, 00% de W y un contenido en Ni, eventualmente presente, que no sea superior al 0, 20%.

Description

Utilización de una aleación de acero para la fabricación de tubos de acero sin costura, de alta resistencia.

El invento se refiere a la utilización de una aleación de acero para la fabricación de tubos de acero sin costura, soldables, de alta resistencia, que se deben utilizar posteriormente como tubos para construcción.

De la Hoja de Material 290 R de la razón social Mannesmannröhren-Werke AG (edición octubre 1994) se conoce un acero para construcción de grano fino, adecuado para la soldadura, por ejemplo con la designación FGS 70 V, el cual posee la siguiente composición (% en peso):

C	0,20%
Si	0,15-0,50%
Mn	1,70%
P	0,025%
S	0,015%
Cr	1,0%
Ni	0,30-0,70%
Mo	0,30-0,045%
B	0,005%
Nb	0,05%
V	0,12%

Este acero se utiliza para la producción de tubos, especialmente tubos para perfiles (es decir, tubos con sección diferente de la forma circular), así como de artículos fabricados con tubos, siendo sometidos estos productos a un tratamiento de bonificado final. Los productos son especialmente adecuados para piezas de construcción altamente solicitadas, construidas por soldadura tales como construcciones de estructuras de acero (por ejemplo, en la construcción de puentes, barcos, maquinaria de elevación y vehículos de transporte). En este sentido, como tubo de acero sin costura, soldable, de alta resistencia, se debe entender aquí un tubo para construcción, cuya resistencia a la tracción R_{m} y cuyo límite de alargamiento R_{p0,2}, según sea el espesor de la pared, alcance como mínimo los valores citados en la Tabla 1. Además de ello, estos tubos para construcción tienen que presentar un alargamiento de rotura A que, para probetas longitudinales, suponga como mínimo 16% y para probetas transversales, como mínimo 14%. Por otra parte, tales tubos de acero de alta resistencia tienen que presentar también una tenacidad que corresponda, como mínimo, a los valores de trabajo de resiliencia citados en la Tabla 2.

TABLA 1

Espesor de
pared (mm)	\leq 20	>20-40	>40-50	>50-65	>65-80	>80-100
Resistencia
a la tracción	\geq 770	\geq 720	\geq 670	\geq 670	\geq 620	\geq 620
R_{m} (N/mm^{2})
Límite de
alargamiento	\geq 690	\geq 650	\geq 615	\geq 580	\geq 540	\geq 500
R_{p02} (N/mm^{2})

TABLA 2

Espesor de	Trabajo de resiliencia A_{v} (J) a -40º
pared	Valor medio
(mm)	longitudinal	transversal
\leq20	40	27
> 20-50	30	25
> 50	27	-

En la fabricación de tubos para construcción de alta resistencia en aceros como los aquí expuestos, por lo habitual laminación en caliente y subsiguiente bonificado, se producen por lo regular problemas en cuanto al aspecto de la superficie de los tubos producidos. La laminación en caliente se puede llevar a cabo, por ejemplo, conforme al conocido procedimiento de laminación continua o, también, conforme al procedimiento de laminación por paso de peregrino. Los problemas de la superficie son muy especialmente acusados en el caso de la llamada laminación en caliente por paso de peregrino. A saber, en este caso, por el largo tiempo de calentamiento de los lingotes de partida a la temperatura de laminación, se forma en las superficies de los lingotes una espesa capa de cascarilla, cuya conformación está marcada a la vez por la presencia de níquel no quemado, en forma esponjosa. Al mismo tiempo, la capa de cascarilla crece penetrando en la superficie del lingote, en parte, en forma de lanza. Este aspecto de conjunto conduce a graves daños externos en la laminación cruzada y en la laminación por paso de peregrino en caliente, cuya eliminación hace necesario un complejo trabajo de saneamiento por mecanización con arranque de viruta. Por el contrario, en la laminación continua, debido al tiempo de permanencia claramente más corto de los lingotes en el horno de solera giratorio, sólo se forman durante la laminación cicatrices de cascarilla más o menos fuertemente marcadas. Sin embargo, puesto que los tubos de construcción producidos de esta manera se utilizan muchas veces en máquinas e instalaciones en las cuales, frecuentemente, son visibles desde fuera, los fabricantes de las correspondientes máquinas e instalaciones no aceptan una superficie de esta clase.

Del documento WO98/31843 se conoce un procedimiento para la fabricación de tubos sin costura para conducciones, en la zona de grados de calidad X52 - X90, por laminación en caliente de un material tubular previo de una aleación de acero, que presenta la siguiente composición (% en peso):

C	0,06-0,18%
Si	\leq0,40%
Mn	0,80-1,40%
P	\leq0,025%
S	\leq0,010%
Al	0,01- 0,06%
Mo	\leq0,50%
V	\leq0,10%
Nb	\leq0,10%
N	\leq0,015%
W	<0,30-1,0%
resto hierro e impurezas habituales.

Estos tubos se bonifican después de la laminación en caliente. Por la adición de wolframio, inusual en los tubos para conducciones, se consigue que los tubos producidos presenten un límite elástico estable y, esencialmente, una característica constante de la tensión- -alargamiento hasta una temperatura de aplicación de 200ºC.

Misión del presente invento es proponer como tubos para construcción, tubos de acero sin costura, soldables, de alta resistencia, que satisfagan las exigencias mínimas mencionadas al comienzo, en cuanto a resistencia a la tracción, límite elástico, alargamiento de rotura y resiliencia, cuya producción sea posible con el menor coste posible y que lleve a superficies de los tubos ópticamente impecables.

Este problema se resuelve conforme al invento utilizando una aleación de acero según la reivindicación 1. Un tubo de acero conforme al invento como tubo para construcción, en especial como tubo de perfil, presenta las características de la reivindicación independiente 5. De las reivindicaciones subordinadas dependientes resultan otras formas ventajosas del invento.

Las investigaciones realizadas a lo largo del presente invento llevaron al sorprendente resultado, de que renunciando al níquel, de importancia esencial para lograr en el acero, según la Hoja de Material 290 R, sus propiedades de resistencia y tenacidad, se puede encontrar una aleación de acero adecuada, la cual resulta de una modificación preestablecida de la aleación para tubos para construcción sin costura, conocida por el documento WO98/31843. La aleación de acero que se ha de utilizar conforme al invento se diferencia de esta última especialmente por la adición, forzosamente necesaria, de 0,2%-0,5% de Cr. Además, los intervalos dados anteriormente para los contenidos en C y Mn están desplazados hacia valores más elevados y, en cualquier caso, es necesario un contenido mínimo en vanadio de 0,03%. Por tanto, conforme al invento, para la fabricación de tubos de acero sin costura, soldables, de alta resistencia, se propone una aleación de acero, que prevé una adición de wolframio, inusual para este tipo de aplicación, en el intervalo de 0,3%-1,0%. Preferentemente, el contenido en W es como mínimo 0,5%. Siempre que el acero contenga Ni como impureza, por ejemplo cuando éste se produce en horno eléctrico a partir de chatarra, su contenido no puede ser superior a 0,20%. Preferentemente, el contenido en Ni se limita a un máximo de 0,15%, especialmente a un máximo de 0,10%. Para conseguir valores de resistencia mecánica especialmente interesantes y, al mismo tiempo, aún excelentes valores referentes a la tenacidad, el contenido en C se limita preferentemente a 0,14%-0,20%.

Según otro aspecto del presente invento, se pone a disposición un tubo para la construcción, sin costura, soldable, de alta resistencia en el sentido de los valores descritos al comienzo, el cual está conformado especialmente como tubo de perfil y se fabrica por laminación en caliente y subsiguiente bonificado. Se compone de una aleación de acero con la siguiente composición:

C	0,12-0,25
Si	\leq0,40%
Mn	1,20-1,80%
P	\leq0,025%
S	\leq0,010%
Al	0,01-0,06%
Cr	0,20-0,50%
Mo	0,20-0,50%
V	0,03-0,10%
W	0,30-1,00%
Ni	0,00-0,20%
N	\leq 0,02%
Cu	\leq0,20%
resto hierro e impurezas habituales

En especial, los contenidos en C, W y Ni pueden estar modificados ventajosamente del modo como se ha descrito ya anteriormente para la aleación que se ha de utilizar conforme al invento. Los tubos de acero conformes al invento presentan valores excelentes en cuanto a sus propiedades de resistencia mecánica y tenacidad, tal como se desprende en detalle de los ejemplos de realización siguientes.

Una aleación de acero fue fundida con la siguiente composición y se coló como material previo para tubos con sección circular:

\newpage

C	0,17 %
Si	0,32%
Mn	1,50%
P	0,01%
S	0,001%
Al	0,031%
Cr	0,32%
Mo	0,27%
Cu	0,16%
Ni	0,12%
V	0,07%
W	0,56%
N	0,006%
Cu	0,02%
resto hierro e impurezas habituales

Los valores de medición, determinados en los ejemplos de realización, se han representado, en parte, gráficamente en las figuras. Muestran:

Fig. 1 el límite de alargamiento R_{p0,2} en función del espesor de pared,

Fig. 2 la resistencia a la tracción R_{m} en función del espesor de pared,

Fig. 3 el alargamiento de rotura A_{5} en función del espesor de pared.

A continuación, de manera en sí conocida, este material previo para tubos se laminó en forma de tubos, en un tren de laminación de paso de peregrino. Después de enfriar a temperatura ambiente, los tubos así producidos se sometieron a un tratamiento de bonificado de modo también en sí conocido. En comparación con los correspondientes tubos de acero del conocido acero FGS 70 V, los tubos para construcción fabricados a partir del acero utilizado conforme al invento presentaron una superficie lisa sin las marcadas conchas, de otro modo habituales, de manera que estos tubos ya eran útiles como tubos para construcción, sin una elaboración posterior adicional.

Las propiedades tecnológicas de los tubos se determinaron ensayando probetas transversales que se tomaron de los tubos producidos. En este caso, se utilizaron probetas que se sacaron de tubos de 457 mm de diámetro con 20 mm de espesor de pared y, respectivamente, 404 mm de diámetro con 41 mm de espesor de pared, respectivamente 410 mm de diámetro con 60 mm de espesor de pared. Los valores de medición para el límite de alargamiento R_{p0,2} se han representado gráficamente en la Figura 1 en función del espesor de pared. En este caso, se han incluido, también, en forma de línea de escalones, los valores mínimos del límite de alargamiento para el conocido material FGS 70 V mencionado como ejemplo. Se aprecia, que incluso los valores mínimos medidos son aún muy superiores a los valores mínimos exigidos. De forma correspondiente, en la Figura 2 se representó gráficamente el resultado de las determinaciones de la resistencia a la tracción R_{m}, en donde de nuevo se trazaron en línea de escalones los valores mínimos para el material FGS 70 V. También aquí, los valores mínimos medidos se encuentran, en cada caso, marcadamente por encima de los valores mínimos exigidos. Además, la Figura 3 muestra el resultado de la medición del alargamiento de rotura A_{5} en probetas transversales para distintos espesores de pared. De nuevo, los valores más bajos se encuentran también, en cada caso, marcadamente por encima de los valores mínimos trazados exigidos del 14%.

Por medio de ensayos de la resiliencia se investigaron las propiedades de tenacidad con ayuda de probetas transversales, puesto que éstas proporcionan valores más críticos para enjuiciar esta propiedad. Los resultados se reproducen numéricamente en las Tablas 3 y 4. Las probetas se extrajeron de tubos de las dimensiones 470 x 20 mm y 404 x 41 mm.

\newpage

TABLA 3

Temperatura	Trabajo de resiliencia,	Trabajo de resiliencia,
(ºC)	valor medio (J)	mínimo valor individual (J)
0	169	145
-20	154	77
-40	113	55

TABLA 4

Temperatura	Trabajo de resiliencia,	Trabajo de resiliencia,
(ºC)	valor medio (J)	mínimo valor individual (J)
0	126	74
-20	69	55
-40	63	39

La comparación de los valores de medición con los valores mínimos prescritos de la Tabla 2 para la temperatura de ensayo de -40ºC muestra, que los valores medios son varias veces mayores a los valores mínimos exigidos y que, incluso, los valores individuales mínimos determinados se encuentran aún aproximadamente a una altura doble y, respectivamente, en más del 50% por encima del valor mínimo exigido.

En conjunto, esto significa que los tubos para construcción producidos presentaron muy buenas propiedades de la resistencia mecánica, que se combinaron con excelentes propiedades de la tenacidad. Al mismo tiempo, estos tubos poseían una soldabilidad muy buena y, ya en estado de laminación, superficies libres de defectos. Esto se consiguió utilizando un acero aleado con wolframio, en el cual el contenido en níquel se redujo, como mínimo, hasta por debajo de un límite crítico.

Claims

1. Utilización de una aleación de acero que contiene (% en peso)

C 0,12-0,25% Si 0,40% Mn 1,20-1,80% P 0,025% S 0,010% Al 0,01-0,06% Cr 0,20-0,50% Mo 0,20-0,50% V 0,03-0,10% Cu 0,20% N 0,02% resto hierro e impurezas habituales

como material para la producción de tubos de acero sin costura, soldables, de alta resistencia, como tubos para construcción, por laminación en caliente y subsiguiente bonificado, con la condición de que la aleación de acero contenga adicionalmente 0,30-1,00% de W y un contenido en Ni, eventualmente presente, que no sea superior al 0,20%.

2. Utilización según la reivindicación 1, caracterizada porque la aleación de acero contiene como mínimo 0,50% de W.

3. Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque la aleación de acero contiene menos del 0,15%, en especial un máximo de 0,10% de Ni.

4. Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el contenido en C se encuentra en el intervalo de 0,14 a 0,20%.

5. Tubo para construcción sin costura, soldable, de alta resistencia, en especial tubo de perfil, producido por laminación en caliente y subsiguiente bonificado, constituido por una aleación de acero con la siguiente composición:

C 0,12-0,25% Si 0,40% Mn 1,20-1,80% P 0,025% S 0,010% Al 0,01-0,06% Cr 0,20-0,50% Mo 0,20-0,50% V 0,03-0,10% W 0,30-1,00% Ni 0,00-0,20% Cu 0,02% N 0,20% resto hierro e impurezas habituales.

6. Tubo para construcción según la reivindicación 5, caracterizado porque la aleación de acero contiene como mínimo 0,50% de W.

7. Tubo para construcción según una de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizado porque la aleación de acero contiene menos del 0,15%, en especial como máximo 0,10% de Ni.

8. Tubo para construcción según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el contenido en C se encuentra en el intervalo de 0,14 a 0,20%.