ES2547901T3 - Tratamiento de ajuste de superficie previo al tratamiento químico de un producto de acero - Google Patents

Tratamiento de ajuste de superficie previo al tratamiento químico de un producto de acero Download PDF

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Abstract

Método de fabricación de un elemento de acero con superficie tratada caracterizado por el tratamiento de un elemento de acero con una solución de acondicionamiento de superficie con un pH en el rango de 7,8-9,8, que contiene tetraborato de potasio o tetraborato de sodio y no contiene iones de fosfato, seguido de la realización de un tratamiento por conversión química con fosfato.

Description

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potasio en la superficie del acero en la etapa inicial del tratamiento de conversión química, donde la materia coloidal actúa como núcleos de cristal para acelerar el crecimiento de los granos de cristal de la conversión química con fosfato, lo que conduce a la formación de un revestimiento por conversión química con fosfato de manganeso con un diámetro del grano de cristal grande.
Concretamente, se requiere crear un estado de exceso de iones de manganeso debido al consumo de iones de fosfato en el área cercana a la interfaz descrita anteriormente, para formar materia coloidal en suspensión. Por lo tanto, el compuesto que se utiliza para el acondicionamiento de superficie puede ser otra sal de metal alcalino, concretamente tetraborato de sodio. Cuando un experimento como el descrito anteriormente se llevó a cabo en efecto utilizando tetraborato de sodio y otras sales de metales alcalinos, el diámetro del grano de cristal del revestimiento por conversión química con fosfato de manganeso que se formó, sí que de hecho se volvió más grueso, y se determinó la presencia de un metal alcalino en la interfaz entre el acero y el revestimiento por conversión química. Si la solución de acondicionamiento de superficie contiene iones de fosfato, no tiene lugar un estado de exceso de iones de manganeso, de manera que los iones de fosfato no deberían incluirse en la solución de acondicionamiento de superficie.
No hay una restricción en particular en cuanto a la concentración de la solución de acondicionamiento de superficie, pero cuando la sal de metal alcalino es tetraborato de potasio se necesita que la concentración sea de tal manera que el pH de la solución sea de 7,8 – 9,8. Si el pH de la solución de acondicionamiento es menor de 7,8, el engrosamiento de los granos de cristal del revestimiento por conversión química con fosfato es inadecuado. Por otro lado, si el pH de la solución de acondicionamiento excede de 9,8, el efecto de engrosamiento de los granos de cristal se satura. Tomando en consideración los costes químicos, un pH de mayor preferencia es 8,8 ± 0,5.
Cuando la sal de metal alcalino utilizada en la solución de acondicionamiento de superficie es un compuesto distinto de tetraborato de potasio, el rango de la concentración o el pH en el que el efecto de engrosamiento de los granos de cristal del revestimiento por conversión química es adecuado puede determinarse mediante experimentación.
La solución de acondicionamiento de superficie preferiblemente no contiene componentes que no sean tetraborato de potasio (y/o tetraborato de sodio y opcionalmente otra sal de metales alcalinos), pero puede incluirse otro compuesto que no contenga iones de fosfato siempre que no tenga un efecto adverso notable en la acción de la solución. Ejemplos de otros compuestos que pueden ser incluidos en la solución de acondicionamiento de superficie son sales de metales alcalinotérreos.
Para el tratamiento de una junta roscada para tuberías OCTG con una solución de acondicionamiento de superficie que es una solución acuosa, que contiene una sal de metal alcalino y no contiene iones de fosfato, el tiempo de contacto entre la solución de acondicionamiento y la junta roscada no está particularmente limitado, y puede encontrarse en el orden de unos pocos segundos. Preferiblemente, es de aproximadamente 10 segundos hasta 1 minuto. La temperatura de la solución de acondicionamiento no está particularmente restringida, y la temperatura ambiente es suficiente.
Previamente a la realización de este tratamiento de acondicionamiento de superficie, la superficie de una junta roscada para tuberías OCTG habitualmente se limpia mediante desengrasado y lavado. No hay una restricción en particular en cuanto al método de contacto entre la solución de acondicionamiento de superficie y una junta roscada para tuberías OCTG, y pueden utilizarse diversos métodos tales como inmersión, pulverización, y rociado. Por ejemplo, cuando se trata el extremo de un tubo de acero, se prefiere la pulverización o el rociado a la inmersión. Por tanto, un método de contacto adecuado puede seleccionarse de acuerdo con la forma del elemento de acero a ser tratado.
Posteriormente, preferiblemente sin realizar el lavado, el elemento de acero se somete a un tratamiento por conversión química con fosfato, tal como un tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso. Este tratamiento de conversión química con fosfato puede ser realizado mediante una forma convencional.
No hay una restricción en particular en cuanto al tipo de acero (la composición química del acero) de una junta roscada para tuberías OCTG que puede tratarse con una solución de acondicionamiento de superficie de acuerdo a la presente invención. Esta solución de acondicionamiento proporciona un efecto notable no sólo con respecto a la junta roscada realizada de acero común (acero al carbono), sino también con respecto a una junta roscada para tuberías OCTG realizadas de una aleación de acero que contiene al menos un 10 por ciento en peso de Cr sobre la cual resultaba difícil realizar un tratamiento de conversión química en el arte previo, a menos que se llevara a cabo la preparación de la superficie mediante imprimación tal como nitruración o revestimiento electrolítico. En el caso del acero común, se obtiene un efecto incluso cuando la concentración de tetraborato de potasio en la solución de acondicionamiento de superficie es baja. Por otro lado, en el caso de un acero con alto contenido en Cr, que contenga al menos un 10 por ciento en peso de Cr, para obtener un efecto adecuado es necesario incrementar la concentración de tetraborato de potasio hasta cierto grado. Sin embargo, en el caso de una junta roscada para tuberías OCTG realizadas de un acero de tan alta aleación, la preparación de la superficie mediante imprimación tal como revestimiento electrolítico o nitruración que se requería en el pasado de vuelve innecesaria, y la resistencia a
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5n1/(a+b+c+d+e). En esta fórmula, a -e son el número de granos de cristal observado en las líneas a -e, respectivamente, en la Figura 2. La presencia o ausencia de áreas vacías e irregularidades en el revestimiento por conversión química que se formó en la superficie de la lámina de acero se determinó mediante observación visual.
Para realizar una comparación, el tratamiento de las probetas fue realizado mediante métodos convencionales de
5 acuerdo con las condiciones de tratamiento reveladas en cada uno de los documentos descritos anteriormente. Sin embargo, el tipo de tratamiento de conversión química con fosfato fue, en cada caso, un tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso utilizando la misma solución de tratamiento de conversión química que en el ejemplo descrito anteriormente.
Se realizó un ensayo de fricción utilizando un pin y un disco tratados como se ha descrito anteriormente. En primer
10 lugar, una grasa compuesta, que era un lubricante líquido utilizado en el momento de fijar las tuberías OCTG mediante una junta roscada, se aplicó a la cavidad avellanada del disco sobre la que se formó un revestimiento por conversión química con fosfato de manganeso. El ensayo de fricción se llevó a cabo introduciendo el pin en la cavidad avellanada del disco al que se había aplicado una grasa compuesta, y mientras se aplicaba una carga predeterminada al pin, el disco se hacía girar durante 30 segundos (a una velocidad de rotación de 20 rpm). La
15 carga fue 1.000 kgf al comienzo y a continuación se incrementó en incrementos de 100 kgf. El ensayo de fricción se repitió hasta que se produjo excoriación en la región de contacto entre el pin y el disco, por lo que se determinó la carga a la excoriación para la evaluación de la resistencia a la excoriación. Se considera que una carga a la excoriación de 5 toneladas (5.000 kgf) es suficiente para un uso práctico. Por lo tanto, cuando la carga alcanzó las 5 toneladas sin la aparición de excoriación, se finalizó el ensayo.
20 Se determinó que la resistencia a la excoriación era satisfactoria (calificado como ) si la carga a la excoriación fue de al menos 4 toneladas (4.000 kgf) y que era inaceptable (calificado como X) cuando fue de menos de 4 toneladas.
Los resultados del ensayo para la resistencia a la excoriación y los valores medidos del diámetro de grano de cristal medio del revestimiento por conversión química con fosfato de manganeso se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1
Acondicionamiento de superficie previo al tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso
Granos de cristal del revestimiento CC* Carga a la excoriación (ton) Evaluación
Tipo
pH Agarre (µm) BS/
Compara.
Sin acondicionamiento de superficie 6 Ninguno 3,7 X
Inventivo
Tetraborato de potasio 7,8 11 Ninguno 4,3 
8,0
26 Ninguno 5,0 
8,2
38 Ninguno 5,0 
8,4
50 Ninguno 5,0 
8,6
62 Ninguno 5,0 
8,8
68 Ninguno 5,0 
9,0
77 Ninguno 5,0 
9,2
85 Ninguno 5,0 
9,4
93 Ninguno 5,0 
9,6
98 Ninguno 5,0 
9,8
102 Ninguno 5,0 
‡ 10,0
101 Ninguno 5,0 
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(continuación)
Acondicionamiento de superficie previo al tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso
Granos de cristal del revestimiento CC* Carga a la excoriación (ton) Evalua ción
Tipo
pH Agarre (µm) BS/
Conv. A
Fosfato de metal alcalino + Ti + clorato 6 Ninguno 1,7 X
Conv. B
Fosfato de metal alcalino + partículas de óxido (pH 9,0) 1 Ninguno <1,0 X
Conv. C
Sal de metal alcalino † monosacárido 2 Ninguno <1,0 X
Conv. D
Sal de metal alcalino + polisacárido 1 Ninguno <1,0 X
Conv. E
Solución de acondicionamiento de superficie estándar (solución de fosfatación de manganeso cons.) 76 Encontrado 3,8 X
Conv. F
Revestimiento electrolítico de hierro 13 Encontrado 2,8 X
Conv. G
Nitruración acondicionamiento de superficie a base de titanio coloidal 16 Ninguno 2,8 X
Conv. H
Revestimiento electrolítico de hierro acondicionamiento de superficie a base de manganeso coloidal 12 Ninguno 2,2 X
Conv. I
Revestimiento con lubricante sólido sobre revestimiento de fosfato de manganeso 10 Ninguno 3,8 X
Conv. J
Revestimiento electrolítico de hierro Revestimiento con lubricante sólido sobre revestimiento de fosfato de manganeso 12 Ninguno 3,8 X
Conv. K
Sin acondicionamiento de superficie / tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso que contiene iones de flúor (tres probetas preparadas bajo las mismas condiciones) 23 Encontrado 2,9 X
36
Ninguno 4,4 
42
Encontrado 3,2 X
Conv. A (Compra. 1)
Fosfato de metal alcalino + Ti 8 Encontrado 1,3 X
Conv. L
Desbaste de superficie mediante granallado con chorro de arena Ra = 20 µm 9 Ninguno 2,0 X
Ra = 60 µm
9 Ninguno 2,5 X
Conv. M
Sin acondicionamiento de superficie / tetraborato de potasio añadido a la solución de tratamiento por conversión química con fosfato de managaneso 5 Ninguno 3,9 X
*revestimiento CC = revestimiento por conversión química; **BS/UE = áreas vacías/irregularidades Compara.= ejemplo comparativo; conv. = método convencional ‡ indica ejemplo de referencia
Tal como se muestra en la Tabla 1, cuando se realizó el tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso después del desengrasado y lavado sin acondicionamiento de superficie, el diámetro de grano de cristal 5 medio del revestimiento por conversión química fue de 6 micrómetros. Realizando un acondicionamiento de superficie antes del tratamiento por conversión química de acuerdo con la presente invención, el diámetro del grano de cristal del revestimiento por conversión química con fosfato de manganeso podría incrementarse al rango de 10 110 micrómetros. Había una tendencia a aumentar del diámetro del grano de cristal a medida que el pH de la solución de acondicionamiento de superficie aumentaba, es decir, a medida que la concentración de tetraborato de
10 potasio en la misma aumentaba. La resistencia a la excoriación resultó buena en cada caso, y en particular cuando el diámetro medio del grano de cristal superaba los 20 micrómetros, la resistencia a la excoriación se mejoró aún más, tal como queda indicado por la carga a la excoriación que alcanzó las 5 toneladas.
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fosfato de manganeso que se formó en la superficie de una lámina de acero del mismo tipo de acero bajo las mismas condiciones para el acondicionamiento de superficie y el tratamiento de conversión química.
Se realizó una prueba de unión de una junta roscada para tuberías OCTG utilizando la parte hembra que había sido sometida a tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso según se ha descrito anteriormente, y un 5 acople macho no tratado. Previamente a proceder al apriete, una cantidad determinada de una grasa compuesta disponible comercialmente se aplicó a la superficie de la parte hembra como lubricante. En la prueba de unión, el apriete que se conformó a una velocidad de 10 rpm a un par de apriete máximo especificado por el API de 16.740 N·m, y el aflojamiento que se realizó a la misma velocidad, fueron repetidos hasta que tuvo lugar la excoriación y ya no fue posible el apriete o el aflojamiento. La resistencia a la excoriación fue evaluada en base al número de veces
10 que se realizó la acción de apriete (número de aprietes) hasta la aparición de la excoriación. Se determinó que la resistencia a la excoriación era buena (calificado como ) si el apriete se realizó al menos 10 veces hasta la aparición de la excoriación, suficiente (calificada como Δ) si fue realizado 5 – 9 veces, y deficiente (calificado como X) si fue realizado como máximo 4 veces. Un valor de 1 (uno) para el número de aprietes significa que la excoriación tuvo lugar en el momento del primer apriete o aflojamiento. Los resultados se recogen en la Tabla 2.
15 Tabla 2
Junta roscada para OCTG realizada en acero J55 (acero al carbono)
Categoría
Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de potasio Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de sodio
pH de la solución de acondicionamiento
Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación pH de la solución de acondicionamiento Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación
Diám. Grano medio (µm)
BS/ Número de aprietes (evaluación) Diám. Grano medio (µm) BS/ Número de aprietes (evaluación)
Compara.
No tratado 9 Encontrado 3 (X) No tratado 9 Encontrado 3 (X)
Inventivo
7,8 15 Ninguno 13 () 7,8 13 Ninguno 14 ()
8,0
35 “ 14 () 8,0 32 “ 14 ()
8,2
45 “ 14 () 8,2 43 “ 14 ()
8,4
60 “ 15 () 8,4 57 “ 14 ()
8,6
70 “ 18 () 8,6 68 “ 17 ()
8,8
76 “ 21 () 8,8 76 “ 21 ()
9,0
80 “ 21 () 9,0 77 “ 21 ()
9,2
85 “ 22 () 9,2 82 “ 21 ()
9,4
95 “ 23 () 9,4 89 “ 23 ()
9,6
98 “ 24 () 9,6 96 “ 23 ()
9,8
105 “ 25 () 9,8 100 “ 24 ()
‡ 10,0
110 “ 25 () ‡ 10,0 108 “ 25 ()
*Revestimiento CC = revestimiento por conversión química; **BS/UE = áreas vacías/irregularidades ‡ indica ejemplo de referencia
Como puede observarse por la Tabla 2, en el caso de acero al carbono, cuando se realizó un tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso sin que le precediera un acondicionamiento de superficie, el diámetro de grano de cristal medio del revestimiento por conversión química fue de 9 micrómetros, y se observaron áreas
20 vacías e irregularidades en el revestimiento. El número de aprietes hasta la aparición de la excoriación fue 3, así que los resultados de la resistencia a la excoriación se señalaron como X (deficiente).
En contraste, realizando un acondicionamiento de superficie con una solución acuosa de tetraborato de potasio o tetraborato de sodio con un pH de al menos 7,8 de acuerdo a la presente invención, previamente al tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso, se formó un revestimiento por conversión química con granos de 25 cristal engrosados con un diámetro medio del grano de cristal de al menos 10 micrómetros. Como resultado, el número de aprietes hasta la aparición de la excoriación fue aumentado a 13 – 25 lo que indica que la resistencia a la excoriación fue mejorada enormemente. Como puede verse por la Tabla 2, el efecto de este acondicionamiento de superficie en la mejora de la resistencia a la excoriación mejoró (es decir, el número de aprietes hasta la aparición
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de excoriación aumentó) a medida que el pH de la solución de acondicionamiento de superficie aumentaba, pero el efecto saturó en un pH de 9,8, y el mismo efecto se obtuvo cuando la solución de acondicionamiento de superficie fue una solución acuosa de tetraborato de sodio que cuando fue una solución de tetraborato de potasio.
Ejemplo 3
5 En este ejemplo, una junta roscada para tuberías OCTG realizadas en acero API C-110 (acero 1Cr-0.7Mo) se sometió a un acondicionamiento de superficie de acuerdo a la presente invención, y a un tratamiento posterior de conversión química con fosfato de manganeso, y la resistencia a la excoriación fue evaluada, después de la aplicación de una grasa compuesta, mediante el apriete y aflojamiento repetido. Se utilizaron una solución acuosa de tetraborato de potasio y una solución de tetraborato de sodio como soluciones de acondicionamiento de
10 superficie.
La forma de la junta roscada para tuberías OCTG utilizadas en el ensayo, los métodos de acondicionamiento de superficie y el tratamiento de conversión química, la prueba de unión y el método de su evaluación fueron los mismos que para el Ejemplo 2. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3
Junta roscada para OCTG realizada en acero C-110 (acero Cr-0,7Mo)
Categoría
Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de potasio Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de sodio
pH de la solución de acondicionamiento
Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación pH de la solución de acondicionamiento Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación
Diám. Grano medio (µm)
BS/ Número de aprietes (evaluación) Diám. Grano medio (µm) BS/ Número de aprietes (evaluación)
Compara.
No tratado 8 Encontrado 2 (X) No tratado 8 Encontrado 2 (X)
Inventivo
7,8 14 Ninguno 13 () 7,8 13 Ninguno 13 ()
8,0
30 “ 13 () 8,0 28 “ 13 ()
8,2
35 “ 13 () 8,2 34 “ 14 ()
8,4
45 “ 15 () 8,4 44 “ 15 ()
8,6
50 “ 17 () 8,6 52 “ 17 ()
8,8
70 “ 20 () 8,8 72 “ 18 ()
9,0
75 “ 21 () 9,0 72 “ 18 ()
9,2
78 “ 22 () 9,2 73 “ 20 ()
9,4
88 “ 22 () 9,4 85 “ 21 ()
9,6
95 “ 23 () 9,6 90 “ 21 ()
9,8
99 “ 25 () 9,8 96 “ 23 ()
‡ 10,0
102 “ 25 () ‡ 10,0 102 “ 23 ()
*Revestimiento CC = revestimiento por conversión química; **BS/UE = áreas vacías/irregularidades ‡ indica ejemplo de referencia
15 Como puede observarse por la Tabla 3, en el caso de acero 1Cr-0.7Mo, cuando el tratamiento por conversión química se realizó sin que le precediera un acondicionamiento de superficie, el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química fue de 8 micrómetros, lo que fue incluso más pequeño que para el acero al carbono, y habían áreas vacías e irregularidades en el revestimiento. El número de aprietes hasta la aparición de
20 excoriación fue 2, así que la resistencia a la excoriación se señaló con X (deficiente).
En contraste, realizando acondicionamiento de superficie con una solución acuosa de tetraborato de potasio o de tetraborato de sodio con un pH de al menos 7,8 de acuerdo a la presente invención, antes del tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso, se formó un revestimiento por conversión química con granos de cristal engrosados con un diámetro medio del grano de cristal de al menos 10 micrómetros. Como resultado, el
25 número de aprietes hasta la aparición de excoriación se aumentó a 13 – 25 lo que indica que la resistencia a la excoriación fue enormemente mejorada. Como puede verse por la Tabla 3, el efecto de este acondicionamiento de superficie en la mejora de la resistencia a la excoriación aumentó (es decir, el número de aprietes hasta la aparición
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de excoriación aumentó), a medida que el pH de la solución de acondicionamiento de superficie aumentaba, pero el efecto saturó a un pH de 9,8, y el mismo efecto se obtuvo cuando la solución de acondicionamiento de superficie era una solución acuosa de tetraborato de sodio que cuando era una solución de tetraborato de potasio.
Ejemplo 4
5 En este ejemplo, una junta roscada para tuberías OCTG realizadas en acero 3Cr, se sometió a un acondicionamiento de superficie de acuerdo a la presente invención, y un tratamiento posterior de conversión química con fosfato de manganeso, y se evaluó la resistencia a la excoriación, después de la aplicación de una grasa compuesta, mediante el apriete y aflojamiento repetido. Se utilizaron una solución acuosa de tetraborato de potasio y una solución acuosa de tetraborato de sodio como soluciones de acondicionamiento de superficie.
10 La forma de la junta roscada para tuberías OCTG utilizada en este ensayo, los métodos de acondicionamiento de superficie y tratamiento por conversión química, y la prueba de unión y el método de su evaluación fueron los mismos que en el Ejemplo 2. Los resultados se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4
Junta roscada para OCTG realizada en acero 3Cr
Categoría
Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de potasio Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de sodio
pH de la solución de acondicionamiento
Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación pH de la solución de acondicionamiento Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación
Diám. Grano medio (µm)
BS/ Número de aprietes (evaluación) Diám. Grano medio (µm) BS/ Número de aprietes (evaluación)
Compara.
No tratado 8 Encontrado 4 (X) No tratado 8 Encontrado 4 (X)
Inventivo
7,8 12 Ninguno 10 () 7,8 12 Ninguno 10 ()
8,0
20 “ 10 () 8,0 19 “ 10 ()
8,2
28 “ 13 () 8,2 27 “ 12 ()
8,4
36 “ 14 () 8,4 33 “ 13 ()
8,6
41 “ 15 () 8,6 39 “ 13 ()
8,8
48 “ 18 () 8,8 45 “ 17 ()
9,0
50 “ 19 () 9,0 48 “ 18 ()
9,2
50 “ 20 () 9,2 49 “ 18 ()
9,4
52 “ 20 () 9,4 50 “ 19 ()
9,6
68 “ 20 () 9,6 59 “ 20 ()
9,8
80 “ 21 () 9,8 75 “ 20 ()
‡ 10,0
92 “ 21 () ‡ 10,0 89 “ 20 ()
*Revestimiento CC = revestimiento por conversión química; **BS/UE = áreas vacías/irregularidades ‡ indica ejemplo de referencia
15 Como puede verse por la Tabla 4, en el caso de un acero 3Cr, cuando se realizó el tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso sin que le precediera un acondicionamiento de superficie, el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química fue de 8 micrómetros, y había áreas vacías e irregularidades en el revestimiento. El número de aprietes hasta la aparición de excoriación fue 4, de manera que la resistencia a la excoriación se señaló como X (deficiente).
20 En contraste, realizando un acondicionamiento de superficie con una solución acuosa de tetraborato de potasio o tetraborato de sodio con un pH de al menos 7,8 según la presente invención, antes del tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso, se formó un revestimiento por conversión química con granos de cristal engrosados con un diámetro medio del grano de cristal de al menos 10 micrómetros. Como resultado, el número de aprietes hasta la aparición de excoriación se aumentó hasta 10 – 21, lo que indica que la resistencia a la excoriación
25 fue enormemente mejorada. Como puede verse por la Tabla 4, el efecto de este acondicionamiento de superficie en
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la mejora de la resistencia a la excoriación aumentó (es decir, el número de aprietes hasta la aparición de excoriación aumentó) a medida que el pH de la solución de acondicionamiento de superficie aumentaba, pero el efecto saturaba a un pH de 9,8, y el mismo efecto se obtuvo cuando la solución de acondicionamiento de superficie era una solución acuosa de tetraborato de sodio al igual que cuando era una solución de tetraborato de potasio.
5 Ejemplo 5
En este ejemplo, una junta roscada para tuberías OCTG realizadas en acero 5Cr se sometió a un acondicionamiento de superficie de acuerdo con la presente invención, y a un posterior tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso, y se evaluó la resistencia a la excoriación, después de la aplicación de una grasa compuesta, mediante acciones de apriete y aflojamiento repetidas. Se utilizaron una solución acuosa de tetraborato de potasio y
10 una solución acuosa de tetraborato de sodio como soluciones de acondicionamiento.
La forma de la junta roscada para tuberías OCTG utilizada en el ensayo, los métodos para el acondicionamiento de superficie y tratamiento de conversión química, y la prueba de unión y el método de su evaluación fueron las mismas que para el Ejemplo 2. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5
Junta roscada para OCTG realizada en acero 5Cr
Categoría
Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de potasio Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de sodio
pH de la solución de acondicionamiento
Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación pH de la solución de acondicionamiento Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación
Diám. Grano medio (µm)
BS/ Número de aprietes (evaluación) Diám. Grano medio (µm) BS/ Número de aprietes (evaluación)
Compara.
No tratado 3 Encontrado 1 (X) No tratado 3 Encontrado 1 (X)
Inventivo
7,8 10 Ninguno 10 () 7,8 10 Ninguno 10 ()
8,0
13 “ 10 () 8,0 11 “ 10 ()
8,2
13 “ 11 () 8,2 12 “ 10 ()
8,4
14 “ 11 () 8,4 13 “ 11 ()
8,6
14 “ 11 () 8,6 13 “ 10 ()
8,8
19 “ 12 () 8,8 17 “ 11 ()
9,0
20 “ 12 () 9,0 18 “ 11 ()
9,2
20 “ 13 () 9,2 18 “ 11 ()
9,4
20 “ 13 () 9,4 20 “ 12 ()
9,6
21 “ 13 () 9,6 20 “ 13 ()
9,8
21 “ 14 () 9,8 20 “ 13 ()
‡ 10,0
21 “ 14 () ‡ 10,0 21 “ 14 ()
*Revestimiento CC = revestimiento por conversión química; **BS/UE = áreas vacías/irregularidades ‡ indica ejemplo de referencia
15
Como puede observarse por la Tabla 5, en el caso del acero 5Cr, cuando se realizó tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso sin que le precediera acondicionamiento de superficie, el diámetro medio de grano de cristal del revestimiento por conversión química fue un valor extremadamente pequeño de 3 micrómetros, y habían áreas vacías e irregularidades en el revestimiento. El número de aprietes hasta la aparición de excoriación
20 fue 1, así que la resistencia a la excoriación se señaló con X (deficiente). Por tanto, cuando el contenido de Cr es del 5% o por encima, tiene lugar una gran reducción de la resistencia a la excoriación.
En contraste, realizando un acondicionamiento de superficie con una solución acuosa de tetraborato de potasio o tetraborato de sodio con un pH de al menos 7,8 de acuerdo a la presente invención antes del tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso, se formó un revestimiento por conversión química con granos de 25 cristal engrosados con un diámetro medio del grano de cristal de al menos 10 micrómetros. Como resultado, el
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número de aprietes hasta la aparición de excoriación se aumentó a 10 – 14 lo que indica que la resistencia a la excoriación se vio enormemente mejorada. Como puede verse por la Tabla 5, el efecto de este acondicionamiento de superficie en la mejora de la resistencia a la excoriación aumentó (es decir, el número de aprietes hasta la aparición de la excoriación aumentó) a medida que el pH de la solución de acondicionamiento de superficie
5 aumentó, pero el efecto saturó a un pH de 9,8, y se obtuvo el mismo efecto cuando la solución de acondicionamiento de superficie era una solución acuosa de tetraborato de sodio que cuando era una solución de tetraborato de potasio.
Ejemplo 6
En este ejemplo, una junta roscada para tuberías OCTG realizada en acero 13Cr se sometió a un acondicionamiento
10 de superficie de acuerdo a la presente invención, y a un posterior tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso, y se evaluó la resistencia a la excoriación, después de la aplicación de una grasa compuesta, mediante apriete y aflojamiento repetido. Se utilizaron una solución acuosa de tetraborato de potasio y una solución acuosa de tetraborato de sodio como soluciones de acondicionamiento.
La forma de una junta roscada para tuberías OCTG utilizadas en el ensayo, los métodos de acondicionamiento de
15 superficie y tratamiento de conversión química, y la prueba de unión y el método de su evaluación fueron las mismas que en el Ejemplo 2. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6
Junta roscada para OCTG realizada en acero 13Cr
Categoría
Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de potasio Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de sodio
pH de la solución de acondicionamiento
Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación pH de la solución de acondicionamiento Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación
Diám. Grano medio (µm)
BS/ Número de aprietes (evaluación) Diám. Grano medio (µm) BS/ Número de aprietes (evaluación)
Compara.
No tratado 0 1 (X) No tratado 0 1 (X)
Inventivo
7,8 0 1 (X) 7,8 0 1 (X)
8,0
0 1 (X) 8,0 0 1 (X)
8,2
1 Encontrado 1 (X) 8,2 0 1 (X)
8,4
1 Encontrado 1 (X) 8,4 1 Encontrado 1 (X)
8,6
3 Ninguno 2 (X) 8,6 3 Ninguno 2 (X)
8,8
4 “ 4 (X) 8,8 3 “ 3 (X)
9,0
8 “ 7 () 9,0 7 “ 7 ()
9,2
13 “ 10 () 9,2 9 “ 9 ()
9,4
15 “ 10 () 9,4 13 “ 10 ()
9,6
15 “ 11 () 9,6 13 “ 11 ()
9,8
15 “ 11 () 9,8 14 “ 11 ()
‡ 10,0
15 “ 11 () ‡ 10,0 14 “ 11 ()
*Revestimiento CC = revestimiento por conversión química; **BS/UE = áreas vacías/irregularidades ‡ indica ejemplo de referencia
Como puede verse por la Tabla 6, en el caso de acero 13Cr, cuando se realizó un tratamiento de conversión química
20 con fosfato de manganeso sin que le precediera un acondicionamiento de superficie, no hubo esencialmente formación de cristales de conversión química, y se produjo excoriación ante una única acción de apriete, de manera que la resistencia a la excoriación se señaló con X (deficiente). Por tanto, con un acero con un contenido en Cr que excede del 10%, la resistencia a la excoriación disminuye más notablemente aún.
En contraste, realizar un acondicionamiento de superficie con una solución acuosa de tetraborato de potasio o de 25 tetraborato de sodio con un pH de al menos 7,8 de acuerdo con la presente invención antes del tratamiento de
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conversión química con fosfato de manganeso, pudo formarse un revestimiento por conversión química con granos de cristal engrosados con un diámetro medio del grano de cristal de al menos 10 mcirómetros. Sin embargo, en el caso de acero con un contenido en Cr que excede del 10%, para conseguir un diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química de 10 micrómetros o más, fue necesario dar a la solución de acondicionamiento de superficie una alta concentración (un pH alto). En este ejemplo, cuando el pH de una solución acuosa excedía de 9,0 para el tetraborato de potasio o 9,2 para el tetraborato de sodio, el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química se volvió de al menos 10 micrómetros. Cuando la solución de borato tenía un pH de 8,6 o mayor, fue posible formar un revestimiento sin áreas vacías o irregularidades, y en particular cuando tenía un pH de 9,0 o mayor, fue posible formar un revestimiento por conversión química con un diámetro medio del grano de cristal de al menos 5 micrómetros.
La resistencia a la excoriación aumentó a medida que el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química aumentaba. Cuando el acondicionamiento de superficie no se realizó, el número de aprietes fue
1. Cuando el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química llegó a ser de al menos 5 micrómetros, como resultado del acondicionamiento de superficie según la presente invención, el número de acciones de apriete aumentó a, al menos 5, por lo que la resistencia a la excoriación se vio mejorada hasta la calificación Δ. Cuando el diámetro del grano de cristal llegó a ser de 10 micrómetros o mayor, el número de acciones de apriete pasó a ser 10, por lo que la resistencia a la excoriación mejoró adicionalmente hasta la calificación .
Concretamente, de acuerdo con la presente invención, incluso con una junta roscada para tuberías OCTG realizadas en acero con un contenido en Cr de más de un 10%, que es sumamente susceptible a la excoriación tal y como puede comprobarse por el ejemplo comparativo en el que el número de acciones de apriete fue 1, se obtiene el efecto sorprendente de que se convierte en posible realizar 10 o más acciones de apriete y aflojamiento.
Ejemplo 7
En este ejemplo, una junta roscada para tuberías OCTG realizadas de acero 25Cr fue sometida a un acondicionamiento de superficie de acuerdo a la presente invención, y a un posterior tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso, y se evaluó la resistencia a la excoriación, después de la aplicación de una grasa compuesta, mediante la acción repetida de apriete y aflojamiento. Se utilizaron una solución acuosa de tetraborato de potasio y una solución de tetraborato de sodio como soluciones de acondicionamiento de superficie.
La forma de la junta roscada para tuberías OCTG utilizadas en el ensayo, los métodos de acondicionamiento de superficie y el tratamiento de conversión química, y la prueba de unión y el método de su evaluación fueron los mismos que en el Ejemplo 2. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 7.
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Tabla 7
Junta roscada para OCTG realizada en acero 25Cr
Categoría
Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de potasio Solución de acondicionamiento de superficie con solución acuosa de tetraborato de sodio
pH de la solución de acondicionamiento
Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación pH de la solución de acondicionamiento Revestimiento CC* Resistencia a la excoriación
Diám. Grano medio (µm)
BS/ Número de aprietes (evaluación) Diám. Grano medio (µm) BS/ Número de aprietes (evaluación)
Compara.
No tratado 0 1 (X) No tratado 0 1 (X)
Inventivo
7,8 0 1 (X) 7,8 0 1 (X)
8,0
0 1 (X) 8,0 0 1 (X)
8,2
0 1 (X) 8,2 0 1 (X)
8,4
0 1 (X) 8,4 0 1 (X)
8,6
0 1 (X) 8,6 0 1 (X)
8,8
4 Encontrado 1 (X) 8,8 0 1 (X)
9,0
6 Ninguno 3 (X) 9,0 5 Encontrado 2 (X)
9,2
9 “ 9 () 9,2 7 Ninguno 8 ()
9,4
12 “ 10 () 9,4 9 “ 8 ()
9,6
13 “ 11 () 9,6 10 “ 10 ()
9,8
13 “ 11 () 9,8 12 “ 11 ()
‡ 10,0
14 “ 11 () ‡ 10,0 12 “ 11 ()
*Revestimiento CC = revestimiento por conversión química; **BS/UE = áreas vacías/irregularidades ‡ indica ejemplo de referencia
Como puede verse por la Tabla 7, en el caso de acero 25Cr, cuando se realizó un tratamiento de conversión química
5 con fosfato de manganeso sin que le precediera un acondicionamiento de superficie, sustancialmente no se formaron cristales algunos del tratamiento por conversión química, y tuvo lugar excoriación ante un apriete, así que la resistencia a la excoriación se calificó como X (deficiente).
En contraste, de acuerdo con la presente invención, realizando un acondicionamiento de superficie utilizando una solución acuosa de tetraborato de potasio o tetraborato de sodio antes del tratamiento por conversión química con 10 fosfato de manganeso, fue posible formar un revestimiento por conversión química con granos de cristal engrosados con un diámetro del grano de cristal de al menos 10 micrómetros. Sin embargo, de la misma manera que en el Ejemplo 6, en el caso de un acero con un contenido en Cr que excede el 10%, fue necesario dar a la solución de acondicionamiento una alta concentración (un pH alto) para conseguir un diámetro del grano de cristal del revestimiento por conversión química de al menos 10 micrómetros. En el caso de este ejemplo en el que el 15 contenido en Cr del acero era del 25%, que era incluso mayor que en el Ejemplo 6, el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química llegó a ser de al menos 10 micrómetros cuando el pH de la solución acuosa superó el valor de 9,2 para el tetraborato de potasio o 9,4 para el tetraborato de sodio. Cuando el pH de la solución de tetraborato de potasio fue de 9,0 o superior o el pH de la solución acuosa de tetraborato de sodio fue de 9,2 o superior, fue posible formar un revestimiento por conversión química sin áreas vacías o irregularidades, y un
20 diámetro medio del grano de cristal de al menos 5 micrómetros.
La resistencia a la excoriación aumentó a medida que el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química aumentó. Concretamente, el número de acciones de apriete fue 1 cuando el acondicionamiento de superficie no se realizó, pero cuando el diámetro medio del grano de cristal del revestimiento por conversión química llegó a ser de al menos 5 micrómetros, como resultado del acondicionamiento de superficie de acuerdo con 25 la presente invención, el número de acciones de apriete llegó a ser al menos 5, por lo que la resistencia a la excoriación mejoró a la calificación Δ. Cuando el diámetro medio del grano de cristal llegó a ser de 10 micrómetros o
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