ES2708942T3

ES2708942T3 - Producto de aleación de Cr-Ni de gran resistencia y tuberías sin soldaduras para pozos de petróleo, fabricadas con dicho producto

Info

Publication number: ES2708942T3
Application number: ES08835001T
Authority: ES
Inventors: Yohei Otome; Masaaki Igarashi; Hisashi Amaya; Hirokazu Okada
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2019-04-12
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: WO2009044758A1; EP2194152A4; EP2194152B1; US8071020B2; JP4288528B2; JP2009084668A; CN101815802B; US20090291017A1; CN101815802A; EP2194152A1

Abstract

Un material de aleación de Cr-Ni de gran resistencia compuesto porcentualmente en masa por C: 0,05% o menos, Si: 0,05 hasta 1,0%, Mn: 0,01% o más y menos del 3,0%, P: 0,05% o menos, S: 0,005% o menos, Cu: 0,01 hasta 4%, Ni: 25% o más y menos del 35%, Cr: 20 hasta 30%, Mo: 0,01% o más y menos del 4,0%, N: 0,10 hasta 0,30%, Al: 0,03 hasta 0,30%, O (oxígeno): 0,01% o menos, y TMR (metal de las tierras raras): 0,01 hasta 0,20%, y opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre W: menos del 8,0%, uno o más entre Ti, Nb, Zr y V hasta un total del 0,5% o menos, y Ca y/o Mg hasta un total del 0,01% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, que además satisface las condiciones de la siguiente fórmula (1). 10N x P/MTR <= 0,40 -------------- fórmula (1) en la cual N, P y MTR indican respectivamente los contenidos (% en masa) de N, P y MTR.

Description

DESCRIPCION

Producto de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia y tubenas sin soldaduras para pozos de petroleo, fabricadas con dicho producto

[Ambito de la presente invencion]

La presente invencion se refiere a un material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia, que es excelente en cuanto al porcentaje de reduccion en caliente y a la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, y a una tubena sin soldaduras para pozos de petroleo.

Antecedentes

A consecuencia del fuerte aumento del crudo en los ultimos anos, los pozos de petroleo o de gas se perforan a mayor profundidad y en ambientes muy corrosivos. La perforacion de pozos de petroleo o de gas en ambientes duros requiere el uso de tubenas de gran solidez, que tengan una excelente resistencia a la corrosion y al agrietamiento por corrosion bajo tension.

El petroleo y el gas natural contienen sustancias corrosivas tales como gas de dioxido de carbono, sulfuro de hidrogeno e iones cloruro. Por lo tanto el material utilizado para perforar pozos de petroleo o de gas debe tener una resistencia excelente a estas sustancias corrosivas. El agrietamiento por corrosion bajo tension es un factor corrosivo principal, sobre todo en ambientes con temperaturas de 150°C o mas y que contienen sulfuro de hidrogeno a 1 atm o mas. Por lo tanto los materiales empleados en ambientes que contienen sulfuro de hidrogeno deben tener una gran resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

En los ultimos anos los pozos de petroleo y de gas se estan perforando a mayor profundidad, debido a la creciente demanda de petroleo y de gas natural. Los materiales utilizados en estos pozos mas profundos de petroleo y de gas deben tener mayor solidez y ofrecer resistencia a la corrosion contra el dioxido de carbono, el sulfuro de hidrogeno y los iones cloruro. Como ejemplos de materiales que tienen una excelente resistencia en ambientes corrosivos cabe citar los materiales de aleacion de Cr-Ni descritos en el documento de patente 1, en el documento de patente 2 y en el documento de patente 3. Estos documentos de patente 1 a 3 tambien revelan que el incremento del contenido de N es eficaz para aumentar la resistencia del material de aleacion de Cr-Ni. No obstante, la aleacion de alta resistencia reforzada de esta manera puede tener como inconveniente un bajo porcentaje de reduccion en caliente. Teniendo en cuenta este problema se anaden elementos tales como Ca, Mg y Si, y MTR (metales de tierras raras) para mejorar el porcentaje de reduccion en caliente.

El material de aleacion Cr-Ni descrito en el documento de patente 4 revela que la disminucion del contenido de Mo mejora el porcentaje de reduccion en caliente. Sin embargo el problema es que se requiere un conformado en fno con elevado porcentaje de reduccion en el caso de que el contenido de N sea bajo y se necesite mayor resistencia, lo cual va en detrimento de la ductilidad y la tenacidad.

Como material con una excelente resistencia a la corrosion en un ambiente acido o marino, ademas de una excelente capacidad de mecanizacion en caliente, el documento de patente 5 describe un acero inoxidable superaustemtico con un mayor contenido de Mn y Mo, y que ademas lleva Ce, Ca o un elemento analogo. Sin embargo el material revelado en el documento de patente 5 no es adecuado cuando se necesita una mayor capacidad de mecanizacion en caliente. Ademas este material tiene el problema de que la ductilidad y la tenacidad pueden empeorar cuando se conforma en fno a un alto porcentaje de reduccion con el fin de aumentar su resistencia.

[Documento de patente 1] Publicacion de patente japonesa no examinada n° S57-203735

[Documento de patente 2] Publicacion de patente japonesa no examinada n° S57-207149

[Documento de patente 3] Publicacion de patente japonesa no examinada n° S58-210155

[Documento de patente 4] Publicacion de patente japonesa no examinada n° H11-302801

[Documento de patente 5] Publicacion de patente japonesa no examinada n° 2005-509751

[Revelacion de la presente invencion]

[Problema que debe resolver la presente invencion]

Por lo tanto, el estado tecnico convencional no ha proporcionado un material que tenga una gran solidez, junto con una excelente capacidad de mecanizacion en caliente y resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

La presente invencion tiene por objeto proporcionar un material de aleacion de Cr-Ni que tenga una alta solidez y al mismo tiempo evite el empeoramiento de la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

[Medios para resolver el problema]

Los presentes inventores intentaron producir un material que tuviera mayor resistencia que el material convencional, aumentando el contenido de N. Sin embargo, si se aumenta solamente el contenido de N, disminuye la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, lo cual impide la produccion de tubenas sin soldaduras para pozos de petroleo. Teniendo en cuenta esto, los presentes inventores tuvieron la idea de agregar MTR (metales de tierras raras) como medida para evitar la disminucion de la capacidad de mecanizacion en caliente y de la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, que se produce por el mayor contenido de N. Es sabido que los MTR mejoran la capacidad de mecanizacion en caliente, fijando elementos como O, S o P en la aleacion. Sin embargo se ha prestado poca atencion a la influencia de los MTR sobre la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

Los presentes inventores prepararon varias aleaciones de distinta composicion qrnmica con un alto contenido de N y evaluaron su comportamiento. Entonces los presentes inventores vieron que al agregar MTR mejoraba la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. La explicacion de por que los MTR mejoran la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension es que el MTR fija el P, que menoscaba la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

Se encontro que una aleacion rica en N que contenga MTR da como resultado un empeoramiento de la capacidad de mecanizacion en caliente, incluso cuando lleva elementos tales como Ca, Mg o Si, que suelen considerarse efectivos para mejorar la capacidad de mecanizacion en caliente. Otro estudio intensivo revelo que tambien se puede lograr una capacidad de mecanizacion en caliente satisfactoria con aleaciones ricas en N y contenido de MTR, anadiendo Al. Por tanto los presentes inventores se dieron cuenta de que la adicion de Al a la aleacion rica en N con contenido de MTR es esencial para conseguir la capacidad de mecanizacion en caliente deseada.

Partiendo de dichos conocimientos, los presentes inventores llegaron a los siguientes hallazgos (a) hasta (f), como resultado de estudios y experimentos adicionales.

(a) En el material de aleacion de Cr-Ni, el contenido de N debe ser del 0,10 al 0,30% para tener una resistencia elevada y el contenido de Al debe ajustarse entre el 0,03 y el 0,3% para asegurar la capacidad de mecanizacion en caliente.

(b) El aumento del contenido de N en el material de aleacion de Cr-Ni entre 0,03 y 0,30% disminuye la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

(c) En cambio la fijacion del P en la aleacion, en forma de compuesto de P mediante la incorporacion de MTR a la aleacion, no solo mejora la capacidad de mecanizacion en caliente sino tambien la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

(d) En vista de ello el contenido de MTR se puede ajustar a la cantidad necesaria para fijar el P como compuesto de P. En otras palabras, la relacion [P/MTR] de P a MTR es crucial.

(e) Cuanto menor es el valor [P/MTR], mayor es el efecto supresor de los efectos adversos del P en la capacidad de mecanizacion en caliente. Por consiguiente la disminucion de la capacidad de mecanizacion en caliente tambien se puede contrarrestar con un alto contenido de N.

(f) Por lo tanto se puede obtener un material de aleacion de Cr-Ni que tenga una resistencia satisfactoria al agrietamiento por corrosion bajo tension, especificando una relacion entre los contenidos de N, P y MTR que satisfaga la siguiente formula (1).

N x P/MTR < 0,40 --------------- formula (1)

donde N, P y MTR indican respectivamente en la formula (1) los contenidos (% en masa) de N, P y MTR.

La FIG. 1 es una grafica de materiales de aleacion de Cr-Ni de diversas composiciones qmmicas, las aleaciones n° 1 hasta 30 de la presente invencion y las aleaciones comparativas n° L a S, utilizadas en el ejemplo descrito mas tarde, donde el contenido de N esta representado a lo largo del eje X y la relacion del contenido [P/MTR] de P a MTR esta representada a lo largo del eje Y.

Como puede verse en la FIG. 1, las aleaciones de la presente invencion y las aleaciones comparativas se distinguen entre sf a lo largo de la curva indicada por “N x P/MTR = 0,40” dentro del intervalo del 0,10 al 0,30% del contenido de N necesario para asegurar la resistencia. Concretamente, como se describira mas adelante en el ejemplo, la presente invencion, donde el contenido de N es del 0,10 al 0,30% y la relacion entre los contenidos de N, P y MTR satisface la formula (1), proporciona una capacidad satisfactoria de mecanizacion en caliente y resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, ademas de una gran solidez. Por consiguiente la presente invencion consiste en materiales de aleacion de Cr-Ni que tienen una gran solidez, una excelente capacidad de mecanizacion en caliente y resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension.

La presente invencion se llevo a cabo basandose en los hallazgos anteriores y se resume en los materiales de aleacion de Cr-Ni descritos en los siguientes puntos (1) y (2) y en una tubena sin soldaduras de pozos de petroleo descrita en el siguiente punto (3). A estos aspectos de la presente invencion, como los materiales de aleacion de Cr-Ni descritos en los siguientes puntos (1) y (2), y la tubena sin soldaduras de pozos de petroleo descrita en el siguiente punto (3), se alude respectivamente como “la presente invencion (1)” a “la presente invencion (3)”, y las presentes invenciones (1) hasta (3) tambien pueden designarse colectivamente como “la presente invencion”.

(1) Un material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia, compuesto porcentualmente en masa por C: 0,05% o menos, Si: 0,05 hasta 1,0%, Mn: 0,01% o mas y menos del 3,0%, P: 0,05% o menos, S: 0,005% o menos, Cu: 0,01 hasta 4%, Ni: 25% o mas y menos del 35%, Cr: 20 hasta 30%, Mo: 0,01% o mas y menos del 4,0%, N: 0,10 hasta 0,30%, Al: 0,03 hasta 0,30%, O (oxfgeno): 0,01% o menos, y MTR (metal de tierras raras): 0,01 hasta 0,20%, y opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre W: menos del 8,0%, uno o mas entre Ti, Nb, Zr y V hasta un total del 0,5% o menos, y un total de 0,01% de Ca y/o Mg, siendo el resto Fe e impurezas, que ademas satisface las condiciones de la siguiente formula (1).

N x P/MTR < 0,40 --------------- formula (1)

(2) El material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun el anterior punto (1), cuyo lfmite elastico despues del conformado en frio es de 900 MPa o mas, para una tension de prueba del 0,2%.

(3) Una tubena sin soldaduras de pozos de petroleo hecha del material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun cualquiera de los puntos (1) y (2) anteriores.

[Efectos de la presente invencion]

La presente invencion proporciona una tubena sin soldaduras de pozos de petroleo que tiene una gran solidez y una excelente capacidad de mecanizacion en caliente y resistencia a la corrosion, porque el deterioro de la capacidad de mecanizacion en caliente y de la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension es evitable, aunque se aumente la solidez del material de la aleacion de Cr-Ni con un mayor contenido de N.

[Mejor modo de llevar a cabo la presente invencion]

A continuacion se describen los motivos para limitar las composiciones qmmicas del material de aleacion de Cr-Ni de la presente invencion. Cabe senalar que para el contenido de cada elemento, el sfmbolo “%” indica el “% en masa”.

C: 0,05% o menos

El contenido de C es una impureza. Un contenido de C superior al 0,05% tiende a causar agrietamiento por corrosion bajo tension, ademas de la ruptura de la interfase granular, que implica la precipitacion de carburos M23C6 (donde M es un elemento como Cr, Mo y Fe). En vista de ello el lfmite superior del contenido de C se establece en 0,05%. Este lfmite superior se establece preferiblemente en 0,03%.

Si: 0,05 hasta 1,0%

El Si es un componente necesario para la desoxidacion. Un contenido de Si inferior al 0,05% no proporciona un efecto desoxidante suficiente. Por otra parte, un contenido de Si superior al 1% puede ocasionar una mala capacidad de mecanizacion en caliente. En vista de ello el contenido de Si se ajusta a 0,05 hasta 1,0%. Preferiblemente se ajusta a 0,05 hasta 0,5%.

Mn: 0,01% o mas y menos del 3,0%

El Mn es un componente necesario para la desoxidacion o como agente desulfurante. Un contenido de Mn inferior al 0,01% no tiene los efectos suficientes. Por otra parte, un contenido de Mn del 3,0% o mas puede disminuir la capacidad de mecanizacion en caliente. En vista de ello el contenido de Mn se ajusta a 0,01 o mas y a menos del 3,0%. Se ajusta preferiblemente a 0,01 o mas y a menos del 2,0%. Con mayor preferencia se ajusta entre 0,2% y 1,0%.

P: 0,05% o menos

El P es una impureza en la aleacion y puede disminuir drasticamente la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. En vista de ello el lfmite superior del contenido de P se ajusta hasta 0,05%. El lfmite superior se ajusta al 0,03%.

S: 0,005% o menos

Como el P, el S es una impureza que puede disminuir drasticamente la capacidad de mecanizacion en caliente. El contenido de S debe rebajarse lo mas posible para evitar la disminucion de la capacidad de mecanizacion en caliente. Un lfmite superior admisible del contenido de S es el 0,005%. Preferiblemente es del 0,002% y con mayor preferencia del 0,001%.

Cu: 0,01 hasta 4,0%

El Cu tiene el efecto de estabilizar la capa de pasivacion formada en la superficie de la aleacion y es necesario para mejorar la resistencia a la corrosion por picadura y a la corrosion en general. Un contenido de Cu inferior al 0,01% no produce ningun efecto sustancial y un contenido de Cu superior al 4,0% puede disminuir la capacidad de mecanizacion en caliente. En vista de ello el contenido de Cu se ajusta entre 0,01 y 4,0%. Preferiblemente se ajusta entre 0,1 y 2,0%. Con mayor preferencia se ajusta entre 0,6 y 1,4%.

Ni: 25% o mas y menos del 35%

El Ni es un elemento estabilizador de la austenita. Un contenido de Ni del 25% o mas es preferible para la resistencia a la corrosion. Sin embargo un contenido de Ni del 35% o mas puede aumentar los costes de fabricacion. En vista de ello el contenido de Ni es del 25% o mas y de menos del 35%. Preferiblemente es del 28% o mas e inferior al 33%.

Cr: 20 hasta 30%

El Cr es un componente que mejora marcadamente la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. Si el contenido de Cr es inferior al 20% no proporciona un efecto suficiente. Por otra parte, un contenido de Cr superior al 30% puede dar lugar a la formacion de nitruros tales como CrN y Cr2N o a carburos como M23C6, que pueden provocar agrietamiento por corrosion bajo tension, con ruptura de la interfase granular. En vista de ello el contenido de Cr se ajusta entre el 20 y el 30%. Preferiblemente se ajusta entre el 23 y el 28%.

Mo: 0,01% o mas y menos del 4,0%

El Mo, como el Cu, tiene el efecto de estabilizar la capa de pasivacion formada sobre la superficie de la aleacion y de mejorar la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. Un contenido de Mo inferior al 0,01% no proporciona ningun efecto sustancial. Por otra parte, un contenido de Mo igual o superior al 4,0% puede disminuir la capacidad de mecanizacion en caliente y aumentar los costes. En vista de ello el contenido de Mo es del 0,01% o mas e inferior al 4,0%. Preferiblemente es del 0,1% o mas e inferior al 3.5%.

N: 0,10 hasta 0,30%

El N es un elemento importante en la presente invencion, pues tiene el efecto de aumentar la solidez de la aleacion. Un contenido de N inferior al 0,10% no garantiza la solidez deseada. Por otro lado un contenido de N superior al 0,10% puede disminuir la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. En vista de ello el contenido de N se ajusta entre el 0,10 y el 0,30%. El contenido de N se ajusta preferiblemente entre el 0,16 y el 0,25%. El contenido de N debe satisfacer su relacion con los contenidos de P y MTR segun la formula (1).

Al: 0,03 hasta 0,30%

El Al es un elemento importante en la presente invencion, pues tiene el efecto de evitar la oxidacion del MTR y tambien de mejorar la capacidad de mecanizacion en caliente fijando O (oxfgeno) en la aleacion. Como en una aleacion que contiene MTR, pero no Al, se forma una gran cantidad de inclusiones, la capacidad de mecanizacion en caliente puede disminuir drasticamente. Por consiguiente la aleacion tambien debe incluir Al en caso de llevar MTR. Un contenido de Al inferior al 0,03% no proporciona un efecto suficiente. Por otra parte, un contenido de Al superior al 0,30% puede reducir la capacidad de mecanizacion en caliente. En vista de ello el contenido de Al se ajusta entre el 0,03 y el 0,30%. Preferiblemente se ajusta entre mas del 0,05% y el 0,30% o menos. Con mayor preferencia se ajusta entre mas del 0,10% y el 0,20% o menos.

O (oxfgeno): 0,01% o menos

El O es una impureza en la aleacion y puede disminuir drasticamente la capacidad de mecanizacion en caliente. En vista de ello el lfmite superior del contenido de O (oxfgeno) se fija en el 0,01% y preferiblemente en el 0,005%.

MTR: 0,01 hasta 0,20%

El MTR es un elemento importante en la presente invencion. Se anade MTR por el efecto de mejorar la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. No obstante, como el MTR se oxida facilmente, es imprescindible que se incluya Al junto con el MTR. Un contenido total de MTR inferior al 0,01% no produce el efecto suficiente. En cambio, un contenido total de MTR superior al 0,20% deja de mejorar la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, e incluso puede disminuirlas. En vista de ello el contenido de MTR se ajusta entre 0,01 y 0,20%, preferiblemente entre 0,02 y 0,10%.

En la presente invencion el termino “MTR” indica uno o mas de diecisiete elementos, incluyendo Sc, Y, y lantanidos. Se puede anadir uno o mas de estos elementos. Industrialmente se pueden anadir en forma de metal Misch.

N x P/MTR < 0,40 --------------- formula (1)

En esta formula N, P y MTR indican respectivamente los contenidos (% en masa) de N, P y MTR.

Cuando el contenido de N es de 0,10 a 0,30% y la relacion entre los contenidos de N, P y MTR satisface la formula (1) se obtiene una capacidad de mecanizacion en caliente y una resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension satisfactorias, ademas de una gran solidez. Si se requiere una mejor resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, es preferible “N x P/MTR < 0,30”. Con mayor preferencia “N x P/MTR < 0,20”.

Ademas de los anteriores elementos de aleacion, el material de la aleacion de Cr-Ni de la presente invencion puede contener uno, dos o mas tipos de elementos elegidos entre al menos uno de los siguientes grupos primero a tercero.

Primer grupo: W: menos del 8,0%.

Segundo grupo: Ti, Nb, V, Zr: 0,5% o menos.

Tercer grupo: Ca, Mg: 0,01% o menos.

Estos elementos opcionales se describen detalladamente como sigue:

Primer grupo: W: menos del 8,0%

Si es necesario se puede incluir W. El W sirve para mejorar la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. No obstante un contenido de W del 8,0% o mas puede disminuir la capacidad de mecanizacion en caliente a expensas de la econoirna. En vista de ello el lfmite superior de W se ajusta al 8,0% en caso de estar presente. El contenido de W se ajusta preferiblemente al 0,01% o mas para conseguir de manera fiable el efecto de resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. Con mayor preferencia se ajusta al 0,1% o mas y a menos del 7,0%.

Segundo grupo: 0,5% de uno o mas elementos elegidos entre Ti: 0,5% o menos, Nb: 0,5% o menos, V: 0,5% o menos, y Zr: 0,5% o menos, o una combinacion de ellos hasta el 0,5% en total.

Si es necesario se puede incluir Ti, Nb, V o Zr. El contenido de uno o mas de estos elementos sirve para formar granos finos de cristal y mejorar la ductilidad. Por tanto estos elementos se pueden incluir si se requiere una mayor ductilidad. No obstante, una aleacion cuyo contenido de estos elementos supere el 0,5% puede dar lugar a una gran cantidad de inclusiones y disminuir la ductilidad. En vista de ello el lfmite superior del contenido total de estos elementos se ajusta al 0,5%. El contenido de estos elementos se ajusta preferiblemente al 0,005% o mas, individual o combinadamente, para lograr de manera fiable el efecto de mejorar la ductilidad. Con mayor preferencia se ajusta entre el 0,01 y el 0.5%, y sobre todo entre el 0,05 y el 0,3%.

Tercer grupo: Ca: 0,01% o menos y/o Mg: 0,01% o menos

Si es necesario se puede incluir Ca o Mg. El contenido de uno o ambos elementos sirve para mejorar la capacidad de mecanizacion en caliente.

No obstante, un contenido del elemento superior al 0,01% puede generar la formacion de inclusiones de gran tamano y disminuir la capacidad de mecanizacion en caliente. En vista de ello el contenido total de estos elementos se ajusta al 0,01%. El contenido de estos elementos es preferiblemente del 0,0003% o mas, individual o combinadamente, para conseguir de manera fiable el efecto de mejorar la capacidad de mecanizacion en caliente. Con mayor preferencia se ajusta entre el 0,0003 y el 0,01%, sobre todo entre el 0,0005 y el 0,005%.

La tubena sin soldaduras de la presente invencion contiene los elementos esenciales arriba mencionados o tambien los citados elementos opcionales, siendo el resto Fe e impurezas.

Las tubenas sin soldaduras hechas de material de aleacion de Cr-Ni para usarlas en pozos profundos de petroleo o de gas tienen un lfmite elastico de 900 MPa o mas, para una tension de prueba del 0,2%, preferiblemente de 964 MPa o mas. Para producir un material de aleacion de Cr-Ni que tenga un lfmite elastico de 900 MPa o mas se lleva a cabo preferiblemente un proceso de fabricacion en el cual un material conformado en fno y producido por mecanizacion en caliente se somete a un tratamiento en solucion y luego se sigue conformando en fno.

El material de aleacion de Cr-Ni segun la presente invencion puede fundirse en un horno electrico, en un horno AOD, en un horno VOD o en un dispositivo similar. En caso de colar el material fundido en lingotes, estos se pueden forjar en planchas, lupias o palanquillas. Alternativamente el material se puede conformar en planchas, lupias o palanquillas mediante un metodo de colada continua. En caso de transformarlo en planchas, el material de aleacion de Cr-Ni segun la presente invencion se puede laminar en caliente en forma de chapas o bobinas. En caso de transformarlo en tubos, el material de aleacion de Cr-Ni segun la presente invencion se puede trabajar mediante un proceso de extrusion en caliente o un proceso Mannesmann de fresado con mandril.

Para obtener un material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia, que tenga el Ifmite elastico arriba descrito, un material trabajado en caliente se somete preferiblemente a un tratamiento termico en solucion, seguido de laminacion en fno, si es un material en forma de chapa; o un material trabajado en caliente se somete a un tratamiento termico en solucion, seguido de un mecanizacion en fno, como por ejemplo estirado en fno o laminado en fno, incluyendo la laminacion Pilger, si es un material tubular. El mecanizado en fno se puede realizar una o mas veces. Alternativamente, si es necesario, el mecanizado en fno se puede realizar una o mas veces despues del tratamiento termico.

La tubena de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia, obtenida por mecanizado en fno, que tiene un lfmite elastico de 900 MPa o mas, es util como tubena sin soldaduras para pozos profundos de petroleo o gas. Cuando se efectua un estirado en fno como etapa final de mecanizacion despues del tratamiento en solucion caliente, el correspondiente porcentaje de reduccion es preferiblemente del 20 al 35%, referido a la disminucion del area de la seccion transversal. Si el porcentaje de reduccion del mecanizado en fno es inferior al 20% no se podra obtener la alta resistencia deseada. Por otra parte, si el porcentaje de reduccion del mecanizado en fno es superior al 35% puede disminuir la ductilidad y la tenacidad, aunque este garantizada una resistencia elevada.

[Ejemplo 1]

La tabla 1 muestra las composiciones qmmicas (% en masa) segun la presente invencion (aleaciones n° 1 hasta 30), y la tabla 2 las composiciones qmmicas (% en masa) de las aleaciones comparativas (aleaciones n° A hasta S). Las aleaciones n° 1 hasta 29 de la presente invencion y las aleaciones comparativas n° A hasta S son lingotes de 50 kg y 180 mm de diametro exterior obtenidos por fusion en un horno de induccion al vado y colada en lingotes. Cada lingote se sometio a un forjado en caliente, seguido de un laminado en caliente de un material en forma de chapa de 15 mm de grosor. Despues la chapa se sometio a un tratamiento en solucion, calentandola y manteniendo la temperatura a 1050°C durante 1 hora y enfriandola en agua fna. A continuacion la chapa se lamino en fno a un porcentaje del 40% de reduccion del area de la seccion transversal, obteniendo asf los materiales de aleacion segun la presente invencion y los comparativos.

La aleacion n° 30, que sirve de ejemplo segun la presente invencion, se fundio sin embargo en un horno electrico y se colo en forma de un lingote de 6 toneladas. Este lingote forjo y se conformo como una tubena de 238 mm de diametro exterior y 22 mm de grosor por extrusion en caliente. Despues se estiro en fno, formando una tubena de 194 mm de diametro exterior y 12 mm de grosor, y luego se sometio a un tratamiento en solucion, calentandola y mantenimiento la temperatura a 1090°C durante 5 minutos y enfriandola en agua fna. La tubena se estiro en fno a un porcentaje del 28% de reduccion del area de la seccion transversal, obteniendo asf la aleacion n° 30-a segun la presente invencion.

Para comparar el rendimiento del material tubular con el del material plano, se recorto una plancha del lingote de la aleacion n° 30 segun la presente invencion y luego se forjo y se lamino en caliente para obtener una chapa de 15 mm de grosor. Esta chapa se sometio despues a un tratamiento en solucion, calentandola y mantenimiento la temperatura a 1050°C durante 1 hora y enfriandola en agua fna. A continuacion la chapa se lamino en fno a un porcentaje del 40% de reduccion del area de la seccion transversal, obteniendo asf la aleacion n° 30-b segun la presente invencion.

Las piezas experimentales, de 10 mm de diametro y 130 mm de longitud, se recortaron respectivamente en direccion longitudinal de la chapa laminada en caliente y del lingote cilmdrico forjado y despues se sometieron a un ensayo de traccion en caliente para evaluar la capacidad de mecanizacion en caliente de estas aleaciones. El ensayo se realizo calentando las piezas experimentales a 1250°C durante 3 minutos, manteniendolas asf durante 3 minutos, enfriandolas respectivamente a 1250°C, 1200°C, 1100°C y 1000°C con un descenso de temperatura de 100°C/s, y sometiendolas luego a un ensayo de rotura por traccion a una velocidad de deformacion 10 s-1. Los porcentajes de reduccion del area de la seccion transversal de los materiales sometidos al ensayo de rotura por traccion se tomaron como indices de la capacidad de mecanizacion en caliente. La capacidad de mecanizacion en caliente de un material que se rompfa con una disminucion del 70% o mas del area de la seccion transversal a cualquiera de las temperaturas arriba indicadas se considero BUENA (o), mientras que la capacidad de mecanizacion en caliente de un material que se rompfa con una disminucion del area de la seccion transversal inferior al 70% a cualquiera de las temperaturas arriba indicadas se considero MALA (x).

Las piezas experimentales de 6 mm de diametro y 40 mm de longitud se recortaron respectivamente en direccion longitudinal de la chapa laminada en fno y del tubo estirado en fno, y luego se sometieron a un ensayo de traccion a la temperatura y aire ambiental para medir la tension de prueba del 0,2%. Las piezas experimentales de 3,81 mm de diametro y 25,4 mm de longitud se recortaron respectivamente en direccion longitudinal de la chapa laminada en fno arriba citada y del tubo estirado en fno arriba citado, y luego se sometieron a un ensayo de traccion a baja velocidad de deformacion para evaluar la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. El ensayo de traccion a baja velocidad de deformacion se realizo sometiendo los materiales a un ensayo de rotura por traccion, a una velocidad de deformacion de 4 x 10-6 s-1 en un ambiente corrosivo de 25% de NaCl 0,5% de CH3C0 OH 7 atm de H2S a 177°C, para medir el porcentaje de reduccion del area transversal de los materiales rotos. Del mismo modo se efectuo un ensayo de traccion a baja velocidad de deformacion en un ambiente inerte, para medir el porcentaje de reduccion del area transversal de los materiales rotos. La relacion entre el porcentaje de reduccion del area de la seccion transversal en el entorno corrosivo y en el ambiente inerte se uso como mdice de la resistencia al agrietamiento por corrosion por corrosion. La resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension de un material con una relacion superior a 0,8 o mas se considero BUENA (o), mientras que la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension de un material con dicha relacion inferior a 0,8 se considero MALA (x).

La tabla 3 muestra los lfmites elasticos a una tension de prueba del 0,2%, los resultados del ensayo de la capacidad de mecanizacion en caliente y del ensayo de la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, y los valores de N x P/MTR de las aleaciones de la presente invencion. La tabla 4 muestra los lfmites elasticos a una tension de prueba del 0,2%, los resultados del ensayo de la capacidad de mecanizacion en caliente y del ensayo de la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, y los valores de N x P/MTR de las aleaciones comparativas (aleaciones n° A hasta S).

Tabla 3

Tabla 4

Tal como se muestra en la tabla 3, todos los materiales de aleacion (aleaciones n° 1 hasta 29, 30-a y 30-b) segun la presente invencion satisfacen la formula (1) y tienen una capacidad de mecanizacion en caliente y una resistencia a la corrosion bajo tension satisfactorias. Los valores de tension de prueba del 0,2% para las aleaciones n° 30-a y 30-b segun la presente invencion fueron practicamente identicos entre sl Estos resultados demuestran que los materiales de la tubena tienen practicamente el mismo rendimiento que los materiales de chapa producidos por el metodo descrito en el ejemplo.

Sin embargo, la aleacion comparativa n° A tiene una baja resistencia (tension de prueba del 0,2%), a pesar de que la capacidad de mecanizacion en caliente y la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension son buenas, porque el contenido de N esta fuera del ambito definido en la presente invencion. Las aleaciones comparativas n° B y C tienen poca capacidad de mecanizacion en caliente y poca resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension porque no contienen ningun MTR, a pesar de haberse incrementado el contenido de N con el proposito de aumentar los valores de tension de prueba del 0,2%. Las aleaciones comparativas n° D hasta F tienen poca resistencia al agrietamiento por corrosion por tension debido a las deficiencias del contenido de TMR. En cambio la aleacion comparativa n° G tiene poca capacidad de mecanizacion en caliente debido a un contenido excesivo de TMR. Las aleaciones comparativas n° H hasta J tienen poca capacidad de mecanizacion en caliente y poca resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension debido a las carencias del contenido de Al. La aleacion comparativa n° K tiene mala resistencia al agrietamiento por corrosion por tension debido a una deficiencia del contenido de Ni. Las aleaciones comparativas n° L hasta S tienen poca resistencia al agrietamiento por corrosion por tension debido a que no se satisface la formula (1), a pesar de que los componentes qrnmicos individuales se encuentran dentro del intervalo de composicion qrnmica definido en la presente invencion.

[Aplicabilidad industrial]

El material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun la presente invencion posee una capacidad de mecanizacion en caliente y una resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension excelentes, asf como una elevada solidez. El material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun la presente invencion se puede emplear para perforar pozos profundos de petroleo o de gas en entornos muy corrosivos, que eran imposibles de perforar utilizando el material del estado tecnico convencional. El material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun la presente invencion tambien se puede usar para tubenas sin soldaduras de pozos de petroleo, que no son caras gracias a la reduccion de diametro de los tubos. Por lo tanto el material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun la presente invencion contribuye en gran medida a la obtencion de un suministro estable de energfa.

[Breve descripcion de la figura]

La fig. 1 es una grafica de los materiales de aleacion empleados en el ejemplo, de diversas composiciones qrnmicas, cuyo contenido de N esta representado a lo largo del eje X y cuya relacion [P/MTR] de contenido de P a MTR esta representada a lo largo del eje Y.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia compuesto porcentualmente en masa por C: 0,05% o menos, Si: 0,05 hasta 1,0%, Mn: 0,01% o mas y menos del 3,0%, P: 0,05% o menos, S: 0,005% o menos, Cu: 0,01 hasta 4%, Ni: 25% o mas y menos del 35%, Cr: 20 hasta 30%, Mo: 0,01% o mas y menos del 4,0%, N: 0,10 hasta 0,30%, Al: 0,03 hasta 0,30%, O (oxfgeno): 0,01% o menos, y TMR (metal de las tierras raras): 0,01 hasta 0,20%, y opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre W: menos del 8,0%, uno o mas entre Ti, Nb, Zr y V hasta un total del 0,5% o menos, y Ca y/o Mg hasta un total del 0,01% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, que ademas satisface las condiciones de la siguiente formula (1).

N x P/MTR < 0,40 --------------- formula (1)

en la cual N, P y MTR indican respectivamente los contenidos (% en masa) de N, P y MTR.

2. El material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun la reivindicacion 1, cuyo lfmite elastico despues del mecanizado en frio es de 900 MPa o mas para una tension de prueba del 0,2%.

3. Una tubena sin soldaduras para pozos de petroleo, producida con el material de aleacion de Cr-Ni de gran resistencia segun la reivindicacion 1 o 2.