ES2850199T3 - Tubo de acero resistente a la corrosión, método para producir dicho tubo de acero y uso del mismo - Google Patents

Tubo de acero resistente a la corrosión, método para producir dicho tubo de acero y uso del mismo Download PDF

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Abstract

Tubo de acero de al menos 758 MPa de límite elástico, que comprende, en % en peso: 0,005 <= C < 0,03 14 <= Cr <= 17 2,3 <= Mo <= 3,5 3,2 <= Ni <= 4,5 Si <= 0,6 0,5 <= Cu <= 1,5 0,4 <= Mn <= 1,3 0,35 <= V <= 0,6 3,2 x C <= Nb <= 0,1 W <= 1,5 0,5 <= Co <= 1,5 0,02 <= N <= 0,05 Ti <= 0,05 P <= 0,03 S <= 0,005 Al <= 0,05 estando constituido el resto de la composición química de dicho acero por Fe e impurezas inevitables, teniendo dicho tubo de acero una microestructura que comprende entre 30% y 50% de ferrita, entre 5% y 15% de austenita, entre 35% y 65% de martensita y menos que 0,5% de intermetálicos en fracción de volumen.

Description

DESCRIPCIÓN
Tubo de acero resistente a la corrosión, método para producir dicho tubo de acero y uso del mismo
La invención se refiere a aceros inoxidables con un límite elástico de al menos 758 MPa (110 ksi) y preferiblemente al menos 862 MPa (125 ksi), que tienen una resistencia a la corrosión por agrietamiento bajo tensión por sulfuro y una resistencia a la corrosión a alta temperatura mejores que los aceros inoxidables martensíticos estándar. El acero de la invención se utiliza en tubos de producción y revestimientos de producción, más raramente en la parte inferior de carcasas de producción.
En términos generales, los aceros que contienen 13% de Cr, según se define en el Instituto Americano del Petróleo (Especificación API 5CT, novena edición, 1 de enero de 2012, y Especificación API 5CRA, Primera edición, 1 de agosto de 2010) se utilizan para pozos que requieren resistencia a la corrosión. Sin embargo, en los últimos años se ha requerido un mejor comportamiento frente a la corrosión para algunos pozos situados en las capas de presal, y se obtuvo una respuesta mediante un material doble con una resistencia a la corrosión mejorada en comparación con el 13% de Cr anterior definido en la norma mencionada anteriormente.
En cuanto a calidades de acero con mejor resistencia a la corrosión, la solicitud de patente internacional WO2006117926 proporciona una tubería de acero inoxidable para un pozo de petróleo que exhibe una excelente resistencia a la corrosión por CO2 bajo una circunstancia de corrosión severa que contiene CO2, Cl y similares. Presenta excelentes características de agrandamiento, y puede producirse a un coste ventajoso. Se trata de una tubería de acero inoxidable para un pozo de petróleo con excelentes características de agrandamiento, que tiene una composición química de C: 0,05% o menos, Si: 0,50% o menos, Mn: 0,10 a 1,50%, P: 0,03% o menos, S: 0,005% o menos, Cr: 10,5 a 17,0%, Ni: 0,5 a 7,0%, Mo: 3,0% o menos, Al: 0,05% o menos, V: 0,20% o menos, N: 0,15% o menos, O: 0,008% o menos, y opcionalmente, contenidos específicos respectivos de uno o más de Nb, Cu, Ti, Zr, Ca, B y W, y el resto: Fe e impurezas inevitables, y que tiene una estructura en la que una fase de martensita templada es una fase principal, y está contenida una fase austenítica en una cantidad mayor que 20%. Tal acero produce propiedades mecánicas interesantes, pero es difícil de producir en condiciones de calor para obtener un acero con una resistencia a la corrosión mejorada. La resistencia a la corrosión de este acero aún se puede mejorar.
Después está la solicitud EP2224030, con un acero inoxidable ferrítico con excelente soldabilidad y que incluye, en términos de porcentaje en masa, 0,03% o menos de C, 0,05% o menos de N, 0,015% o más de C N, 0,02 a 1,5% de Si, 0,02 a 2% de Mn, 10 a 22% de Cr, 0,03 a 1% de Nb y 0,5% o menos de Al, y además incluye Ti en un contenido que satisface las siguientes fórmulas (1) y (2), con el resto compuesto de Fe e impurezas inevitables. Ti - 3 N < 0,03 (1) y 10 (Ti - 3 N) Al < 0,5 (2) (Aquí, los símbolos atómicos en las fórmulas (1) y (2) indican el contenido (% en masa) del elemento respectivo, y los valores numéricos que preceden a los símbolos atómicos son constantes). Tal invención se utiliza para refrigeradores, refrigeradores de aceite, equipos de intercambio de calor utilizados en automóviles y diversos tipos de plantas, tanques para disoluciones acuosas de urea utilizados en sistemas SCR (Reducción Catalítica Selectiva) de urea en la industria automovilística, componentes de sistemas de suministro de combustible para la industria automovilística y similares. Las propiedades mecánicas que ofrecen los aceros inoxidables ferríticos y la resistencia a la corrosión que ofrecen no coinciden con los requisitos para los tubos de producción.
También es una solicitud conocida la solicitud de patente internacional WO2012117546, siendo el propósito de esta invención proporcionar un acero inoxidable martensítico que muestre un alto rendimiento incluso en un entorno corrosivo severo que tenga una presión parcial de sulfuro de hidrógeno superior a 3,04 kPa (0,03 atm). El acero inoxidable es una tubería para un pozo de petróleo constituida por una aleación de acero de bajo C y alto Cr del grado 862 MPa y que tiene una alta resistencia a la corrosión, caracterizada por contener, en términos de % en masa, 0,005-0,05% C, 12-16% Cr, hasta 1,0% Si, hasta 2,0% Mn, 3,5-7,5% Ni, 1,5-3,5% Mo, 0,01-0,05% V, hasta 0,02% N y 0,01-0,06% Ta, y que satisface la relación (1), comprendiendo el resto Fe e impurezas incidentales. 25-25 [% Ni] 5 [% Cr] 25 [% Mo] > 0 (1). Tal acero produce propiedades mecánicas interesantes, pero es difícil de producir en condiciones de calor para obtener acero con una resistencia a la corrosión mejorada. Sin embargo, aún se puede mejorar la resistencia a la corrosión. El documento EP1662015 se refiere a tuberías de acero para su uso en pozos de petróleo crudo o pozos de gas natural, y el documento US 2006060270 se refiere a aceros forjados, y más particularmente a aceros transformables con alto contenido de nitrógeno.
El acero según la invención tiene como objetivo resolver los problemas mencionados anteriormente con un acero que tiene una resistencia a la corrosión mejorada y una resistencia por tenacidad a la fractura mejorada, a la vez que es fácil de producir en condiciones de calor.
Para ello, el objeto del acero según la invención es el definido en las reivindicaciones adjuntas.
Además, dentro del marco de la presente invención, la influencia de los elementos de la composición química, las características microestructurales preferibles y los parámetros del procedimiento de producción se detallarán más a continuación.
Los intervalos de composiciones químicas se expresan en porcentaje en peso.
CARBONO
El contenido de carbono debe estar comprendido entre 0,005% y 0,03%, donde el límite inferior de 0,005 está incluido y el límite superior de 0,03 está excluido. Si el contenido de carbono es inferior a 0,005%, el proceso de descarburación se vuelve demasiado largo y difícil, a la vez que la productividad industrial se ve afectada negativamente. Si el contenido de carbono es superior o igual a 0,03%, dado que el carbono es un elemento formador de austenita, habrá demasiado contenido de austenita a expensas de la martensita, ya que el límite elástico de la fase de austenita es menor que el límite elástico de la fase de martensita, esto dará como resultado un acero blando con un límite elástico que apenas alcanza 758 MPa (110 ksi) e incluso más difícilmente el objetivo de 862 MPa (125 ksi).
CROMO
El contenido de Cr debe estar comprendido entre 14% y 17%, donde los límites inferior y superior están incluidos. Si el contenido de Cr es inferior a 14%, la resistencia a la corrosión estará por debajo de las expectativas; de hecho, el Cr mejora el comportamiento frente a la corrosión al aumentar la resistencia a la corrosión de la escama protectora. El impacto del contenido de Cr sobre la corrosión es mayor en ambientes de alta temperatura en presencia de altas presiones parciales de CO2. Si el contenido de Cr es superior a 17%, habrá demasiado contenido de ferrita a expensas de la fase de martensita. Como el límite elástico de la fase de ferrita es menor que el límite elástico de la fase de martensita, esto dará como resultado un acero blando con un límite elástico que apenas alcanza 758 MPa (110 ksi) e incluso más difícilmente el objetivo de 862 MPa (125 ksi). Además, un contenido de Cr superior a 17% degrada la tenacidad y la maleabilidad en caliente. En una realización preferida, el contenido de Cr se encuentra entre 15,5% y 16,5%, con los límites incluidos.
MOLIBDENO
El contenido de Mo debe estar comprendido entre 2,3% y 3,5%, donde los límites inferior y superior están incluidos. Si el contenido de Mo es inferior a 2,3%, la resistencia a la corrosión estará por debajo de las expectativas; de hecho, el Mo mejora el rendimiento frente a la corrosión al aumentar la resistencia a la corrosión de la escama protectora. El impacto del contenido de Mo sobre la corrosión es mayor en el agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro. Si el contenido de Mo es superior a 3,5%, favorecerá la precipitación de intermetálicos que son perjudiciales para la tenacidad. Preferiblemente, no hay intermetálicos presentes en el acero según la invención.
NÍQUEL
El níquel es un elemento importante en esta invención. Sin embargo, estabiliza la austenita a expensas de la martensita si su contenido es demasiado alto. Por otro lado, si su contenido es demasiado bajo, la fase de ferrita será demasiado alta a expensas de la martensita. Dado que los límites elásticos de las fases de ferrita y austenita son más bajos que el límite elástico de la martensita, esto dará como resultado un acero blando con un límite elástico que apenas alcanza 758 MPa (110 ksi) e incluso más difícilmente el objetivo de 862 MPa (125 ksi). Por tanto, debe encontrarse un equilibrio para este elemento, tal equilibrio se obtiene para un contenido de Ni entre 3,2 y 4,5%, con los límites incluidos.
SILICIO
Si es un elemento formador de ferrita. Como consecuencia, si el contenido de Si es superior a 0,6%, la fase de ferrita será demasiado alta a expensas de la martensita. Dado que la ferrita es una fase blanda, esto dará como resultado un acero blando con un límite elástico que apenas alcanza 758 MPa (110 ksi) y aún más difícilmente el objetivo de 862 MPa (125 ksi). Por tanto, el contenido de Si debe ser inferior o igual a 0,6%.
COBRE
El contenido de cobre debe estar entre 0,5% y 1,5%, estando incluidos los límites. Si el contenido de Cu es inferior a 0,5%, la resistencia a la corrosión estará por debajo de las expectativas; de hecho, el Cu mejora la resistencia a la corrosión. El impacto del contenido de Cu sobre la corrosión es mayor en ambientes de alta temperatura en presencia de altas presiones parciales de CO2. Sin embargo, si el contenido de cobre es superior a 1,5%, la maleabilidad en caliente se ve afectada negativamente, dando como resultado defectos superficiales después de la conformación en caliente. Preferiblemente, el contenido de cobre está entre 0,8% y 1,2%, estando incluidos los límites.
MANGANESO
El contenido de Mn debe estar entre 0,4% y 1,3%, estando incluidos los límites. El Mn estabiliza la austenita a expensas de la martensita si su contenido es demasiado alto. Por otro lado, si su contenido es demasiado bajo, la fase de ferrita será demasiado alta a expensas de la martensita. Dado que el límite elástico de las fases de ferrita y austenita es menor que el límite elástico de la martensita, esto dará como resultado un acero blando con un límite elástico que apenas alcanza 758 MPa (110 ksi) e incluso más difícilmente el objetivo de 862 MPa (125 ksi). Además, por encima de 1,3% de Mn, la resistencia a la corrosión está por debajo de las expectativas. Por tanto, debe encontrarse un equilibrio para este elemento, tal equilibrio se obtiene para un contenido de Mn entre 0,4 y 1,3%, con los límites incluidos.
VANADIO
El vanadio es un elemento importante de la invención. El contenido de V debe estar entre 0,35% y 0,6%, estando incluidos los límites. Según la invención, V forma carbonitruros (V(C,N)) que son inter e intragranulares y que tienen un tamaño inferior a 500 nm, y preferiblemente de 30 a 200 nm. Tales precipitados contribuyen a aumentar el límite elástico y mejoran la cohesión de los límites de los granos. La contribución al límite elástico de los precipitados de V equilibra la pérdida de resistencia debido a la presencia de ferrita blanda. Además, se ha demostrado que la presencia de V en una cantidad de 0,35% a 0,6% evita que precipiten intermetálicos, esos intermetálicos son perjudiciales para la tenacidad. Por debajo de 0,35% de V, su contribución no es suficiente para alcanzar el límite elástico de 758 MPa (110 ksi) o incluso el objetivo de 862 MPa (125 ksi). Por encima de 0,6%, hay un efecto de saturación, además de un aumento inútil del coste de aleación.
NIOBIO
El contenido de Nb debe ser tal que: 3,2 x C < Nb < 0,1%, donde C y Nb están en porcentaje en peso. Se añade Nb para evitar que el carbono estabilice la austenita. De hecho, los carburos de niobio (NbC) atrapan el C, que no servirá como estabilizador de austenita. Se necesita un contenido mínimo de Nb de 3,2 x % C para proporcionar tal efecto de captura de C. Por encima de 0,1%, la tenacidad se ve drásticamente afectada y disminuye muy rápidamente.
TUNGSTENO
El contenido de W debe ser inferior o igual a 1,5%. Si el contenido de W es superior a 1,5%, habrá demasiado contenido de ferrita a expensas de la fase de martensita, ya que el límite elástico de la fase de ferrita es menor que el límite elástico de la fase de martensita, esto dará como resultado un acero blando con un límite elástico que apenas alcanza 758 MPa (110 ksi) y aún más difícilmente el objetivo de 862 MPa (125 ksi). Además, la presencia de W favorece la precipitación de intermetálicos perjudiciales para la tenacidad.
COBALTO
El contenido de Co debe estar entre 0,5% y 1,5%, donde los límites están incluidos. Por debajo de 0,5%, el objetivo de 758 MPa (110 ksi) es difícil de alcanzar, porque el Co tiene un efecto de fortalecimiento. El objetivo de 862 MPa (125 ksi) es aún más difícil de alcanzar. Además, por debajo de 0,5% de Co, la resistencia a la corrosión en ambientes de alta temperatura en presencia de altas presiones parciales de CO2 disminuye hasta un nivel no satisfactorio. Además, se ha demostrado que el Co por encima de 0,5% evita que precipiten intermetálicos, esos intermetálicos son perjudiciales para la tenacidad. Por encima de 1,5% de Co, se espera un efecto de saturación además de un aumento inútil de los costes de aleación.
NITRÓGENO
El contenido de nitrógeno debe estar entre 0,02% y 0,05%, donde están incluidos los límites. El nitrógeno mejora la resistencia a la corrosión. Por debajo de 0,02% de nitrógeno, el efecto sobre la resistencia a la corrosión es insuficiente. Por encima de 0,05%, aumenta el contenido de austenita; de hecho, el nitrógeno estabiliza la austenita a expensas de la martensita. Un alto contenido de austenita a expensas de la martensita dará lugar a un grado por debajo de 758 MPa (110 ksi), ya que el límite elástico de la martensita es menor que el límite elástico de la austenita.
ELEMENTOS RESIDUALES
El resto está constituido por Fe e impurezas inevitables resultantes de los procedimientos de producción y colado del acero. El contenido de los principales elementos de impurezas está limitado como se define a continuación para titanio, fósforo, azufre y aluminio:
Ti < 0,05%
P < 0,03%
S < 0,005%
Al < 0,05%
Otros elementos tales como Ca y REM (minerales de tierras raras) también pueden estar presentes como impurezas inevitables.
La suma de los contenidos de los elementos de impurezas es inferior a 0,1%.
CONDICIONES DE PROCESO
El método reivindicado por la invención comprende las siguientes etapas sucesivas, enumeradas a continuación. En esta mejor forma de realización, se produce un tubo de acero.
Se obtiene un acero que tiene la composición reivindicada por la invención según un método conocido por el experto en la técnica. Luego, el acero se calienta a una temperatura entre 1.150 °C y 1.260 °C, de modo que en todos los puntos la temperatura alcanzada sea favorable a las altas tasas de deformación que sufrirá el acero durante la conformación en caliente. Este intervalo de temperaturas debe estar en el intervalo ferrítico-austenítico. Preferiblemente, la temperatura máxima es inferior a 1.230 °C para evitar una fase de ferrita excesiva que podría favorecer los defectos de conformación en caliente. Por debajo de 1.150 °C, el contenido de ferrita durante la conformación en caliente es demasiado bajo, lo que afecta negativamente a la ductilidad en caliente del acero. A continuación, el producto semiacabado se conforma en caliente en al menos una etapa, y obtenemos un tubo con las dimensiones deseadas.
A continuación, el tubo se austeniza, es decir, se calienta hasta una temperatura TA en la que la microestructura es ferrítica-austenítica. La temperatura de austenitización TA está preferiblemente entre 920 °C y 1.050 °C; si TA es inferior a 920 °C, los intermetálicos no se disuelven y afectan negativamente a la tenacidad del material cuando su cantidad es superior a 0,5% en fracción de volumen. Por encima de 1.050 °C, los granos de austenita y ferrita crecen indeseablemente grandes y dan lugar a una estructura final más gruesa, lo que afecta negativamente la tenacidad.
A continuación, el tubo de acero según la invención se mantiene a la temperatura de austenitización TA durante un tiempo de austenitización de al menos 5 minutos, siendo el objetivo que, en todos los puntos del tubo, la temperatura alcanzada sea al menos igual a la temperatura de austenitización. Hay que asegurar que la temperatura sea homogénea en todo el tubo. El tiempo de austenización tA no debe ser superior a 30 minutos, porque por encima de tal duración, los granos de austenita y ferrita crecen indeseablemente grandes y dan lugar a una estructura final más gruesa. Esto sería perjudicial para la tenacidad.
A continuación, el tubo hecho de acero según la invención se enfría hasta la temperatura ambiente, preferiblemente utilizando enfriamiento con agua. De esta manera, se obtiene un tubo templado hecho de acero que contiene, en porcentaje de área, 30 a 50% de ferrita, 5 a 15% de austenita residual y 35 a 65% de martensita.
A continuación, el tubo templado hecho de acero según la invención se reviene, es decir, se calienta a una temperatura de revenido TT comprendida entre 500 °C y 700 °C, preferiblemente entre 500 °C y 650 °C. Tal revenido se realiza durante un tiempo de revenido tT entre 5 y 60 minutos. Preferiblemente, el tiempo de revenido está entre 10 y 40 min. Esto da lugar a un tubo de acero templado y revenido.
Finalmente, el tubo de acero templado y revenido según la invención se enfría hasta la temperatura ambiente utilizando enfriamiento con agua o con aire.
CARACTERÍSTICAS MICROESTRUCTURALES
FERRITA
El contenido de ferrita en el acero según la invención debe estar entre 30% y 50% en el tubo final, estando incluidos los límites. Por debajo de 30% de ferrita, la maleabilidad en caliente se ve afectada negativamente. De hecho, a altas temperaturas, es decir, por encima de 900 °C, la ferrita y la austenita coexisten durante la laminación en caliente. Dado que la ferrita es significativamente más blanda que la austenita, se deformará primero. Cuanto menor sea el contenido de ferrita, mayor será la localización de la deformación y, por lo tanto, mayor será la probabilidad de aparición de microfisuras. Por encima de 50% de ferrita, el contenido de martensita no es lo suficientemente alto para permitir alcanzar el grado de 758 MPa (110 ksi). Alcanzar el grado de 862 MPa (125 ksi) es aún más difícil.
AUSTENITA
El contenido de austenita en el acero según la invención debe estar entre 5% y 15% en el tubo final, estando incluidos los límites. Se ha descubierto un efecto positivo de la presencia de austenita sobre la corrosión en ambientes de alta temperatura en presencia de altas presiones parciales de CO2 con un acero según la invención. Por debajo de 5%, tal efecto positivo desaparece. Por encima de 15%, el contenido de martensita no es lo suficientemente alto como para permitir alcanzar el grado de 758 MPa (110 ksi). Alcanzar el grado de 862 MPa (125 ksi) es aún más difícil.
MARTENSITA
El contenido de martensita en el acero según la invención debe estar entre 35% y 65% en el tubo final, estando excluidos los límites inferior y superior. Se ha encontrado que la martensita es la fase más débil en cuanto a resistencia a la corrosión en comparación con la ferrita y la austenita, sin embargo, su resistencia es necesaria para alcanzar el grado de 758 MPa (110 ksi) al menos.
Por debajo de 35%, no se alcanza el grado de 758 MPa (110 ksi) ya que la martensita aporta resistencia. Por encima de 65% de martensita, la maleabilidad en caliente se ve afectada negativamente, debido al bajo contenido de ferrita asociado con un contenido de fase de martensita tan alto. Además, la corrosión en entornos de alta temperatura en presencia de una alta presión parcial de CO2 se verá afectada negativamente.
El tubo de acero templado y revenido según la invención, después del enfriamiento final, presenta una microestructura con menos que 0,5% de intermetálicos en fracción de volumen. Idealmente, no existen intermetálicos, ya que son perjudiciales para la tenacidad del acero según la invención.
En una realización preferida, el acero según la invención tiene una tenacidad mejorada, es decir, un valor de tenacidad expresado en julios a -10 °C de al menos 68 J.
En una realización preferida, el acero según la invención es un acero resistente a la corrosión que presenta una velocidad de corrosión inferior a 0,13 mm/año. El ensayo se detalla en la sección de los ejemplos.
En una realización aún más preferida, el acero según la invención es un acero resistente a la corrosión que presenta una excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro. El ensayo se detalla en la sección de los ejemplos.
La invención se ilustrará a continuación en base a los siguientes ejemplos no limitantes:
Se han preparado aceros, y sus composiciones se presentan en la siguiente tabla 1, expresadas en porcentaje en peso.
Las composiciones de los aceros 11 a I5 son de acuerdo con la invención.
Para fines de comparación, las composiciones R1 a R12 son para aceros que se utilizan para la fabricación de referencias, y no son según la invención.
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" 0O 0O
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El procedimiento anterior (desde la fusión hasta la conformación en caliente) se realiza con el método de fabricación conocido habitualmente para tubos de acero sin costura después de calentarlos a una temperatura entre 1.150 °C y 1260 °C para la conformación en caliente. Por ejemplo, es deseable que el acero fundido de la composición constituyente anterior se funda mediante las prácticas de fusión utilizadas habitualmente. Los métodos habituales que intervienen son el procedimiento de colado continuo, por ejemplo, el método de colado-expansión de lingotes. A continuación, estos materiales se calientan y luego se fabrican en tubería mediante trabajo en caliente mediante el procedimiento de molino de tapón Mannesmann o el procedimiento de molino de mandril Mannesmann, que son métodos de fabricación conocidos habitualmente, en tubos de acero sin costura de la composición constituyente anterior en las dimensiones deseadas.
Las composiciones de la tabla 1 han pasado por un procedimiento de producción que se puede resumir en la tabla 2 a continuación con:
TA (°C): temperatura de austenitización en °C
tA: tiempo de austenitización en minutos
TT: temperatura de revenido en °C
tT: tiempo de revenido en minutos
Los métodos de enfriamiento representan el medio en el que se realiza el enfriamiento, y la columna "intermetálicos" en la tabla 3 describe si están presentes intermetálicos por encima de 0,5% en fracción de volumen en la microestructura del acero o no.
Tabla 2: condiciones de proceso de los ejemplos después del forjado y la laminación
Figure imgf000008_0001
Los aceros según la invención 11 a I5 y las referencias R1 a R12 han pasado por las condiciones de proceso resumidas en la tabla 2. Esto dio lugar a tubos de acero templados y revenidos que, tras un enfriamiento final desde la temperatura de revenido, presentan las microestructuras detalladas en la tabla 3:
Tabla 3: Características microestructurales de los ejemplos
Figure imgf000009_0001
"No" significa que no hay intermetálicos, y "sí" significa que su contenido es superior a 0,5%
El tubo de acero templado y revenido según la invención, después del enfriamiento final (enfriamiento después del revenido), tiene la microestructura descrita en la tabla 3. El procedimiento de la tabla 2 aplicado a las composiciones químicas de la tabla 1 dio lugar también al comportamiento mecánico, resistencia a la corrosión y tenacidad que se resumen en la tabla 4 a continuación, donde:
YS en MPa y ksi es el límite elástico obtenido en el ensayo de tracción como se define en las normas ASTM A370 y ASTM E8.
UTS en MPa y ksi es la resistencia a la tracción obtenida en el ensayo de tracción como se define en las normas ASTM A370 y ASTM E8.
KCV -10°C es la tenacidad a la fractura a -10°C utilizando barras de ensayo con muescas en V como se define en las normas ASTM A370 y ASTM E23, que preferiblemente debe estar por encima de 68 J.
La tasa de corrosión es el resultado de un ensayo de pérdida de masa. Este ensayo de corrosión se realiza sumergiendo las piezas de ensayo durante 14 días en una disolución de ensayo que contiene una disolución acuosa de NaCI al 20% en masa. La temperatura del líquido es 230°C, con 10,1 MPa (100 atm) de presión de una atmósfera de gas CO2.
La masa de las piezas de ensayo se mide antes y después de la inmersión. La tasa de corrosión calculada se deriva de la reducción de masa antes y después de la inmersión en las condiciones mencionadas anteriormente. La tasa de corrosión debe ser preferentemente inferior a 0,13 mm/año.
La resistencia SSC es la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro evaluada según la norma NACE TM0177-2005, Método A. El ensayo SSC consiste en sumergir las piezas de ensayo bajo una carga en una disolución acuosa ajustada a pH 4 con la adición de ácido acético y acetato de sodio en una disolución de ensayo de NaCl al 20% en masa. La temperatura de la disolución es 24°C, el H2S está a 10,1 kPa (0,1 atm.), el CO2 está a 91,2 kPa (0,9 atm). La duración del ensayo es 720 horas, y la tensión aplicada es 90% del límite elástico. Después del ensayo, se observaron las muestras de ensayo en busca de grietas. Un ensayo exitoso implica que no hay fallos ni grietas en las muestras después de 720 horas. Esto se consideró un "aprobado" en la tabla 4.
Las celdas en blanco significan que no se ha medido el valor correspondiente.
Tabla 4: propiedades mecánicas, tenacidad y resistencia a la corrosión de los ejemplos
Figure imgf000010_0001
Se recuerda que el acero según la invención tiene un límite elástico de al menos 758 MPa (110 ksi).
Preferiblemente, el acero según la invención tiene una resistencia por tenacidad a la rotura de al menos 68 J a -10°C.
En cuanto a la resistencia a la corrosión, preferiblemente, el acero según la invención presenta una tasa de corrosión máxima de 0,13 mm/año. Aún más preferiblemente, aprueba el ensayo SSC sin grietas.
Las composiciones de acero 11 a I5 son según la invención. Estos cinco aceros se han sometido a las condiciones de proceso preferidas de la tabla 2 para obtener las características microestructurales preferidas de la tabla 3. Como consecuencia, las propiedades mecánicas, la resistencia a la rotura y la resistencia a la corrosión obtenidas por los aceros I1 a I5 están en los intervalos previstos, es decir: por encima de 758 MPa para el límite elástico y preferiblemente una resistencia por tenacidad a la fractura de al menos 68 J a -10°C, una tasa de corrosión por debajo de 0,13 mm/año y un ensayo s Sc exitoso sin grietas.
Todos los valores de límite elástico están por encima de 758 MPa (110 ksi), e I3 a I5 incluso alcanzan más que 862 MPa (125 ksi).
El acero de referencia R1 no es según la invención, ya que los contenidos de Cr, Mo, Ni, Cu, V, Co y N están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, a pesar de que se ha sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, el límite elástico es muy bajo en comparación con el objetivo mínimo de 758 MPa.
El acero de referencia R2 no es según la invención, ya que los contenidos de Ni, Cu, Mn, V, Nb, Co y Al están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, a pesar de que se ha sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, el contenido de austenita retenida está por encima del intervalo preferido de 5-15%. Además, la respuesta de resistencia a la corrosión preferida de este material no es satisfactoria, con una tasa de corrosión de 0,25 mm/año y un ensayo SSC fallido.
El acero de referencia R3 no es según la invención, ya que el contenido de Nb está por encima del máximo permitido de 0,1%. Como consecuencia, la respuesta de tenacidad a la fractura se ve drásticamente afectada, con un valor a -10°C de 49 J que está muy por debajo del valor preferido de 68 J mínimo. Además, las características microestructurales, es decir, el contenido de ferrita, austenita retenida y martensita, están fuera del intervalo fijado como objetivo.
El acero de referencia R4 no es según la invención, ya que el contenido de Nb está por debajo del mínimo permitido de 3,2 x C, donde C es en % en peso. Como consecuencia, el efecto de captura de C no es eficaz, y no se alcanza el límite elástico mínimo de 758 MPa.
El acero de referencia R5 no es según la invención, ya que los contenidos de Cu y Co están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, a pesar de que se ha sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, los contenidos de ferrita, austenita y martensita están fuera de los intervalos preferidos. Además, no se alcanza el límite elástico mínimo de 758 MPa.
El acero de referencia R6 no es según la invención, ya que los contenidos de Ni, Cu, V, Nb, W, Co y Al están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, a pesar de que se ha sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, no hay austenita retenida en este acero. Además, se han identificado intermetálicos, aunque preferiblemente se evita su presencia. Además, la respuesta preferida de resistencia a la corrosión de este material no es satisfactoria, con una tasa de corrosión de 0,56 mm/año y un ensayo SSC fallido. Además, la resistencia a la tenacidad está muy por debajo de las expectativas en 19 J.
El acero de referencia R7 no es según la invención, ya que los contenidos de Ni, Cu, Nb, W, Co y Al están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, a pesar de que se ha sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, se han identificado intermetálicos y la resistencia a la corrosión y la tenacidad a la fractura no son satisfactorias en comparación con el comportamiento preferido fijado como objetivo. De hecho, la respuesta preferida de resistencia a la corrosión de este material no es satisfactoria, con una tasa de corrosión de 0,54 mm/año y una tenacidad de resistencia a la fractura de 8 J.
El acero de referencia R8 no es según la invención, ya que los contenidos de Ni, Cu, V, Nb, W y Co están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, habiendo sido sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, la microestructura obtenida es completamente diferente de la preferida. El límite elástico obtenido está lejos del objetivo de 758 MPa.
El acero de referencia R9 no es según la invención, ya que los contenidos de Mo, Ni, Cu, Nb y Co están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, a pesar de que se ha sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, se han identificado intermetálicos, y la resistencia a la corrosión y la tenacidad a la fractura no son satisfactorias en comparación con el comportamiento preferido fijado como objetivo. De hecho, la respuesta preferida de resistencia a la corrosión de este material no es satisfactoria, con una tasa de corrosión de 0,47 mm/año y un ensayo SSC fallido. Además, la resistencia por tenacidad a la fractura es igual a 62 J a -10°C, que está por debajo del valor mínimo preferido de 68 J a -10°C.
El acero de referencia R10 no es según la invención, ya que los contenidos de Ni, Cu, V, Nb y N están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, habiendo sido sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, el límite elástico alcanzado está muy por debajo del objetivo de 758 MPa.
El acero de referencia R11 no es según la invención, ya que los contenidos de C, Ni, Mn, W, N y Ti están fuera de los intervalos de la invención. Una vez que se ha sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, no se alcanza el límite elástico mínimo de 758 MPa.
El acero de referencia R12 no es según la invención, ya que los contenidos de Ni, Mn, V, Nb y Co están fuera de los intervalos de la invención. Como consecuencia, habiendo sido sometido a los parámetros de la ruta de producción preferida detallados en la tabla 2, la microestructura obtenida es muy diferente de la preferida, sin austenita retenida, un exceso de martensita y ferrita insuficiente. Además, la resistencia por tenacidad a la fractura es tan baja como 45 J a -10°C, que está por debajo del valor mínimo preferido de 68 J a -10°C. La tasa de corrosión también es demasiado alta, a 0,39 mm/año.
La composición de acero reivindicada por la invención se utilizará ventajosamente para la fabricación de tubos sin costura para tubos de producción y revestimientos de producción, más raramente en el fondo de carcasas de producción. Tales tubos serán preferiblemente resistentes a la corrosión por agrietamiento bajo tensión por sulfuro y a medios de alta temperatura.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Tubo de acero de al menos 758 MPa de límite elástico, que comprende, en % en peso:
0,005 < C < 0,03
14 < Cr < 17
2,3 < Mo < 3,5
3.2 < Ni < 4,5
Si < 0,6
0,5 < Cu < 1,5
0,4 < Mn < 1,3
0,35 < V < 0,6
3.2 x C < Nb < 0,1
W < 1,5
0,5 < Co < 1,5
0,02 < N < 0,05
Ti < 0,05
P < 0,03
S < 0,005
Al < 0,05
estando constituido el resto de la composición química de dicho acero por Fe e impurezas inevitables, teniendo dicho tubo de acero una microestructura que comprende entre 30% y 50% de ferrita, entre 5% y 15% de austenita, entre 35% y 65% de martensita y menos que 0,5% de intermetálicos en fracción de volumen.
2. Tubo de acero según la reivindicación 1, en el que, en % en peso: 15,5 < Cr < 16,5.
3. Tubo de acero según las reivindicaciones 1 o 2, en el que, en % en peso: 0,8 < Cu < 1,2.
4. Tubo de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que tiene una microestructura sin intermetálicos.
5. Tubo de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que tiene un límite elástico de al menos 862 MPa (125 ksi).
6. Tubo de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que tiene una resistencia por tenacidad a la fractura a -10°C de al menos 68 J.
7. Método de fabricación de un tubo de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que:
- se proporciona un acero que tiene una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, - después se conforma en caliente el acero a una temperatura comprendida entre 1.150°C y 1.260°C mediante procedimientos de conformación en caliente conocidos habitualmente, tales como forjado, laminación, extrusión, para obtener un tubo, estos procedimientos se combinan finalmente en al menos una etapa,
- después, se calienta el tubo hasta una temperatura TA comprendida entre 920°C y 1.050°C y se mantiene a la temperatura TA durante un tiempo comprendido entre 5 y 30 minutos, seguido de enfriamiento hasta la temperatura ambiente para obtener un tubo templado,
- después, se calienta el tubo templado hasta una temperatura TT comprendida entre 500°C y 700°C y se mantiene a la temperatura TT durante un tiempo tT comprendido entre 5 y 60 minutos, seguido de enfriamiento hasta la temperatura ambiente para obtener un tubo templado y revenido.
8. Método de fabricación de un tubo de acero según la reivindicación 7, en el que al menos un enfriamiento hasta la temperatura ambiente se realiza utilizando agua.
9. Método de fabricación de un tubo de acero según la reivindicación 7 u 8, en el que el tiempo de revenido tT está comprendido entre 10 y 40 min.
10. Uso de un tubo de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para obtener un tubo de acero sin costura para al menos uno de los siguientes: perforación de pozos, producción, extracción y/o transporte de petróleo y gas natural.
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