ES2862465T3 - Proceso para producir un tubo multicapa con unión metalúrgica por estirado - Google Patents

Abstract

Un proceso para producir un tubo multicapa que tiene una unión (1) metalúrgica a partir de un elemento tubular que comprende al menos un tubo (10) exterior de material metálico y un tubo (20) interior de material metálico dispuesto dentro del tubo exterior, estando la superficie interior del tubo (10) exterior unida de manera mecánica directamente a la superficie exterior del tubo (20) interior al menos en partes de su interfaz de modo que no haya oxígeno entre los tubos interior y exterior, el proceso caracterizado por que: en una línea de producción, el elemento tubular se calienta y estira simultáneamente, en donde cada porción del elemento tubular se somete a calentamiento por inducción y luego a estirado en caliente y en donde el elemento tubular se estira con un mandril ubicado en su interior, en las etapas de calentamiento y estirado, se hace pasar el elemento tubular por el interior de al menos una bobina (7) electromagnética, donde se calienta, y pasa a través de una matriz de estirado dispuesta secuencialmente en la salida de la bobina (7) electromagnética, con el mandril (2) posicionado dentro del elemento tubular en alineación con una abertura (4) de la matriz de estirado.

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso para producir un tubo multicapa con unión metalúrgica por estirado

La presente invención se refiere a un proceso para producir un tubo multicapa con unión metalúrgica de al menos un tubo interior y un tubo exterior por medio de al menos una etapa de conformación mecánica en caliente. Los tubos producidos por este método suelen tener una capa resistente a la corrosión, lo que permite su uso en entornos altamente corrosivos y un tubo con una alta resistencia mecánica.

Descripción de la técnica anterior

Los tubos multicapa, como los tubos con unión metalúrgica (también conocidos como «tubos revestidos») y los tubos con unión mecánica (también conocidos como «tubos forrados»), así como sus procesos de fabricación son objeto de desarrollo industrial actual, usándose principalmente dichos tubos recubiertos en la industria petrolera, en donde puede haber fuertes tensiones mecánicas y entornos altamente corrosivos. El fluido que circula internamente puede promover un ataque químico al tubo, requiriéndose el uso de aleaciones resistentes a la corrosión.

Según la definición proporcionada en las normas DNV-OS-F101 y API 5LD, un tubo revestido consiste en un tubo exterior que tiene una capa interior resistente a la corrosión, donde la unión entre estos materiales es metalúrgica. Según la definición proporcionada en las normas DNV OS F101 y API 5LD, un tubo forrado consiste en un tubo exterior que tiene una capa interior resistente a la corrosión, donde la unión entre estos materiales es mecánica.

La técnica anterior contiene varios procesos para fabricar tubos revestidos, que generalmente incluyen una etapa de preparación del material, una etapa de estratificación opcional y una etapa de revestimiento. Dos procesos bien conocidos usados a escala industrial para grandes lotes de producción son el revestimiento por enrollado y superposición de soldadura.

En el proceso de revestimiento por enrollado de láminas, el enrollado de láminas de dos materiales diferentes se realiza simultáneamente, originando dicho proceso una única lámina de revestimiento. A continuación, esta lámina se trata, se conforma y se suelda longitudinalmente originando el tubo revestido con costura.

En el proceso de revestimiento mediante soldadura superpuesta, los materiales se unen mediante la deposición de soldaduras en ángulo en toda la superficie interior del tubo. El material usado en la soldadura en ángulo es normalmente una aleación resistente a la corrosión. El proceso de deposición de la soldadura permite una unión metalúrgica entre los materiales internos y externos del tubo revestido.

En el documento GB2085330, que conforma la base del preámbulo de la reivindicación 1, se describe un método para producir tubos revestidos que comprende un primer estirado en frío para obtener una buena unión mecánica entre un tubo interior y un tubo exterior. Luego, el producto intermedio se somete a una etapa de calentamiento en un horno, donde los dos tubos se unen entre sí. Posteriormente, el producto intermedio se somete a una etapa de trabajo en caliente para dar forma al producto final mediante prensado o enrollado. En este documento, el proceso de fabricación de tubos revestidos comprende además una etapa de preparación de las superficies que entran en contacto en el estirado en frío. Esta etapa consiste en la limpieza de las superficies que entran en contacto mediante el pulido. Alternativamente, esta etapa puede comprender el granallado de las superficies que entran en contacto, en lugar del pulido.

También según el documento GB2085330, donde la diferencia en el coeficiente de expansión térmica entre los tubos interior y exterior es grande, los extremos de los tubos unidos se sueldan para evitar la intrusión de aire entre los materiales que forman el tubo unido, ya que la intrusión de aire puede afectar a la calidad de los tubos. Normalmente, también se requiere una etapa final de enrollado, después del conformado en frío y en caliente. En el documento US3598156 se describe un método para producir una tubería bimetálica que tiene una junta de metal, en que se lleva a cabo la unión metalúrgica entre un tubo interior y un tubo exterior. En el proceso descrito en dicho documento, la expansión en frío del tubo interior se realiza con un mandril ahusado, asegurando una unión fuerte entre las tres capas metálicas. Luego, el tubo se calienta mediante una bobina de inducción electromagnética, haciendo que el tubo interior con un coeficiente de expansión más alto se expanda más que el tubo exterior, ejerciendo una gran presión sobre la capa intermedia de unión. Esta capa de unión se funde, sin fundir los tubos interior y exterior, y posteriormente se solidifica nuevamente, dando lugar a la unión metalúrgica entre los tubos interior y exterior. En el documento no se sugiere una etapa posterior de estirado en caliente.

Además, en este documento también se describe que, antes del estirado en frío, se lleva a cabo una etapa de tratamiento químico y/o pulido de la superficie exterior del tubo interior y de la superficie interior del tubo exterior. Sin embargo, no se sugiere el granallado de estas superficies para aumentar la rugosidad de la superficie y la fuerza de contacto. Como es un tubo revestido, es decir, dos tubos unidos metalúrgicamente entre sí, no es necesario aumentar la rugosidad de la superficie y la resistencia mecánica de la unión entre los tubos, lo que sería importante para tubos forrados. Sin embargo, también se puede obtener una mejora del producto revestido con este tratamiento.

En el documento JPH02187280 se describe un proceso para unir uniformemente tubos interiores y exteriores con alta resistencia que comprende una primera etapa de enrollamiento en espiral de un material de inserción en tiras en la superposición prescrita en la cara circunferencial interior del tubo interior, y luego un segundo etapa de inserción de este tubo interior en el tubo exterior para hacer el doble tubo bruto. El doble tubo bruto se extruye con la matriz mientras se calienta justo por debajo del punto de fusión del material de inserción mediante el uso de una bobina de calentamiento de alta frecuencia en el lado de la entrada de la matriz. Como material 2 de inserción, se usa, por ejemplo, una hoja fina amorfa que tiene un espesor de aproximadamente 50 pm. Con este método, el doble tubo se puede fabricar de manera extremadamente simple. En este proceso no se describe un proceso para producir un tubo multicapa proporcionando directamente una unión metalúrgica entre los tubos interior y exterior en un solo etapa.

Los procesos de revestimiento de tubos concéntricos presentados en la técnica anterior comprenden siempre etapas preparatorias, una etapa de formación o depósito de material de soldadura, etapa que da como resultado una unión metalúrgica entre los tubos, y una etapa de acabado, que generalmente es una etapa entre la laminación, el prensado, el enrollado, la extrusión o el coestirado.

En ninguno de los procesos de la técnica anterior se describe la producción de tubos revestidos en un solo etapa de conformación, sin una etapa de acabado. Además, en ninguno de los procesos de la técnica anterior se presenta la posibilidad de implementar todas las etapas en una sola línea de producción sin necesidad de mover el tubo de un banco a otro entre etapas o mover los tubos calentados desde dentro del horno a la línea de producción, que grava el proceso y la velocidad de producción y la mano de obra. En ninguno de los documentos de la técnica anterior se describe un tubo multicapa sin costura que tenga una unión metalúrgica.

Breve descripción de la invención

Los objetos de la invención se consiguen mediante un proceso para producir un tubo multicapa con unión metalúrgica a partir de un elemento tubular que comprende al menos un tubo exterior de material metálico y un tubo interior de material metálico dispuesto dentro del tubo exterior según la reivindicación 1.

Preferiblemente, el tubo exterior consiste en una aleación de acero al carbono-manganeso y el tubo interior consiste en una aleación resistente a la corrosión.

Preferiblemente, cada sección del elemento tubular se calienta a una temperatura de al menos 900 °C cuando se cruza; la bobina electromagnética, dispuesta en la línea de producción. También preferiblemente, en las etapas de calentamiento y estirado, el elemento tubular se calienta a una temperatura entre 950 °C y 1050 °C.

La etapa de estirado puede comprender disminuir el espesor de la pared del elemento tubular por compresión del elemento tubular entre la matriz de estirado y el mandril.

El proceso puede comprender además, después de la etapa de estirado, al menos una etapa de tratamiento térmico en donde el elemento tubular se somete a enfriamiento. También se puede llevar a cabo una etapa de estirado en frío con lubricación previa opcional de la superficie interior del tubo interior y la superficie exterior del tubo exterior para mejorar la tolerancia geométrica y el acabado superficial. Además, se puede llevar a cabo una etapa adicional de doblado del elemento tubular después del estirado.

Un tubo multicapa que tiene una unión metalúrgica producida por el proceso de acuerdo con la invención puede ser un tubo multicapa que comprenda al menos un tubo exterior de material metálico y un tubo interior de material metálico dispuesto dentro del tubo exterior, estando la superficie interior del tubo exterior metalúrgicamente unida a la superficie exterior del tubo interior, estando el tubo exterior compuesto por un acero al carbono-manganeso y consistiendo el tubo interior en una aleación resistente a la corrosión.

El tubo interior de material metálico puede estar hecho de un material que comprenda al menos uno de acero al carbono, acero de baja aleación, acero de alta aleación, acero inoxidable, aleación a base de níquel, aleación a base de titanio, aleación a base de cobalto, aleación a base de cobre, aleación a base de estaño y aleación a base de circonio. Los tubos exterior e interior son preferiblemente tubos sin costura.

El tubo multicapa puede comprender una capa exterior adicional dispuesta externamente al tubo exterior, estando hecha la capa exterior de un segundo tubo exterior que tiene un diámetro interior mayor que el diámetro exterior del tubo exterior y que está unida metalúrgicamente al tubo exterior. La capa exterior está formada preferiblemente de una aleación resistente a la corrosión, una aleación resistente a la abrasión y una aleación resistente a la fatiga. En el tubo multicapa, puede haber hasta un 100 % de unión metalúrgica entre el tubo exterior y el tubo interior.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá además con más detalle basándose en un ejemplo de ejecución representado en los dibujos. En las figuras se muestra:

Figura 1: una vista esquemática de una primera realización de la etapa de estirado en caliente del proceso para producir un tubo multicapa de la presente invención;

Figura 2: un diagrama de bloques de las etapas según la presente invención;

Figura 3: una vista esquemática de una segunda realización de la etapa de estirado en caliente del proceso para producir un tubo multicapa de la presente invención;

Figura 4: imagen de la interfaz entre los tubos unidos mecánicamente, producidos por el proceso de la presente invención, asociada con un diagrama de la concentración de los elementos hierro y níquel en la interfaz entre los tubos; y

Figura 5: imagen de la interfaz entre los tubos de una realización del tubo multicapa estirado que tiene una unión metalúrgica producida por el proceso de la presente invención, asociada con un diagrama de la concentración de los elementos hierro y níquel en la interfaz entre los tubos.

Descripción detallada de los dibujos

Como puede verse en las figuras 1 a 5, la presente invención se refiere a un proceso para producir un tubo multicapa que tiene una unión 1 metalúrgica de un elemento tubular que comprende al menos un tubo exterior de material 10 metálico y un tubo interior de material 20 metálico, de tal manera que el tubo producido por el proceso es un tubo multicapa que comprende al menos una capa exterior hecha del tubo 10 exterior que está unido metalúrgicamente al menos de manera parcial a la capa interna hecha del tubo 20 interior. El elemento tubular puede comprender de manera alternativa inicialmente más de dos tubos, generando un tubo 1 con múltiples capas unidas metalúrgicamente al menos de manera parcial entre sí.

El tubo multicapa producido por este proceso puede ser un tubo revestido, cuando la unión entre las capas que forman el tubo multicapa producido con el proceso de la presente invención cumple los requisitos mínimos de las normas ASTM A578 y API 5LD, es decir, el área no revestida en la superficie del tubo no puede exceder de un diámetro de 25 mm dentro de un área escaneada de un cuadrado de 225 mm por 225 mm centrado en una indicación de discontinuidad. Además, el tubo no debe tener ningún área sin revestimiento dentro de una distancia de 100 mm desde el extremo del tubo. Según la presente invención, el tubo revestido puede fabricarse mediante el proceso de acuerdo con la invención con hasta un 100 % de revestimiento entre el tubo 10 exterior y el tubo 20 interior.

Los tubos que constituyen el elemento tubular son preferiblemente tubos sin costura. En este caso, el tubo multicapa producido por el proceso según la invención también es sin costura. En realizaciones alternativas de la invención, el tubo 10 exterior puede ser un tubo sin costura y el tubo 20 interior puede ser un tubo con costura soldada.

El tubo 20 interior está hecho preferiblemente de una aleación resistente a la corrosión (CRA, por sus siglas en inglés) y se dispone inicialmente dentro del tubo 10 exterior, formando una especie de recubrimiento para este último. El tubo interior también puede estar hecho de aleaciones resistentes a la abrasión (WRA, por sus siglas en inglés) o de aleaciones resistentes a la fatiga. Normalmente, el tubo 10 exterior es responsable de proporcionar resistencia mecánica al tubo multicapa final. También es importante que la superficie interior del tubo 10 exterior esté unida mecánicamente a la superficie exterior del tubo 20 interior para que no haya oxígeno entre los dos tubos. La presencia de oxígeno en la interfaz entre los tubos puede provocar la producción de óxidos que generen corrosión y podrían impedir un buen revestimiento entre los tubos. El elemento tubular que comprende tubos unidos mecánicamente entre sí puede denominarse tubo forrado.

La formación de la unión mecánica entre los tubos se puede realizar mediante cualquier método en la técnica, como etapas de conformado mecánico por expansión mecánica, extrusión, estirado en frío, enrollado, entre otros. Preferiblemente, antes de la etapa de formación de unión mecánica entre los tubos, se realiza una etapa de granallado en la superficie interior del tubo 10 exterior y en la superficie exterior del tubo 20 interior, que se unirán mecánicamente entre sí. Preferiblemente, estas superficies se granallan con fragmentos de acero para aumentar su rugosidad y optimizar la fuerza de contacto entre los materiales, mejorando así la unión mecánica entre los tubos. El uso de fragmentos de acero en el granallado es ventajoso porque como los fragmentos son de acero, no contribuyen al aumento de las impurezas en la superficie del tubo.

La unión mecánica entre el tubo 10 exterior y el tubo 20 interior que constituye el tubo 1 forrado según un ejemplo del producto de la invención se puede ver en la figura 4. Esta figura contiene una imagen microscópica de sección transversal (sin grabar) de la interfaz de la unión entre los tubos, en donde el tubo 10 exterior se muestra en el lado izquierdo en un tono más oscuro de gris y el tubo 20 interior se muestra en el lado derecho en un tono más claro de gris. La interfaz entre los tubos en una sección correspondiente a la caja superior más pequeña se representa en términos de la concentración de los materiales de ambo tubos en el diagrama que se encuentra debajo. Este diagrama es una versión ampliada de dicha sección de la interfaz, en la que en el eje de ordenadas se representa la concentración de cada elemento en porcentaje de masa y en la abscisa se representa la posición en el tubo forrado en la dirección perpendicular a la interfaz. En el diagrama se muestra la concentración de los elementos hierro (Fe) y níquel (Ni) en la dirección de las x en la región de la interfaz entre los tubos en el tubo forrado. La línea continua representa la concentración de hierro que, según una realización de la invención, es uno de los componentes principales del tubo 10 exterior. La línea discontinua representa la concentración de níquel en esta región de la interfaz, en donde el níquel es un elemento principal del tubo 20 interior según esta realización de la invención. El cambio abrupto de la concentración de hierro y níquel ocurre en la misma posición del gráfico que representa la región de la interfaz entre los tubos. Esto significa que no hubo una difusión notable entre los materiales de los dos tubos, por lo que solo existe una unión mecánica entre ellos, sin unión metalúrgica, es decir, sin revestimiento. En la figura 2 se muestra un diagrama de flujo de una realización preferida del proceso según la invención. Después de la unión mecánica de los tubos y antes del estirado en caliente, el proceso de la invención comprende preferiblemente una etapa de lubricación de la superficie interior del tubo 20 interior, que entrará en contacto con el mandril 2 y la superficie exterior del tubo 10 exterior, que entrará en contacto con la matriz 4 de estirado durante la etapa de estirado en caliente. Esta lubricación también se puede realizar durante la etapa de estirado. La circulación del lubricante 11 se muestra en las figuras 1 y 3. La lubricación se efectúa para reducir la fricción resultante del contacto del elemento tubular con la matriz de estirado y con el mandril. El lubricante 11 usado se basa preferiblemente en una mezcla de agua y grafito, o cualquier lubricante para procesos de alta temperatura, como el hex-a-BN. Este lubricante tiene la ventaja de que no modifica la composición química superficial de los tubos.

En el proceso de acuerdo con la invención, se lleva a cabo al menos una etapa 22 de estirado en caliente, de modo que se forme una unión metalúrgica entre el tubo 10 exterior y el tubo 20 interior, y se llevan a cabo las etapas de calentamiento y estirado del tubo simultáneamente en la misma línea de producción. Así, cada porción del elemento tubular se somete, en la misma línea de producción, a un calentamiento por inducción, y posteriormente a un estirado en caliente. El estirado tiene lugar con la ayuda de un mandril 22 situado dentro del elemento tubular.

La etapa de estirado en caliente se realiza preferiblemente de 1 a 5 veces, a una velocidad de 0,1 m/min a 5,0 m/min y a una temperatura de 800 °C a 1300 °C.

Dado que la abertura 4 de la matriz de estirado tiene un diámetro menor que el del elemento tubular que se va a hacer pasar a través de ella, antes del estirado, el elemento tubular se somete preferiblemente a una etapa de apuntado, en donde se da forma al extremo del tubo para reducir su diámetro exterior, de modo que pueda pasar inicialmente a través de la abertura 4 de la matriz de estirado. En una realización preferida de la invención, la punta del elemento tubular se calienta en la línea o en un horno y luego se le da forma para que adopte el diámetro y tamaño requeridos para su tracción a través de la matriz de estirado. El apuntado también se puede realizar mediante forjado en frío.

En la etapa de calentamiento para realizar el estirado en caliente, se hace pasar el elemento tubular por el interior de al menos una bobina 7 electromagnética dispuesta en la línea de producción, de modo que cada tramo de tubo, al cruzar la bobina, se calienta por inducción por efecto Joule, alcanzando una temperatura mínima de 900 °C a la salida de la bobina, y preferiblemente entre 950 °C y 1050 °C, dependiendo de la geometría del tubo, la longitud que se tiene que producir, los materiales usados, la reducción aplicada, entre otros.

A continuación, el elemento tubular caliente pasa a través de la matriz 4 de estirado dispuesta secuencialmente en la salida de la bobina 7 electromagnética en la misma línea de producción. Cuando el elemento tubular cruza la matriz 4 de estirado, el mandril 2 se dispone dentro del elemento tubular en alineación con una abertura 4 de la matriz de estirado.

En la etapa de estirado, el espesor de la pared del elemento tubular puede disminuirse mediante la compresión del elemento tubular entre la matriz 4 de estirado y el mandril 2. Este parámetro de compresión del elemento tubular y el espesor del tubo final se puede ajustar en función del producto final que se tiene que obtener. Si es necesario, en el proceso según la invención, se puede realizar más de una etapa de estirado en frío o en caliente, de modo que el tubo alcance las dimensiones deseadas.

En una realización preferida de la invención, la etapa de estirado en caliente se realiza en un banco de estirado mostrado en la figura 1, en el cual el extremo del elemento tubular es sacado por un vehículo en la dirección de la flecha F mostrada en la figura 1, haciendo que el elemento tubular pase a través de la bobina 7 electromagnética y la matriz 4 de estirado, con un mandril 2 fijado a una biela 3 dispuesta dentro del elemento tubular. El mandril 2 se ubica dentro de la abertura de la matriz de estirado de manera que el elemento tubular pase entre el mandril 2 y la matriz 4 de estirado. El equipo de estirado se puede enfriar mediante la circulación 12 de agua entre sus componentes, como se puede ver en las figuras 1 y 3.

El uso de una bobina de inducción electromagnética para calentar el tubo es ventajoso porque permite verificar la temperatura homogénea del tubo durante el calentamiento y controlar dinámicamente los otros parámetros del proceso para la debida corrección, como la velocidad del banco y la potencia de la bobina. Además, el calentamiento con esta bobina llevado a cabo simultáneamente con la etapa de estirado proporciona velocidades de calentamiento más altas que las obtenidas por otros medios de calentamiento. Estas altas velocidades de calentamiento previenen un posible crecimiento de grano, que pueden darse durante un calentamiento convencional si el material se expone durante mucho tiempo a altas temperaturas.

Otra ventaja del calentamiento por inducción logrado en la presente invención es que la bobina de inducción electromagnética es fácil de instalar en la línea, y esta bobina móvil elimina la necesidad de manipular tubos calientes, lo que tiene un impacto directo en la seguridad y también aumenta la velocidad de producción de tubos, porque elimina la necesidad de transportar los tubos desde el horno a la línea de producción. Además, el calentamiento por inducción elimina la necesidad de quemar gas combustible para calentar los tubos en los hornos.

Después del estirado en caliente, el tubo se puede someter a al menos una etapa de doblado cuando se desea producir un tubo curvado con un formato específico.

El proceso según la invención puede comprender además etapas de tratamiento térmico después de las etapas de calentamiento y estirado en caliente, con el fin de ajustar las propiedades del material. Estas etapas de tratamiento térmico dependen de las propiedades mecánicas y metalúrgicas del tubo 1 multicapa que puede necesitar ajuste. Algunos materiales pueden perder algunas de sus propiedades mecánicas, metalúrgicas y de corrosión durante las etapas de producción. Por lo tanto, estos tratamientos térmicos adicionales pueden realizarse para restaurar las propiedades mecánicas, metalúrgicas y de corrosión del tubo, por ejemplo, cuando los tubos 10 y 20 están hechos de acero X65 e Inconel®. En realizaciones preferidas de la invención, en la etapa de tratamiento térmico, el tubo multicapa se somete a una etapa de enfriamiento o templado y revenido, lo que contribuye a ajustar las propiedades mecánicas, metalúrgicas y de corrosión del tubo.

En la figura 3 se muestra esquemáticamente una realización de la invención en la que un equipo 8 de enfriamiento de los tubos está dispuesto en serie a la salida de la matriz 4 de estirado. Las formas de enfriamiento se determinan según los parámetros finales del tubo multicapa que se tiene que obtener.

El enfriamiento se puede efectuar, por ejemplo, en un banco forrado con material refractario, para mantener altas temperaturas y permitir la difusión durante un tiempo prolongado, o mediante ventiladores industriales que promuevan el enfriamiento por convección forzada para aumentar la resistencia mecánica del tubo exterior y evitar restricciones durante el proceso. El enfriamiento también puede ser simplemente al aire atmosférico o cualquier otro medio de enfriamiento para ajustar las propiedades del material.

También se puede realizar una etapa de estirado en frío después del estirado en caliente para mejorar la tolerancia geométrica y el acabado superficial. Si se realiza este estirado en frío, también se puede llevar a cabo una lubricación previa de la superficie interior del tubo interior y de la superficie exterior del tubo exterior. De lo contrario, el grafito restante de las etapas de estirado en caliente puede servir como lubricante para reducir la fricción.

Es importante destacar que después del estirado, no se requieren etapas de enrollado posteriores adicionales, a diferencia de los procesos de la técnica anterior. La figura 5 contiene una imagen microscópica en sección transversal de la interfaz de la unión entre los tubos multicapa según un producto ejemplar de la invención, en las partes del tubo 1 multicapa final donde se forma una unión metalúrgica, en donde el tubo 10 exterior se muestra en el lado izquierdo en un tono más oscuro de gris y el tubo 20 interior se muestra en el lado derecho en un tono más claro de gris. La interfaz entre el tubo interior y el tubo exterior está prácticamente extinguida, lo que caracteriza la unión metalúrgica en estas partes del tubo. La interfaz entre los tubos en una sección correspondiente a la caja superior más pequeña se representa en términos de la concentración de los materiales de ambos tubos en el diagrama que se encuentra debajo. Este diagrama es una versión ampliada de dicha sección de interfaz, en la que en el eje de ordenadas se representa la concentración de cada elemento en porcentaje de masa y en la abscisa se representa la posición dentro del tubo multicapa. Como en la figura 4, este diagrama muestra la concentración de los elementos hierro (Fe) y níquel (Ni) en la dirección de las x en la región de la interfaz entre los tubos en las partes donde se forma una unión metalúrgica. La línea continua representa la concentración de hierro, que representa el tubo 10 exterior, y la línea discontinua corresponde a la concentración de níquel que representa el tubo 20 interior según una realización de la invención. Obsérvese que la variación de concentración de hierro y níquel es más suave, proporcionando una zona de difusión en la que se mezclan los dos elementos mencionados y, por tanto, los materiales de la mezcla de tubos interiores y exteriores. Esto significa que hubo unión metalúrgica, es decir, revestimiento entre los tubos. Una zona de difusión más gruesa y más homogénea normalmente conduce a un mejor revestimiento.

Alternativamente, después de enfriar el tubo, se puede realizar una etapa de verificación de la unión metalúrgica entre los tubos, para confirmar que se produjo el revestimiento. La verificación puede ser destructiva cortando una sección del tubo, por ejemplo, a intervalos de 90 ° para verificar si en todas estas piezas los tubos exterior e interior permanecen unidos. La verificación también puede ser de forma no destructiva, mediante inspección mediante ensayos Ultrassonic, análisis de la microestructura, análisis transversal de la interfaz, ensayos SEM/EDX o GDOES, entre otros, para comprobar si se obtuvo un revestimiento metalúrgico al menos en una parte del tubo producido por el proceso según la invención.

El proceso de acuerdo con la presente invención tiene un rendimiento mucho mayor en comparación con los procesos de la técnica anterior, ya que no requiere ningún desplazamiento del tubo o de los tubos interior y exterior dentro de las instalaciones de fabricación distintas del propio equipo de estirado. Y en vista de la simplicidad del proceso y el reducido número de etapas, es posible producir una gran cantidad de tubos multicapa en un pequeño período, con una productividad estimada mayor que 100 m/h.

Un tubo multicapa que tiene una unión metalúrgica producida por el proceso descrito en la presente memoria es un tubo multicapa que comprende al menos una capa exterior formada por el tubo 10 exterior que está unida metalúrgicamente a una capa interior conformada desde un tubo 20 interior en al menos partes de la interfaz entre estos dos tubos. Alternativamente, el tubo multicapa puede comprender múltiples capas con una unión metalúrgica externa e internamente al tubo 10 en al menos una parte de sus superficies, que son responsables de proporcionar resistencia mecánica al tubo multicapa final. Estas capas están hechas preferiblemente de tubos sin costura dispuestos externamente al tubo 10 exterior y sometidos al proceso de estirado en caliente descrito en la presente memoria. El tubo 20 interior y el tubo 10 exterior son preferiblemente sin costura, para evitar que el tubo multicapa producido tenga costuras en la superficie.

En una realización, el tubo 10 exterior, que típicamente proporciona resistencia mecánica, consiste en una aleación de acero al carbono-manganeso, y el tubo 20 interior consiste en una aleación resistente a la corrosión, la abrasión o la fatiga.

Según una realización de la invención, el tubo 10 exterior puede tener la siguiente composición química:

C < 0,30

Mn < 1,40

P < 0,030

S < 0,030

Cu < 0,5

Cr < 0,5

Ni < 0,5

Mo < 0,15

Nb V Ti < 0,15

y las siguientes propiedades mecánicas antes y después del proceso según la invención (LE = límite elástico y TR = tensión de rotura):

360 MPa < LE < 830 MPa

455 MPa < TR < 935 MPa

alargamiento mínimo smín. = 15 %.

El ambiente corrosivo para la aleación resistente a la corrosión del tubo 20 interior corresponde a los niveles ambientales I - VII de la norma Internacional NACE MR0175.

Como se explicó anteriormente, otros tubos de aleación resistente a la corrosión (CRA) o aleación resistente a la abrasión (WRA) o aleación resistente a la fatiga se pueden aplicar en el tubo exterior, constituyendo capas exteriores adicionales. El tubo 20 interior y/o los tubos usados para el revestimiento externo pueden estar hechos de un material que comprenda al menos uno de acero al carbono, acero de baja aleación, acero de alta aleación, acero inoxidable, aleación a base de níquel, aleación a base de titanio, aleación a base de cobalto, aleación a base de cobre, aleación a base de estaño, aleación a base de circonio e Inconel®.

El tubo multicapa producido por este proceso es un tubo revestido, cuando la unión entre las capas que forman el tubo multicapa cumple los requisitos mínimos de las normas ASTM A578 y API 5LD como se describió anteriormente. Según la presente invención, el tubo revestido puede lograr hasta un 100 % de revestimiento entre el tubo 10 exterior y el tubo 20 interior.

Las dimensiones del tubo multicapa producido por el proceso de la presente invención dependerán de la aplicación del mismo. Según una realización de la presente invención, los tubos pueden tener un diámetro exterior dext de 50,80 mm < dext < 355,6 mm, y un espesor de pared EP de 5,0 mm < EP < 30,0 mm, en donde el espesor mínimo de la pared del tubo de la aleación resistente a la corrosión para aplicaciones de tubo de línea es EPmín-CRA = 2,50 mm. Los valores totales de deformación del tubo final en comparación con los tubos ensamblados inicialmente antes del proceso de producción según la invención son los siguientes:

Deformación del diámetro exterior: (0,1 a 20) %

Deformación del espesor de la pared: (0,1 a 40) %

Deformación del área de la sección de la pared: (0,1 a 40) %

El ejemplo descrito anteriormente representa una realización preferida; sin embargo, debe entenderse que el alcance de la presente invención abarca otras posibles variaciones y está limitado únicamente por el contenido de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para producir un tubo multicapa que tiene una unión (1) metalúrgica a partir de un elemento tubular que comprende al menos un tubo (10) exterior de material metálico y un tubo (20) interior de material metálico dispuesto dentro del tubo exterior, estando la superficie interior del tubo (10) exterior unida de manera mecánica directamente a la superficie exterior del tubo (20) interior al menos en partes de su interfaz de modo que no haya oxígeno entre los tubos interior y exterior, el proceso caracterizado por que:

en una línea de producción, el elemento tubular se calienta y estira simultáneamente, en donde cada porción del elemento tubular se somete a calentamiento por inducción y luego a estirado en caliente y en donde el elemento tubular se estira con un mandril ubicado en su interior,

en las etapas de calentamiento y estirado, se hace pasar el elemento tubular por el interior de al menos una bobina (7) electromagnética, donde se calienta, y pasa a través de una matriz de estirado dispuesta secuencialmente en la salida de la bobina (7) electromagnética, con el mandril (2) posicionado dentro del elemento tubular en alineación con una abertura (4) de la matriz de estirado.

2. El proceso, según la reivindicación 1, caracterizado por que el tubo (10) exterior consiste en una aleación de acero al carbono-manganeso y el tubo (20) interior consiste en una aleación resistente a la corrosión.

3. El proceso, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que cada sección del elemento tubular se calienta a una temperatura de al menos 900 °C al atravesar dicha bobina (7) electromagnética, dispuesta en la línea de producción.

4. El proceso, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que, en las etapas de calentamiento y estirado, el elemento tubular se calienta a una temperatura entre 950 °C y 1050 °C.

5. El proceso, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la etapa de estirado comprende disminuir el espesor de la pared del elemento tubular por compresión del elemento tubular entre la matriz (4) de estirado y el mandril (2).

6. El proceso, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que, después de la etapa de estirado, el proceso comprende además al menos una etapa de tratamiento térmico, en donde el elemento tubular se somete a enfriamiento.