BRPI0614604A2 - tubo sem costura de alta resistência soldável que compeende liga de aço, seu processo de produção e uso de liga de aço para produção do mesmo - Google Patents

tubo sem costura de alta resistência soldável que compeende liga de aço, seu processo de produção e uso de liga de aço para produção do mesmo Download PDF

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BRPI0614604A2
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Abstract

TUBO SEM COSTURA DE ALTA RESISTêNCIA SOLDáVEL QUE COMPREENDE LIGA DE AçO, SEU PROCESSO DE PRODUçAO E USO DE LIGA DE AçO PARA PRODUçAO DO MESMO A presente invenção refere-se a uma liga de aço contendo, em porcentagem em peso, C - 0,03 - 0,13%, Mn - 0,90 - 1,80%, Si <242> 0,40%, P <242> 0,020%, S <242> 0,005%, Ni - 0,10 - 1,00%, Cr - 0,20 - 1,20%, Mo - 0,15 - 0,80%, Ca <242> 0,040%, V <242> 0,10%, Nb <242> 0,040%, Ti <242> 0,020% e N <242> 0,011% para aprodução de um tubo sem costura de aço soldável de alta resistência, em que a microestrutura do aço-liga é uma mistura de bainita e martensita, e a resistência ao escoamento é pelo menos 621 MPa (90 ksi) é um segundo objeto da presente invenção proporcionar um tubo sem costura soldável de aço de alta resistência, compreendendo um aço-liga contendo, em porcentagem em peso, C - 0,03 - 0,13%, Mn - 0,90 - 1,80%, Si <242> 0,40%, P<242> 0,020%, S <242> 0,005%, Ni - 0,10 - 1,00%, Cr - 0,20 - 1,20%, Mo - 0,15 - 0,80%, Ca <242> 0,040%, V <242>0,10%, Nb<242> 0,040%, Ti <242>0,020% e N <242> 0,011%, em que a microestrutura do aço-liga é predominantemente de martensita e a resistência ao escoamento é pelo menos 690 MPa (100 ksi)

Description

TUBO SEM COSTURA DE ALTA RESISTÊNCIA SOLDÁVEL QUECOMPREENDE LIGA DE AÇO, SEU PROCESSO DE PRODUÇÃO E USO DELIGA DE AÇO PARA PRODUÇÃO DO MESMO
A presente invenção se refere, de uma maneira geral, aaço usado para a produção de um material de tubos de açosem costura, tais como tubos para poços ou tubos paralinhas de petróleo e, mais especificamente, a aços-liga dealta resistência, usados para a produção de tubos de açosem costura soldáveis.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A evolução tecnológica no setor em alto-mar tende a umuso crescente de aços de alta resistência, com umaresistência ao escoamento na faixa de 552 a 690 MPa (80 a100 ksi) para linhas de fluxo e tubos ascendentes. Nessecontexto, um componente básico é o sistema de tubosascendentes, que vai representar um fator maissignificativo na medida em que aumenta a profundidade daágua. Os custos do sistema de tubos ascendentes são muitosensiveis à profundidade da água.
Embora as condições fora de serviço e a sensibilidadedas cargas ambientais (isto é, ondas e correntes) sejamdiferentes para os dois tipos de tubos ascendentes, osTubos Ascendentes de Tensão no Topo (TTRs) e os TubosAscendentes Catenários de Aço (SCRs) para meio fisicoultraprofundo, o requisito para reduzir o peso dos tubosascendentes é extremamente importante. Por redução do pesoda linha, há uma diminuição no custo do tubo e um impactosignificativo no sistema tensivo usado para suportar o tuboascendente.
Além disso, o uso de aços-liga de alta resistênciapode diminuir a espessura de parede de um tubo em até 30%,devido ao projeto mais eficiente. Para os sistemas de tubosascendentes que se baseiam em flutuação na forma de latasde ar para a tensão de topo, o tubo de parede mais finadisponível com aços de alta resistência propiciou a reduçãodos requisitos de flutuação, o que, por sua vez, podereduzir a carga hidrodinâmica nesses componentes e, dessemodo, aperfeiçoar a resposta do tubo ascendente. Ossistemas de tubos ascendentes nos quais a tensão écontraposta pelo beneficio da instalação hospedeira de açode alta resistência, na medida em que a carga útil éreduzida.
No passado, havia muitos tipos de aços-liga de altaresistência no campo de tubos sem costura temperados erevenidos (QT). Esses tubos sem costura combinam altaresistência com boa tenacidade e boa soldabilidade debarriga. No entanto, esses tubos sem costura têm espessurasde parede de até 40 mm e diâmetros externos não superioresa 55,9 centímetros (22 polegadas) e, desse modo, são muitocaros e apenas podem atingir uma resistência ao escoamentoabaixo de 690 MPa (100 ksi), após têmpera e revenido.Por exemplo, tubos soldáveis de alta resistência paratubos sem costura são conhecidos da patente U.S. 6.217.676,que descreve um aço-liga que pode atingir graus de até X80,após têmpera e revenido, e tem excelente resistência acorrosão por dióxido carbono úmido e corrosão a água domar, compreendendo, em % em peso, mais de 0,10 e 0,30 de C,0,10 a 1,0 Si, 0,1 a 3,0 de Mn, 2,5 a menos de 7,0 de Cr e0,01 a 0,10 de Al, o restante incluindo Fe .e impurezaseventuais compreendendo não mais de 0,03% de P. No entanto,esses tipos de aço podem não atingir graus superiores aX80, e são muito caros, devido ao alto teor de Cr.
Igualmente, o pedido de patente U.S. 09/341.722,publicado em 31 de janeiro de 2002, descreve um processopara a produção de tubos de linha sem costura dentro dafaixa de resistências ao escoamento daquela do grau X52 a621 MPa (90 ksi) , com um limite elástico estável em altastemperaturas de aplicação por laminação a quente de ummodelo de tubo, feito de um aço que contém 0,06 - 0,,18 deC, Si < 0,40%, 0,80 - 1,40% de Mn, P < 0,025%, S < 0,010%,0,010 - 0,060% de Al, Mo < 0,50%, Ca < 0,040%, V < 0,10%,Nb < 0,10%, N < 0,015% e 0, 30 - 1, 00% de W. No entanto,esses tipos de aço podem não atingir resistência aoescoamento superior a 690 MPa (100 ksi) e não são soldáveisem uma ampla gama de cargas térmicas.
É, portanto, desejável e vantajoso proporcionar umaço-liga soldável de alta resistência aperfeiçoado paratubos sem costura, para ser usado em um sistema de tubosascendentes com resistência ao escoamento bem acima de 621MPa (90 ksi) e com uma razão de espessura de parede (WT)para diâmetro externo (OD) adequada para o desempenho dedeformação previsto, o que impede as deficiências e quepossibilita satisfazer as boas propriedades mecânicas nocorpo do tubo e na solda.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Os detalhes característicos do aço-liga da presenteinvenção são mostrados claramente na descrição, tabelas edesenhos apresentados abaixo. É um primeiro objeto dapresente invenção proporcionar um aço-liga contendo, emporcentagem em peso, C - 0,03 - 0,13%, Mn - 0,90 - 1,80%,Si < 0,40%, P < 0,020%, S < 0,005%, Ni - 0,10 - 1,00%, Cr -0,20 - 1,20%, Mo - 0,15 - 0,80%, Ca < 0,040%, V < 0,10%, Nb< 0,040%, Ti < 0,020% e N < 0,011% para a produção de tubosem costura soldável de alta resistência, caracterizadopelo fato de que a microestrutura do aço-liga é uma misturade bainita e martensita, e a resistência ao escoamento épelo menos 621 MPa (90 ksi), soldável em uma ampla gama decargas térmicas, compreendendo uma composição quimica que écapaz de obter excelentes propriedades mecânicas do corpodo tubo e boas características mecânicas da solda debarriga.
É um segundo objeto da presente invenção proporcionarum tubo sem costura soldável de aço de alta resistência,compreendendo um aço-liga contendo, em porcentagem em peso,C - 0,03 - 0,13%, Mn - 0, 90 - 1, 80%, Si < 0,40%, P <0,020%, S < 0,005%, Ni - 0,10 - 1,00%, Cr - 0,20 - 1,20%,Mo - 0,15 - 0,80%, Ca < 0,040%, V < 0,10%, Nb < 0,040%, Ti< 0, 020% e N ^ 0,011%, também caracterizado pelo fato deque a microestrutura do aço-liga é predominantemente demartensita e a resistência ao escoamento é pelo menos 690MPa (100 ksi).
DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS
Os detalhes referidos nos desenhos são descritos aseguir para um melhor entendimento da presente invenção.
A Figura 1 mostra o efeito da espessura e do teor deMo na resistência ao escoamento (YS) e na temperatura detransição de aparência de fratura (FATT) de materiais dapresente invenção.
A Figura 2 ilustra o efeito da taxa de resfriamento(CR) e do teor de Mo nas YS e FATT em um tubo de espessurade parede de 15 mm da presente invenção.
A Figura 3 mostra o efeito de tamanho médio de subgrãona resistência ao escoamento de aços Q&T (temperados erevenidos) da presente invenção.
A Figura 4 mostra as relação entre a variação da FATTe o inverso da raiz quadrada do tamanho do pacote para açosQ&T, com várias proporções de martensita.A Figura 5 mostra o tamanho do pacote para aços Q&T dapresente invenção com microestrutura no estado temperado,constituída de martensita (M > 30%).
A Figura 6 mostra que nos materiais objeto da presenteinvenção, com uma estrutura martensitica predominante, otamanho do pacote é praticamente independente do tamanho degrão da austenita anterior (PAGS).
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
De acordo com um primeiro aspecto da invenção, um aço-Iiga compreendendo, em porcentagem em peso:
<table>table see original document page 7</column></row><table>para a produção de tubo sem costura soldável de aço de altaresistência em uma ampla gama de cargas térmicas. Acomposição quimica da presente invenção proporciona um tubosem costura soldável de aço-liga de alta resistência, a serusado em um sistema de tubos ascendentes, com umaresistência ao escoamento superior a 621 MPa (90 ksi) e comuma razão de espessura de parede para diâmetro externo queé suficientemente alta para o limite de manufatura de umtubo soldado, como um tubo ascendente, e no qual aespessura de parede da linha de fluxo aumenta, paraproporcionar resistência suficiente para as pressõesoperacionais que são, mais freqüentemente, superiores a 69MPa (10 ksi).
As razões para selecionar a composição quimica dapresente invenção são descritas abaixo.
Carbono: 0,03 - 0,13%
O carbono é o elemento mais barato e com o maiorimpacto na resistência mecânica do aço, portanto,, o seuteor percentual pode não ser muito baixo. Além do mais, ocarbono é necessário para aperfeiçoar a temperabilidade doaço e quanto mais baixo o seu teor no aço, mais soldável éo aço e mais alto o nivel de elementos-liga que podem serusados. Portanto, a proporção selecionada de carbono é nafaixa de 0,03 a 0,13%.
Manganês: 0,90 - 1,80%O manganês é um elemento que aumenta a temperabilidadedo aço. Não menos que 0,9% de manganês é necessário paraaperfeiçoar a resistência e a tenacidade do aço. Noentanto, mais de 1,80% diminui a resistência à corrosão pordióxido de carbono, a tenacidade e a soldabilidade do aço.
Silicio: abaixo de 0,40%
0 silicio é usado como um agente desoxidante, e o seuteor abaixo de 0,40% contribui para aumentar a resistênciamecânica e a resistência ao amolecimento, durante orevenido. Mais de 0,40% tem um efeito desfavorável natrabalhabilidade e na tenacidade do aço.
Fósforo: abaixo de 0,020%
O fósforo fica inevitavelmente contido no aço. Noentanto, uma vez que esse elemento se segrega nos limitesdos grãos e diminui a tenacidade do material de base, dazona afetada termicamente (HAZ) e do metal de solda (WM), oseu teor sendo limitado a 0,02%.
Enxofre: abaixo de 0,005%
0 enxofre também fica inevitavelmente contido no aço ese combina com o manganês, para formar sulfeto de manganês,que deteriora a tenacidade do material de base, da zonaafetada termicamente (HAZ) e do metal de solda (WM).Niquel: 0,10 a 1,00%
O niquel é um elemento que aumenta a tenacidade domaterial de base, da zona afetada termicamente (HAZ) e dometal de solda (WM); no entanto, acima de um determinadoteor, esse efeito positivo é gradualmente reduzido, devidoà saturação. Portanto, a faixa de teores ótimos para oniquel é de 0,10 a 1,00%.
Cromo: 0,20 a 1,20%
O cromo aperfeiçoa a temperabilidade do aço, paraaumentar a resistência mecânica e a resistência a corrosãoem um meio de dióxido de carbono úmido e água do mar.Grandes proporções de cromo tornam o aço caro e aumentam orisco de precipitação indesejada de nitretos e carbonetosricos em Cr, que podem reduzir a temperabilidade e aresistência à fragilização por hidrogênio. Portanto, afaixa preferida é entre 0,20 e 1,20%.
Molibdênio: 0,15 a 0,80%
O molibdênio contribui para aumentar a resistênciamecânica por solução sólida e endurecimento porprecipitação, e melhora a resistência ao amolecimento,durante revenido do aço. Impede a segregação de elementosindesejáveis nocivos nos limites do grão austenitico. Aadição de molibdênio é essencial para aperfeiçoar atemperabilidade e o endurecimento da solução sólida, e paraexercer o seu efeito, o teor de Mo deve ser igual ousuperior a 0,15%. Se o teor de Mo exceder 0,80%, atenacidade na junta soldada é particularmente pobre, porqueesse elemento promove a formação de ilhas de martensita dealto teor de carbono, contendo austenita (constituinte MA)retida. Portanto, a faixa de teores ótimos para esseelemento é de 0,15 a 0,80%.
Cálcio: abaixo de 0,040%
O cálcio se combina com o enxofre e o oxigênio paracriar sulfetos e óxidos, e depois esses transformares oscompostos oxidados de alto ponto de fusão e duros emcompostos de baixo teor de óxidos e de baixo ponto defusão, que aperfeiçoam a resistência a fadiga do aço. Aadição excessiva de cálcio provoca inclusões durasindesejadas no produto aço. Considerando-se esses efeitosdo cálcio, quando ele é adicionado, o seu teor é limitado a0,04%.
Vanádio: abaixo de 0,10%
O vanádio se precipita da solução sólida comocarbonetos ou nitretos, portanto, aumenta a resistência domaterial por endurecimento por precipitação. No entanto,para evitar um excesso de carbonetos ou carbonitretos nasolda, o seu teor é limitado a não mais que 0,10%.Nióbio: abaixo de 0,040%
O nióbio também se precipita da solução sólida, naforma de carbonetos e nitretos, e, portanto, aumenta aresistência mecânica do material. A precipitação decarbonetos ou nitretos ricos em nióbio também inibe ocrescimento excessivo dos grãos. No entanto, quando o teorde Nb excede 0,04%, ocorre precipitação excessivaindesejável, com os conseqüentes efeitos nocivos natenacidade. Desse modo, o teor preferido desse elemento nãoexcede 0,040%.
Titânio: inferior a 0,020%
o titânio é um agente desoxidante, que é também usadopara refinar grãos por precipitados de nitretos, queimpedem o movimento nos limites dos grãos por cravação.Proporções superiores a 0,020%, na presença de elementos,tais como nitrogênio e carbono, promovem a formação decarbonitretos ou nitretos grosseiros de titânio, que sãonocivos à tenacidade (isto é, aumentam a temperatura detransição). Portanto, o teor desse elemento não deveexceder 0,020%.
Nitrogênio: inferior a 0,010%
A proporção de nitrogênio deve ser mantida abaixo de0,010%, para desenvolver no aço uma proporção deprecipitados que não diminuem a tenacidade do material.De acordo com um segundo aspecto da invenção, um tubosem costura soldável de aço de alta resistência,compreendendo um aço-liga contendo, em porcentagem em peso:
<table>table see original document page 13</column></row><table>
em que a microestrutura do aço-liga é predominantemente demartensita e a resistência ao escoamento é pelo menos 690MPa (100 ksi).
O tubo sem costura é soldável em uma faixa de cargastérmicas entre 5,9 e 15,7 J/cm (15 e 40 kJ/in) e mostraboas características de tenacidade à fratura (Deslocamentode Abertura de Ponta de Fissura - CTOD) em ambos o corpo dotubo e zona termicamente afetada.A presente invenção é capaz de satisfazer osrequisitos mecânicos para projetos para águas rasas eprofundas e alcança as propriedades mecânicas apresentadasa seguir do tubo e da solda de barriga, como apresentadasnas Tabelas 1 e 2, respectivamente, com relação àsresistência mecânica, dureza e tenacidade.
TABELA 1: PROPRIEDADES MECÂNICAS DE TUBOS DE BASE
<table>table see original document page 14</column></row><table><table>table see original document page 15</column></row><table>
As faixas criticas de tamanho, peso, pressão, mecânicae composição quimica se aplicam a um tubo sem costura de umdiâmetro externo de até 40,6 centímetros (16 polegadas), deuma espessura variando entre 12 e 30 mm, respectivamente,para os tubos sem costura de Têmpera & Revenido (Q&T) comresistência ao escoamento superior a 690 MPa (100 ksi) . Asditas características foram obtidas por um projetometalúrgico especifico de tubos de alta resistência, pormeio de modelagem metalúrgica, testes de laboratório eensaios industriais. Os resultados mostram que a manufaturade tubos sem costura Q&T, com resistência ao escoamentosuperior a 690 MPa (100 ksi), é possivel pelo menos dentrode uma determinada faixa dimensional.
Para obter o tubo sem costura Q&T de alta resistênciada presente invenção, com resistência ao escoamentosuperior a 690 MPa (100 ksi), em aço soldável, foramconduzidos testes em aços de geometria de tubo nasseguintes faixas: diâmetro externo (OD) variando de 15,2centímetros (6 polegadas) a 40,6 centímetros (16 polegadas)e espessura de parede (WT) variando de 12 a 30 mm. Ageometria representativa foi definida devido ao fato de quea composição quimica da presente invenção está amarrada coma razão OD/WT. Os aços mais promissores foram identificadoscomo tendo microadições de Nb, com teores de carbono de0,07 a 0,11%, em que quanto mais baixo o teor de carbono noaço, mais alto o nivel de elementos-liga a ser usado, 1 -1,6% de Mn, bem como adições otimizadas de Mo, Ni, Cr e V;o equivalente de carbono (Ceq = C+ (Mn/6) + [ (Cr + Mo +V)/5] + [(Cu + Ni)/15]) varia de 0,45 a 0,59%.
A laminação a quente e vários outros tratamentos deQ&T foram conduzidos em aços de laboratório, com umacomposição básica de 0,085% de C, 1,6% de Mn, 0,4% de Ni,0,22% de C, 0,05% de V e 0,03% de Nb e 0,17% de Mo, bemcomo um teor de 0,2 9% de Mo.
Os resultados dos testes propiciaram uma razão deescoamento para tensão (Y/T) sempre abaixo de 0,95%. Açocom 0,29% de Mo permitiu a produção de um aço Q&T semcostura com uma resistência ao escoamento (YS) próxima a690 MPa (100 ksi) com uma temperatura de transição deaparência de fratura (FATT) de -50°C (austenização a 920°Ce revenido a 600 - 620°C).
Como ilustrado nas Figuras 1 e 2, as propriedadesmecânicas não são tão sensíveis às temperaturas derevenido, embora tenha havido um aperfeiçoamento muito leveda tenacidade com o aumento desse parâmetro de resistênciamecânica remanescente em níveis adequados. Como mostrado naFigura 1, as FATT e YS são registradas para as amostras de15 mm e 25 mm de ambos os teores de 0,17 e 0,30% de Mo.
Essas amostras foram temperadas, reproduzindo-se a mesmataxa de resfriamento. Os resultados dos testes mostraramque a YS depende do teor de Mo (quanto mais alto o teor deMo, mais alta a resistência ao escoamento), devido àtemperabilidade aperfeiçoada, se for considerada a mesmataxa de resfriamento.
O efeito da taxa de resfriamento foi também avaliadoem aços com 0,17 e 0,30% de Mo, após austenização a 920°C erevenido a 620°C. Como pode-se observar na Tabela 3, se atenacidade, medida como valor FATT normalizado a umadeterminada resistência ao escoamento, for considerada,aumentando-se a taxa de resfriamento, aperfeiçoa-se aresistência mecânica, sem efeitos nocivos significativos natenacidade do material para ambos os teores de Mo.
TABELA 3
<table>table see original document page 17</column></row><table>
De acordo com essa imagem emergente, duas corridasindustriais, codificadas Tl e Dl (Tabela 4), foramproduzidas com uma composição química similar, comparávelcom aquela do aço de laboratório com alto teor de Mo.<table>table see original document page 18</column></row><table>Tubos com OD = 323, 9 mm e WT = 15 - 16 mm foramproduzidos. Esses tubos foram austenizados a 900 - 920°C erevenidos a 610 - 630°C. Igualmente, tubos de espessura de25 mm foram produzidos e austenizados a 900°C e revenidos a600 0C.
Com base nos resultados do primeiro ensaio, duasoutras corridas, codificadas T2 e D2 (Tabela 4) foramfundidas com uma composição química mais rica similar (0,3%de Mo; 0,5% de Cr; 0,5% de Ni; 0,05% de V; 0,026% de Nb),exceto para os teores de C e Mn, que foram respectivamentemais baixos e mais altos na corrida T2 (0,07% de C; 1,67%de Mn), comparados com a corrida D2 (0,11% de C; 1,48% deMn). Finalmente, uma terceira corrida (T3 na Tabela 4) foiespecificamente elaborada para obtenção de teores muitoaltos de martensita, após têmpera, e, por conseguinte,valores de resistência ao escoamento mais altos do que 690MPa (100 ksi) em tubos sem costura de WT de 25 - 30 mm.
Uma das características notáveis do aço-liga, deacordo com a presente invenção, é a sua microestruturacaracterizada pela proporção de martensita e pelo tamanhodos pacotes e subgrãos.
Para relacionar os comportamentos de resistência etenacidade para a microestrutura, materiais de ensaios delaboratórios e industriais foram considerados para umainvestigação metalográfica mais profunda. De modo similar,os materiais convencionais de graus X65 e X80 foramincluídos nessa análise.
A microscopia óptica (OM) foi usada para medir otamanho médio dos graus de austenita anteriores (PAGS),enquanto a microscopia eletrônica de varredura (TEM) foiaplicada para reconhecer e determinar o teor de martensita.Além dessas técnicas, a microscopia de formação de imagemde orientação (OIM) também foi aplicada para gerar asinformações quantitativas nas orientação e cristalografiaslocais. Em particular, essa técnica permitiu a detecção desubgrãos (limites de baixo ângulo com desorientação <5°) epacotes (delimitados por limites de alto grau comdesorientação > 50°).
O tamanho de subgrão médio é o parâmetromicroestrutural básico na definição da resistência aoescoamento desses materiais, de acordo com uma relaçãoquase linear com o inverso da raiz quadrada desse parâmetro(Figura 3). Por outro lado, a tenacidade dos diferentesmateriais foi relacionada com o inverso da raiz quadrada dotamanho do pacote. Particularmente, uma FATT normalizada,referida a um mesmo nível de resistência ao escoamento, foiintroduzida usando a relação AFATT / AYS = -0,3°C/MPa. Osresultados mostram um aperfeiçoamento de tenacidade com orefino do tamanho do pacote (Figura 4).Tamanhos de pacotes mais finos (Figura 5) são obtidosquando a microestrutura no estado de têmpera compreende,basicamente, martensita de baixo teor de C (M > 60%).
A Figura 6 mostra que o tamanho do pacote épraticamente independente do tamanho de grão de austenitaanterior (PAGS) em materiais com uma estruturapredominantemente martensitica (M > 60%). Portanto, umcontrole rigoroso das temperaturas de austenização, paramanter o PAGS fino não é necessário, quando o tratamentotérmico é conduzido em aços que são capazes de desenvolveruma estrutura predominantemente martensitica.
Todos os aços na Tabela 4, de acordo com os exemplosda presente invenção, satisfazem a resistência aoescoamento de pelo menos 621 MPa (90 ksi) e um bom nivel detenacidade (isto é, FATT < -30°C), porque foram elaboradospara desenvolver uma microestrutura com M > 30%, durantetêmpera industrial de tubos sem costura de espessura deparede de 12 a 30 mm.
As proporções de martensita superiores a 60% foramtambém desenvolvidas para formar, após revenido, umamicroestrutura com subgrãos menores do que 1,1 μτη, capazesde desenvolver níveis de resistência ao escoamentosuperiores a 750 MPa, e pacotes com tamanhos inferiores a 3μπι, que são adequados para atingir valores FATT muitobaixos (< -80°C).EXEMPLO 1
Usando-se uma corrida com composição químicacompreendendo 0,09% de C, 1,51% de Mn, 0,24% de Si, 0,010%de P, 16 ppm de S, 0,25% de Mo, 0,26% de Cr, 0,44% de Ni,0,06% de V e 0, 029% de Nb, e tubos com um diâmetro externode 323, 9 mm e espessura de parede de 15 - 16 mm, eaustenização a 900°C - 920°C, têmpera em um tanque de água(resfriamentos interno e externo do tubo), e revenido a 610- 630°C, verificou-se (Tabela 5) que o tubo Q&T sem costurade espessura de parede de 15 - 16 mm é adequado paradesenvolver YS > 660 MPa (95 ksi) . Usando-se um tubo deespessura de parede de 25 mm, com mesmas composição químicae diâmetro externo e austenização a 900°C e revenido a600°C, verificou-se que o tubo Q&T sem costura de espessurade parede de 25 mm é adequado para desenvolver YS > 621 MPa(90 ksi). Os valores FATT foram -65°C (Tabela 5).
TABELA 5
<table>table see original document page 22</column></row><table>
EXEMPLO 2
Usando-se uma corrida com composição químicacompreendendo 0,10% de C, 1,44% de Mn, 0,28% de Si, 0,010%de P, 20 ppm de S, 0,23% de Mo, 0,26% de Cr, 0,06% de V,0, 026% de Nb, 0,44% de Ni, e tubos com um diâmetro externode 323, 9 mm e espessura de parede de 15 - 16 mm,austenização a 900°C - 920°C, têmpera externa einternamente de um tubo rotativo, e revenido a 610 - 630°C,verificou-se (Tabela 6) que o tubo Q&T sem costura deespessura de parede de 15 - 16 mm é adequado paradesenvolver YS > 690 MPa (100 ksi).
TABELA 6
<table>table see original document page 23</column></row><table>
EXEMPLO 3
Usando-se uma corrida com composição quimicacompreendendo 0,11% de C, 1,48% de Mn, 0,25% de Si, 0,016%de P, 20 ppm de S, 0,31% de Mo, 0,53% de Cr, 0,058% de V,0, 026% de Nb, 0,53% de Ni, e tubos com um diâmetro externode 323, 9 mm e espessura de parede de 15 - 16 mm, econdições processuais similares àquela do Exemplo 2, aspropriedades mecânicas apresentadas na Tabela 7 foramdesenvolvidas.
TABELA 7
<table>table see original document page 23</column></row><table>Comparando-se com o Exemplo 2 (Tabela 6), verificou-seque as adições de Cr e Mo não trouxeram benefíciosadicionais em termos de tenacidade, mantendo-se, dessemodo, os níveis de resistência para o tubo Q&T sem costurade espessura de parede de 15 - 16 mm.
EXEMPLO 4
Usando-se uma corrida com composição químicacompreendendo 0,11% de C, 1,48% de Mn, 0,25% de Si, 0,016%de P, 20 ppm de S, 0,31% de Mo, 0,53% de Cr, 0,058% de V,0, 026% de Nb, 0,53% de Ni, e tubos com um diâmetro externode 323,9 mm e espessura de parede de 25 mm, as propriedadesmecânicas apresentadas na Tabela 8 foram desenvolvidas,quando a eficiência de têmpera em água foi reduzida depropósito.
TABELA 8
<table>table see original document page 24</column></row><table>
Comparando-se com o caso do Exemplo 2 (Tabela 6) ,verificou-se que as adições de Cr e Mo trouxeram um aumentosubstancial da resistência (de 700 MPa a 760 MPa) , mas atenacidade diminuiu (FATT de -30°C a -5°C). Essecomportamento foi relacionado a uma baixa proporção demartensita e, conseqüentemente, a um pacote relativamentegrosseiro.
EXEMPLO 5
Usando-se uma corrida com composição químicacompreendendo 0,07% de C, 1,67% de Mn, 0,22% de Si, 0,010%de P, 0,042% de V, 0,026% de Nb, 0,51% de Ni, 80 ppm de Ti,9 ppm de S, e tubos com um diâmetro externo de 323, 9 mm eespessura de parede de 15 mm, verificou-se (Tabela 9) queas adições de Cr e Mo (comparar esse exemplo com o Exemplo1) para a mesma temperatura de revenido, isto é, 600°C,produziram uma maior resistência (YS > 710 MPa e AYS = 40MPa), mantendo-se bons níveis de tenacidade (FATT = -60°C).
TABELA 9
<table>table see original document page 25</column></row><table>
Usando-se um tubo de espessura de parede com as mesmascomposição química e diâmetro externo, verificou-se que asadições de Cr e Mo (comparar esse exemplo com o Exemplo 1,WT = 25 mm), para a mesma temperatura de revenido, isto é,600°C, produziram um ligeiro aumento de resistência (AYS =30 MPa), sem efeito nocivo na tenacidade.
EXEMPLO 6Usando-se uma corrida com composição químicacompreendendo 0,10% de C, 1,27% de Mn, 0,34% de Si, 0,010%de P, 0,025% de Nb, 0,50% de Mo, 0,32% de Cr, 0,22% de Ni,70 ppm de Ti, 9 ppm de S, e tubos com um diâmetro externode 323, 9 mm e espessura de parede de 16 mm, verificou-se(Tabela 10) que as adições de Cr e Mo (comparar esseexemplo com o Exemplo 5) , ainda que usando uma temperaturade revendido ligeiramente mais alta (625°C vs. 600°C),produziram uma maior resistência (YS = 760 MPa e AYS = 50MPa) , e também uma melhor tenacidade (AFATT = -60°C) . Essecomportamento é relacionado a uma proporção de martensitapróxima a 100%.
TABELA 10
<table>table see original document page 26</column></row><table>
Usando-se um tubo de espessura de parede com as mesmascomposição química e diâmetro externo, verificou-se que aadição de Mo (comparar esse exemplo com o Exemplo 5, WT =25 mm) , para a mesma temperatura de revenido, isto é,600°C, produziu de novo um aumento de resistência (AYS = 80MPa), com muito boa tenacidade (FATT = -90°C). Essecomportamento é relacionado com uma proporção de martensitasuperior a 65%.Ainda que a invenção tenha sido ilustrada e descritacomo representada, não se intenciona se limitar aosdetalhes apresentados, uma vez que várias modificações evariações estruturais podem ser feitas, sem afastar-se demodo algum do espirito da presente invenção. Asconcretizações foram selecionadas e descritas para melhorexplicar os princípios da invenção e aplicação prática,para permitir que uma pessoa versada na técnica melhorutilize a invenção e as várias concretizações, com váriasmodificações, como mais adequado ao uso particularconsiderado.

Claims (10)

1. Tubo sem costura de alta resistência soldável,compreendendo uma liga de aço contendo, em porcentagem empeso:<table>table see original document page 28</column></row><table>o restante sendo Fe e impurezas eventuais, caracterizadopelo fato de que a microestrutura do aço Q&T é mais de 30%de martensita e a resistência ao escoamento é superior a- 690 MPa, para subgrãos menores do que 1,5 μm, e os pacotescom tamanhos inferiores a 4,8 μm atingem valores FATTbaixos (< -30°C), soldáveis em uma ampla gama de cargastérmicas com excelentes propriedades dos tubos e boascaracterísticas mecânicas tanto no corpo do tubo quanto nasolda de barriga.
2. Tubo sem costura de alta resistência soldável deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque a microestrutura da liga de aço é mais de 60% demartensita e a resistência ao escoamento é superior a 750MPa, para subgrãos menores do que 1,1 μτη, e os pacotes comtamanhos inferiores a 3 μιη atingem valores FATT muitobaixos (< -80°C).
3. Tubo sem costura de alta resistência soldável deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fatode que a liga de aço tem pelo menos 70 ppm de Ti.
4. Tubo sem costura de alta resistência soldável deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fatode que a liga de aço tem pelo menos 0,27% em peso de Mo.
5. Tubo sem costura de alta resistência soldável deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fatode que a liga de aço tem pelo menos 0,022% em peso de Nb.
6. Tubo sem costura de alta resistência soldável deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fatode que a liga de aço tem pelo menos 0,01% em peso de P.
7. Tubo sem costura de alta resistência soldável deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fatode que a liga de aço tem pelo menos 0,025% em peso de Cr.
8. Tubo sem costura de alta resistência soldável deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fatode que a liga de aço tem pelo menos 0,15% em peso de Ni.
9. Processo para produzir um tubo sem costura de altaresistência soldável, compreendendo uma liga de açocontendo, em porcentagem em peso:<table>table see original document page 30</column></row><table>o restante sendo Fe e impurezas eventuais, caracterizadopelo fato de que compreende as seguintes etapas:a) perfuração e laminação a quente;b) austenização;c) têmpera em tanque de água com rotação do tubo er,evenido,para obtenção de uma microestrutura de um aço Q&T com maisde 30% de martensita, e a resistência ao escoamento sendosuperior a 690 MPa para subgrãos inferiores a 1,5 um, e ospacotes com tamanhos inferiores a 4,8 μπι atingem baixosvalores FATT (< -30°C).
10. Uso de uma liga de aço compreendendo, em porcentagemem peso:C o, 07 - 0, 13%;Mn o, 90 - 1, 4 0%;Si < 0,4 0%; P < 0,020%; S < 0,005%; Ni o, 15 - 0, 50%;Cr 0, 25 - 0, 60%;Mo 0, 27 - 0, 60%;Ca < 0,035%; V < 0,09%; Nb < 0,030%; Ti < 0,012%; eN < 0,011%, o restante sendo Fe e impurezas eventuais, caracterizadopelo fato de que é na produção de tubos sem costura de altaresistência soldáveis, em que a microestrutura do aço Q&T émais de 60% de martensita, e a resistência ao escoamento ésuperior a 750 MPa para subgrãos menores do que 1,1 μπι, eos pacotes com tamanhos inferiores a 3 μπι atingem valoresFATT muito baixos (< -80°C).
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