BRPI0615216A2

BRPI0615216A2 - tubo de aÇo sem costura para tubo de linha e processo para sua produÇço

Info

Publication number: BRPI0615216A2
Application number: BRPI0615216-3A
Authority: BR
Inventors: Kondo Kunio; Arai Yuji; Hisamune Nobuyuki
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2011-05-10
Also published as: CN101300369A; CA2620069C; EP1918397B1; CN101287853B; US20090114318A1; CA2620049C; JP4502011B2; CA2620049A1; AU2006282410A1; US7896985B2; US20080216928A1; BRPI0615362B1; NO20080938L; NO338486B1; CN101300369B; NO20080941L; CN101287853A; BRPI0615215A2; AR054935A1; CA2620069A1

Abstract

TUBO DE AÇO SEM COSTURA PARA TUBO DE LINHA E PROCESSO PARA SUA PRODUÇçO. A presente invenção refere-se a um tubo de aço sem costura de parede grossa para tubo de linha que tem uma alta resistência e uma dureza e resistência à corrosão melhoradas apesar da parede grossa e que é adequado para uso como um tubo ascendente (16) e uma linha de fluxo (18) e tem uma composição química compreendendo, em % em massa, C: 0,02-0,08%, Si: no máximo 0,5%, Mn: 1,5-3,0%, AI: 0,001-0,10%, Mo: maior que 0,4%-1,2%, N: 0,002-0,015%, pelo menos um entre Ca e REM em uma quantidade total de 0,0002-0,007%, e um restante de Fe e impurezas, comas impurezas tendo o teor de P: no máximo 0,05%, 5: no máximo 0,005%, e O: no máximo 0,005%, e a composição química satisfazendo a seguinte desigualdade: 0,8 <243> [Mn] x [Mo] <243> 2,6 em que [Mn] e [Mo] são os números equivalentes aos teores de Mn e de Mo, respectivamente, em % em massa.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TUBO DEAÇO SEM COSTURA PARA TUBO DE LINHA E PROCESSO PARA SUAPRODUÇÃO".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um tubo de aço sem costurapara tubo de linha tendo resistência, dureza, resistência à corrosão e capa-cidade de soldagem melhoradas e a um processo para produção do mesmo.

Um tubo de aço sem costura conforme a presente invenção é um tubo deaço sem costura de alta resistência, alta dureza, com paredes grossas, paratubo de linha tendo uma resistência pelo menos do grau X80 prescrito pelasnormas da API (American Petroleum lnstitute), e especificamente uma resis-tência do grau X80 (um limite de elasticidade de pelo menos 551 MPa), dograu X90 (um limite de elasticidade de pelo menos 620 MPa), ou do grauX100 (um limite de elasticidade de pelo menos 689 MPa) juntamente comboas dureza e resistência à corrosão. Ele é particularmente adequado parauso como tubo de aço para linhas de fluxo no fundo do mar ou tubo de açopara tubos ascendentes.

Antecedentes da Técnica

Em anos recentes, desde que fontes de petróleo bruto e de gásnatural em campos petrolíferos localizados em terra ou nos assim chamadosmares rasos tendo uma profundidade de água de cerca de 500 metros estãosendo esgotados, o desenvolvimento de campos petrolíferos no fundo domar nos assim chamados mares profundos a uma profundidade de 1000-3000 metros, por exemplo, abaixo da superfície do mar está sendo executa-do ativamente. Com campos petrolíferos de mar profundo, é necessáriotransferir o petróleo bruto ou o gás natural do cabeçote de poço de um poçode petróleo ou de um poço de gás natural que esteja instalado no fundo domar até uma plataforma na superfície da água usando-se tubos de aço refe-ridos como linhas de fluxo e tubos ascendentes.

Tubos de aço que constituem linhas de fluxo instalados profun-damente no fundo do mar ou tubos ascendentes são expostos à alta pressãointerna de fluido aplicada ao seu interior devido à pressão da formaçãonas regiões profundas abaixo da superfície e aos efeitos da pressão da águado mar profundo aplicada ao seu exterior quando a operação é interrompida.Tubos de aço-coristituindo-tubos ascendentes são adicionalmente expostosaos efeitos de tensões repetidas aplicadas pelas ondas.

As linhas de fluxo são tubos de aço para transporte que são ins-talados no solo ou ao longo dos contornos do fundo do mar. Tubos ascen-dentes são tubos de aço para transporte de petróleo ou gás que sobe dasuperfície do fundo do mar até uma plataforma na superfície do mar. Quan-do tais tubos são usados em campos de petróleo no mar profundo, é consi-derado necessário que a espessura das paredes sejam geralmente de pelomenos 30 mm, e, na verdade, tubos de aço com paredes grossas tendo umaespessura de parede na faixa de 40 mm a 50 mm são geralmente usados.Isto indica que eles são usados sob condições muito severas.

A figura 1 é uma vista explicativa mostrando esquematicamenteum exemplo de um arranjo de tubos ascendentes e linhas de fluxo no mar.Na figura, um cabeçote de poço 12 fornecido no fundo do mar 10 e uma pla-taforma 14 fornecida na superfície da água 13 e imediatamente acima delesão conectados por um tubo ascendente de tensão superior 16. Uma linhade fluxo 18 instalada no fundo do mar e conectada a um cabeçote de poçoremoto não ilustrado se estende até a vizinhança da plataforma 14. A extremi-dade da linha de fluxo 18 está conectada à plataforma 14 por um tubo ascen-dente de aço de forma catenária 20 que sobe da vizinhança da plataforma.

O ambiente de uso dos tubos ascendentes e das linhas de fluxoé muito severo, e é dito que a temperatura máxima é de M1°C e a pressãointerna máxima é de 1400 atmosferas ou mais. Portanto, os tubos de açousados nos tubos ascendentes e nas linhas de fluxo devem ser capazes desuportar tal ambiente severo. Um tubo ascendente é também submetido aoestresse de dobramento devido às ondas, então ele deve ser capaz de su-portar tais influências externas.

Conseqüentemente, um tubo de aço que tenha uma alta resis-tência e alta dureza é desejado para uso como tubo ascendente ou linha defluxo. Para garantir confiabilidade, tubos de aço sem costura são usadosnestas aplicações ao invés de tubos de aço soldados.

Para tubos de aço soldados, uma técnica para produção de umtubo de aço tendo uma resistência que exceda o grau X 80 já foi descrito.Por exemplo, o Documento de Patente 1 (JP H9-410674A) descreve um açoque excede o grau X 100 (um limite de elasticidade de pelo menos 689 MPa)apresentado na Norma API. Um tubo soldado é produzido pela produçãoinicial de uma chapa de aço, laminando-se a chapa de aço, e soldando-se acostura para formar um tubo de aço. Para transmitir propriedades essenciaistais como resistência e dureza no momento da produção da chapa de aço,foi empregado o controle da microestrutura submetendo-se a chapa de aço atratamento termomecânico na etapa de laminação. Também no Documentode Patente 1, as propriedades desejadas de um tubo de aço após a solda-gem são garantidas executando-se tratamento termomecânico durante alaminação a quente da chapa de aço de tal forma que a microestrutura sejacontrolada de modo a incluir a ferrita deformada. Conseqüentemente, a téc-nica descrita no Documento de Patente 1 pode ser realizada apenas por umprocesso de laminação para formar uma chapa de aço na qual o tratamentotermomecânico pode ser facilmente aplicado pela laminação controlada, eportanto ele pode ser aplicado a um tubo de aço soldado, mas não a um tu-bo de aço sem costura.

No caso de tubos de aço sem costura, um tubo de aço sem cos-tura do grau X 80 foi desenvolvido recentemente. Com tubos de aço semcostura, uma vez que a aplicação da técnica acima descrita incluindo trata-mento termomecânico que foi desenvolvido para tubos de aço soldados édifícil, é basicamente necessário alcançar as propriedades desejadas portratamento térmico após a formação do tubo. Por exemplo, uma técnica paraprodução de um tubo de aço sem costura do grau X 80 (limite de elasticida-de de pelo menos 551 MPa) está descrito no Documento de Patente 2 (JP2001-288532A). Entretanto, conforme descrito nos exemplos daquele docu-mento, a técnica é meramente demonstrada para um tubo de aço de pare-des finas, (com uma espessura de parede de 11,0 mm) para o qual a capa-cidade de endurecimento é inerentemente boa. Conseqüentemente, mesmose a técnica ali descrita for empregada, quando um tubo de aço sem costuracom uma espessura de parede em torno de 40-50 mm que é o realmenteusado para tubos ascendentes ou linhas de fluxo, há um problema pelo fatode que uma resistência e uma dureza adequadas não podem ser alcançadasuma vez que a velocidade de resfriamento no momento do endurecimento élenta, particularmente na região central de tal tubo de aço com espessuragrossa.

Descrição da Invenção

A presente invenção visa resolver o problema acima descrito.Especificamente, seu objetivo é fornecer um tubo de aço sem costura paratubo de linha tendo uma alta resistência e uma dureza estável e boa resis-tência à corrosão, particularmente no caso de um tubo de aço sem costurade parede grossa, bem como um processo para sua produção.

Em relação a um aço convencional para tubos de linha, é sabidoque a resistência do aço pode ser prevista pela fórmula para o C equivalentemostrada abaixo pela fórmula para o CE(IIW) e a fórmula para Pcm. Combase nessas fórmulas, a resistência do aço foi ajustada e o design do mate-rial foi executado.

CE(IIW) = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Embora essas fórmulas a um aço convencional para tubo de li-nha, no caso de um material para tubos de aço de parede grossa tendo umaespessura de parede que exceda 30 mm pretendido para uso como tubosascendentes ou linhas de fluxo, para os quais uma resistência ainda maisalta foi recentemente demandada, as fórmulas acima não são confiáveis, efoi descoberto que mesmo um material de aço que seja esperado ter umaalta resistência com base nas fórmulas acima podem algumas vezes possuiruma propriedade marcantemente reduzida particularmente na dureza. As-sim, é insuficiente meramente adicionar-se os elementos de ligação apre-sentados nas fórmulas para o C equivalente de modo a fornecer um aço comalta resistência, e é também necessário melhorar a sua dureza.

Os presentes inventores analisaram os fatores que controlam adureza de um tubo de aço sem costura de parede grossa. Como resultado,eles descobriram que para fornecer uma alta resistência e uma dureza me-lhorada particularmente corrrcmria grande espessura de parede, é importanteconter o teor de C a um nível baixo e adicionar Ca ou REM como elementoessencial de ligação, com o produto da quantidade adicionada de MN multi-plicado pela quantidade adicionada de Mo no percentual em massa sendopelo menos 0,8. Além disso, se necessário, um ou mais entre Cr, Ti, Ni, Nb,V, Cu, B e Mg podem ser adicionados e, em tais casos, é também importan-te controlar-se seus teores dentro de faixas prescritas.

O mecanismo onde uma alta resistência e melhorias na durezasão realizadas na presente invenção não está claro, mas imagina-se queseja como segue, embora a presente invenção não esteja amarrada a essemecanismo.

O Mn pé eficaz em aumentar a capacidade de endurecimento doaço e serve para aumentar a resistência e a dureza por facilitar a formaçãode uma estrutura transformada fina até o centro do membro de parede gros-sa. Por outro lado, a adição de Mo, que é eficaz para aumentar a resistênciado aço ao amolecimento do revenido, torna possível ajustar uma temperatu-ra mais alta para o revenido para alcançar a mesma-resistência objetivada,contribuindo portanto para um maior aumento na dureza. O efeito do Mn oudo Mo acima descrito pode ser obtido mesmo quando qualquer um desseselementos é adicionado sozinho, mas quando esses elementos são adicio-nados em conjunto pelo menos a um certo nível, devido ao efeito sinérgicode um aumento da capacidade de endurecimento e da capacidade de reve-nido a uma temperatura mais alta, torna-se possível fornecer um tubo de açose m costura de parede grossa com alta resistência e alta dureza de um ní-vel que não pode ser alcançado no passado. Quando o teor de Mn for maiorque o da faixa convencional, o MnS que reduz a dureza e a resistência àcorrosão tende a se precipitar facilmente. A esse respeito, outra melhoria nadureza e na resistência à corrosão pode ser alcançada adicionando-se Caou REM para evitar a precipitação de MnS e pela redução do teor de C demodo a diminuir a quantidade de carbonetos precipitados.No caso de um material de aço que tenha a composição químicadescrita acima, um processo de produção incluindo resfriamento brusco erevenido após a formação do tubo é adequado para se obter um tubo de açosem costura de parede grossa tendo alta resistência e dureza.

Um tubo de aço sem costura para tubo de linha conforme a pre-sente invenção é caracterizado por ter uma composição química contendo,em % em massa, C: 0,02-0,08%, Si: no máximo 0,5%, Mn: 1,5-3,0%, Al:0,001-0,10%, Mo: maior que 0,4%-1,2%, N: 0,002-0,015%, pelo menos umentre Ca e REM num total de 0,0002-0,007%, e um restante de Fe e impure-zas, as impurezas tendo um teor de P: no máximo 0,05%, S: no máximo0,005%, e O: no máximo 0,005%, e a composição química satisfazendo aseguinte desigualdade:

0,8 < [Μη] χ [Mo] < 2,6

onde [Mn] e [Mo] são os números equivalentes aos teores de Mn e de Mo,respectivamente, em % em massa.

A composição química pode também conter um ou mais elemen-tos, em % em massa, selecionados entre Cr: no máximo 1,0%, Ti: no máxi-mo 0,05%, Ni: no máximo 2,0%, Nb: no máximo 0,04%, V: no máximo 0,2%,Gu: no máximo 1,5%, B: no máximo 0,01%, e Mg: no máximo 0,007%.

A presente invenção também se refere a um processo para umtubo de aço sem costura para tubo de linha.

Em uma modalidade, o processo conforme a presente invençãocompreende a formação de um tubo de aço sem costura pelo trabalho aquente de uma barra de aço tendo a composição química descrita acima, eentão resfriando-se e subseqüentemente reaquecendo-se o tubo de aço, eexecutando-se o resfriamento brusco e o subseqüente revenido no tubo deaço.

Em outra configuração, o processo conforme a presente inven-ção compreende a formação de um tubo de aço sem costura pelo trabalho aquente de uma barra de aço tendo a composição química descrita acima, eexecutando-se imediatamente o resfriamento brusco e o subseqüente reve-nido no tubo de aço.De acordo com a presente invenção, pela prescrição da compo-sição química, isto é, a composição do aço de um tubo de aço sem costura eum processo para sua produção conforme apresentado acima, particular-mente no caso de um tubo de aço sem costura de parede grossa tendo umaespessura de pelo menos 30 mm, é possível produzir-se um tubo de açosem costura para tubo de linha que tenha uma alta resistência do grau X 80(limite de elasticidade de pelo menos 551 MPa), do grau X 90 (limite de elas-ticidade de pelo menos 620 MPa) ou do grau X 100 (limite de elasticidade depelo menos 689 MPa) e que tenha dureza e resistência à corrosão melhora-das apenas pelo tratamento térmico na forma de resfriamento brusco e re-venido.

O termo "tubo de linha" usado aqui refere-se a uma estruturatubular que se pretende para uso no transporte de fluidos tais como petróleobruto ou gás natural, não apenas em terra, mas também no mar e no fundodo mar. Um tubo de aço sem costura conforme a presente invenção é parti-cularmente adequado para uso como tubo de linha tal como a linha de fluxoou tubo ascendente descritos acima que esteja localizado no mar ou no fun-do do mar. Entretanto, seu uso final não está limitado a isto.

Não há limites particulares na forma ou nas dimensões de umtubo de aço sem costura conforme a presente invenção, mas há restriçõesno tamanho de um tubo de aço sem costura devido ao seu processo de pro-dução. Geralmente, ele tem um diâmetro externo que tem no máximo cercade 500 mm e no mínimo cerca de 150 mm. Os efeitos da presente invençãosão particularmente marcados quando a espessura da parede é de pelo me-nos 30 mm, mas a presente invenção não está limitada a essa espessura deparede.

Um tubo de aço sem costura conforme a presente invenção po-de ser usado para instalação em mares profundos mais severos como linhasde fluxo no fundo do mar. Conseqüentemente, a presente invenção contribuigrandemente para um fornecimento estável de energia. Quando ele é usadocomo um tubo ascendente ou uma linha de fluxo instalados em mares pro-fundos, ele tem preferivelmente uma espessura de parede de pelo menos 30mm. O limite superior da espessura da parede não é limitado, mas normal-mente a espessura da parede será de no máximo 60 mm.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é uma vista esquemática explicativa mostrando umaextremidade de um tubo de aço sem costura conforme a presente invenção.

A figura 2 é um gráfico mostrando a relação entre o valor de [Mn]χ [Mo] e a resistência e dureza com base nos resultados de um exemplo.

Melhor Forma de Execução da Invenção

Serão descritas as razões porque a composição química de umtubo de aço é prescrita da forma acima na presente invenção. Conforme a-presentado acima, o percentual em relação ao teor (concentração) de umelemento em uma composição química significa percentual em massa.

C: 0,02-0,08%

C é um elemento importante para se obter a resistência do aço.O teor de C é de pelo menos 0,02% para aumentar a capacidade de endure-cimento e obter uma resistência suficiente de um material de parede grossa.Por outro lado, se seu teor exceder 0,08%, a dureza diminui. Portanto, o teorde C está na faixa de 0,02-0,08%. Do ponto de vista de obtenção da resis-tência de um material de parede espessa, um limite inferior preferido do teorde C é 0,03% e um limite-inferior mais preferido é de 0,04%. Um limite supe-rior mais preferido do teor de C é de 0,06%.

Si: no máximo 0,5%

Si age como um agente desoxidante durante a produção do aço,e embora sua adição seja necessária, seu teor é preferivelmente tão peque-no quanto possível. Isto é porque ele diminui grandemente a dureza, particu-larmente nas zonas afetadas pelo calor durante a soldagem circunferencialpara conectar tubos de linha. Se o teor de Si exceder 0,5%, a dureza é mar-cantemente reduzida nas zonas afetadas pelo calor durante grandes entra-das de calor da soldagem. Portanto, o teor do Si que é adicionado como a-gente desoxidante é limitado a no máximo 0,5%. Preferivelmente o teor de Sié de no máximo 0,3%, e mais preferivelmente no máximo 0,15%.

Mn: 1,5-3,0%Mn deve ser adicionado em uma grande quantidade para au-mentar a capacidade de endurecimento do aço de modo que mesmo ummaterial grosso possa ser reforçado até o seu centro e ao mesmo tempopara melhorar a sua dureza. Esses efeitos não podem ser obtidos se o seuteor for inferior a 1,5%, enquanto se seu teor exceder 3% a resistência à HIC(fratura induzida pelo hidrogênio) diminui. Portanto, o teor de Mn está na fai-xa de 1,5-3,0%. O limite inferior do teor de Mn é preferivelmente 1,8%, maispreferivelmente 2,0%, e ainda mais preferivelmente 2,1%. Conforme decla-rado abaixo, uma vez que a adição de Mn juntamente com Mo fornece umefeito sinérgico na obtenção de alta resistência e alta dureza, a quantidadede Mn deve ser decidida levando em consideração a quantidade de Mo adi-cionado.

Al: 0,001-0,10%

Al é adicionado como agente desoxidante durante a produção doaço. Para se obter esse efeito, ele é adicionado com um teor de pelo menos0,001%. Se o teor de Al exceder 0,10%, as inclusões no aço formam grupa-mentos, fazendo assim com que a dureza se deteriore, e um grande númerode defeitos de superfície se formem no momento de chanfrar as extremida-des de um tubo. Portanto, o teor de Al é 0,001-0,10%. Do ponto de vista deprevenção de defeitos de superfície, é preferível também restringir o limitesuperior do teor de Al. Um limite superior preferido é 0,05%, e um limite su-perior mais preferido é 0,03%. Para efetuar completamente a desoxidação eaumentar a dureza, um limite inferior preferido do teor de Al é 0,010%. Oteor de Al usado aqui indica o teor de Al solúvel em ácido (o assim chamado"sol. Al").

Mo: maior que 0,4%-1,2%

Mo é um elemento importante na presente invenção pelo fato deque ele tem um efeito de aumentar a capacidade de endurecimento do açoparticularmente mesmo sob condições que tenham uma velocidade lenta deresfriamento, tornando assim possível reforçar até o centro até mesmo deum material grosso, e ao mesmo tempo aumentando a resistência do aço aoamolecimento do revenido, tornando assim possível executar um revenido auma temperatura mais alta de modo a melhorar a dureza. Para se obter es-ses efeitos, é necessário que o teor de MO seja maior que 0,4%. Um limiteinferior mais preferido do teor de Mo é 0,5%, e um limite inferior ainda maispreferido é 0,6%. Entretanto, o Mo é um elemento caro, e seus efeitos satu-ram a cerca de 1,2%, então o limite superior é tornado 1,2%. Conforme de-clarado abaixo, o Mo fornece uma alta resistência e uma alta dureza por umefeito sinérgico quando adicionado com Mn, e a quantidade de Mo deve serdecidida levando-se em consideração a quantidade de Mn adicionado.N: 0,002-0,015%

O teor de N é feito pelo menos 0,002% para aumentar a capaci-dade de endurecimento do aço de forma que uma resistência suficiente pos-sa ser obtida em um material grosso. Por outro lado, se o teor de N exceder0,015%, a dureza diminui. Portanto, o teor de N está na faixa de 0,002-0,015%.

Pelo menos um entre Ca e REM: 0,0002-0,007% no totalEsses elementos são adicionados para melhorar a dureza e aresistência à corrosão do aço através do controle da forma das inclusões epara melhorar as propriedades de Iingotamento pela supressão do entupi-mento de um bocal no momento do lingotamento. Para se obter esses efei-tos, pelo menos um entre Ca e REM é adicionado em uma quantidade totalde pelo menos 0,0002%. Se a quantidade total desses elementos exceder0,007%, os efeitos acima descritos aturam, e não apenas há um outro efeitonão exibido, mas torna-se fácil para as inclusões formarem grupos, fazendoassim com que a dureza e a resistência a HIC diminuam. Conseqüentemen-te, esses elementos são adicionados de forma que o teor total de um oumais desses esteja na faixa de 0,0002-0,007% e preferivelmente 0,0002-0,005%. REM é um nome genérico para os 17 elementos incluindo os ele-mentos da série lantanóide, Y e Sc. Na presente invenção, o teor dos REMse refere à quantidade total de pelo menos um desses elementos.

Um tubo de aço sem costura para tubo de linha conforme a pre-sente invenção contém os elementos acima descritos, e um restante de Fe eimpurezas. Entre as impurezas, um limite superior é ajustado no teor de ca-da um entre P, S e O como segue.

P: no máximo 0,05%

P é um elemento impureza que diminui a dureza do aço, entãoseu teor é preferivelmente tornado tão baixo quanto possível. Se seu teorexceder 0,05%, o aço tem uma dureza marcadamente diminuída, então olimite superior permissível de P é tornado 0,05%. Preferivelmente o teor de Pé no máximo 0,02% e mais preferivelmente no máximo 0,01%.

S: no máximo 0,005%

S é também um elemento impureza que diminui a dureza do a-ço, então seu teor é preferivelmente tornado tão pequeno quanto possível.Se seu teor exceder 0,005%, o aço tem uma dureza marcadamente diminuí-da, então o limite superior permissível de S é tornado 0,005%. Preferivel-mente ele é tornado no máximo 0,003%, e mais preferivelmente no máximo0,001%.

O: no máximo 0,005%

O é também um elemento impureza que diminui a dureza do a-ço, então seu teor é preferivelmente tornado o menor possível. Se seu teorexceder 0,005%, a dureza diminui marcadamente, então o limite superiorpermissível de O é tornado 0,005%. Seu teor é preferivelmente no máximo0,003% e mais preferivelmente no máximo 0,002%.

Em adição às limitações de cada um dos elementos acima des-critos, os teores de Mn e de Mo de um tubo de aço sem costura para tubo delinha conforme a presente invenção são ajustados de modo a satisfazer aseguinte fórmula:

0,8 < [Μη] χ [Mo] < 2,6

onde [Mn] e [Mo] são os números equivalentes aos teores de Mn e Mo ex-pressos em percentual em massa.

Tendo-se teores de Mn e Mo que estejam dentro das respectivasfaixas prescritas acima e que satisfaçam a fórmula acima, um tubo de açosem costura tendo uma alta resistência e alta dureza conforme objetivadapela presente invenção pode ser obtido. Em geral, um aço tendo um valormaior para [Μη] χ [Mo] tem uma maior resistência e uma maior dureza. Pre-ferivelmente o valor é pelo menos 0,9, mais preferivelmente pelo menos 1,0,e ainda mais preferivelmente pelo menos 1,1. Se o valor de [Μη] χ [Mo] ex-ceder 2,6, a dureza começa a diminuir, então o seu limite superior é tornado2,6.

Um tubo de aço sem costura para tubo de linha conforme a pre-sente invenção pode alcançar uma resistência ainda maior, uma durezamaior, e/ou uma maior resistência à corrosão pela adição de um ou mais dosseguintes elementos conforme necessários à composição química prescritana maneira acima.

Cr: no máximo 1,0%

O Cr não precisa ser adicionado, mas ele pode ser adicionadopara aumentar a capacidade de endurecimento do aço, aumentando assim aresistência de um membro de aço de parede grossa. Entretanto, se seu teorse tornar excessivo, ele acaba diminuindo a dureza. Assim, quando o Cr éadicionado, seu teor é no máximo de 1,0%. Não há limite inferior particularde Cr, mas seus efeitos tornam-se particularmente marcados quando seuteor é de pelo menos 0,02%. Um limite inferior preferido do teor de Cr quan-do ele é adicionado é de 0,1% e um mais preferido é 0,2%.

Ti: no máximo 0,05%

O Ti não precisa ser adicionado para se alcançar os efeitos de

evitar defeitos de superfície no momento do Iingotamento contínuo e forne-cer uma alta resistência com o refino dos grãos de cristal. Se o teor de Tiexceder 0,05%, a dureza diminui, então seu limite superior é 0,05%. Não hálimite inferior particular no teor de Ti, mas para se obter seus efeitos,ele épreferivelmente pelo menos 0,003%.

Ni: no máximo 2,0%

O Ni não precisa ser adicionado, mas pode ser adicionado demodo a aumentar a capacidade de endurecimento do aço, aumentando, por-tanto, a resistência de um membro de aço de paredes grossas, e tambémpara aumentar a dureza do aço. Entretanto, o Ni é um elemento caro, e sefor contido em grande quantidade, seu efeito satura, então quando ele é adi-cionado, seu limite superior é 2,0%. Não há limite inferior particular do teorde Ni, mas seus efeitos são particularmente marcados quando seu teor é depelo menos 0,02%.

Nb: no máximo 0,04%

O Nb não precisa ser adicionado, mas pode ser adicionado parase obter o efeito de aumentar a resistência e refinar os grãos de cristal. Se oteor de Nb exceder 0,04%, a dureza diminui, então, quando ele é adiciona-do, seu limite superior é 0,04%. Não há nenhum limite inferior particular doteor de Nb, mas para se obter os efeitos acima, seu teor é preferivelmentepelo menos 0,003%.

V: no máximo 0,2%

A adição de V é determinada pelo equilíbrio entre resistência edureza. Quando uma dureza suficiente é obtida pelos outros elementos deligação, uma boa dureza é obtida não se adicionando V. Quando o V é adi-cionado como elemento para aumentar a resistência, seu teor é preferivel-mente pelo menos 0,003%. Se o teor exceder 0,2%, a dureza diminui acen-tuadamente, então quando ele é adicionado, o limite superior do teor de V éde 0,2%.

Cu: no máximo 1,5%

O Cu não precisa ser adicionado, mas pode ser adicionado paramelhorar a-resistência a HIC. O teor mínimo de Cu para exibir uma melhoriana resistência a HIC é de 0,02%. Seu efeito satura quando o teor de Cu ex-cede 1,5%, então quando ele é adicionado, o teor de Cu é preferivelmente0,02-1,5%.

B: no máximo 0,01%

OB não precisa ser adicionado, mas ele melhora a capacidadede endurecimento do aço quando adicionado mesmo em uma quantidademínima, então é eficaz adicionar-se B quando uma maior resistência for ne-cessária. Para se obter esse efeito, é desejável adicionar-se pelo menos0,0002% de B. Entretanto, uma adição excessiva de B diminui a dureza, en-tão quando o B é adicionado, seu teor é no máximo 0,01%.

Mg: no máximo 0,007%

O Mg não precisa ser adicionado, mas ele aumenta a durezaquando adicionado mesmo em quantidades mínimas, então é eficaz adicio-nar-se Mg, particularmente quando se deseja obter dureza na zona de sol-dagem. Para se obter esses efeitos, é desejável que o teor de Mg seja depelo menos 0,0002%. Entretanto, uma adição excessiva acaba diminuindo adureza, então quando o Mg é adicionado, seu teor é de no máximo 0,007%.

A seguir, será explicado um processo de produção de um tubode aço sem costura conforme a presente invenção. Nesta invenção, não hálimitações particulares no processo de produção em si, e um processo usualpara a produção de um tubo de aço sem costura pode ser empregado. Deacordo com a presente invenção, uma alta resistência, alta dureza e boaresistência à corrosão são alcançadas submetendo-se um tubo de aço tendouma espessura de parede de pelo menos 30 mm, à resfriamento brusco eentão ao revenido. Abaixo, serão descritas as condições de produção prefe-ridas para um processo de produção conforme a presente invenção.

Formação do tubo de aço sem costura

Aço fundido preparado de modo a ter uma composição químicaconforme descrito acima é, por exemplo, Iingotado por Iingotamento contínuopara formar uma massa Iingotada tendo uma seção transversal redonda, queé diretamente usado como material para laminação (barra), ou para formaruma massa Iingotada tendo uma seção transversal retangular, que é entãoconformada por laminação em uma barra tendo uma seção transversal re-donda. A barra resultante é submetida à perfuração, laminação e dimensio-namento sob condições de trabalho a quente para formar um tubo de açosem costura.

As condições de trabalho para formar o tubo podem ser asmesmas como convencionalmente empregadas na produção de um tubo deaço sem costura por trabalho a quente, e não há limitações particulares paraelas na presente invenção. Entretanto, para se alcançar o controle da formadas inclusões de modo a garantir a capacidade de endurecimento do aço nomomento do tratamento térmico subseqüente, é preferível que o trabalho aquente para a formação do tubo seja executado com uma temperatura deaquecimento para perfuração a quente de pelo menos 1150°C e uma tempe-ratura de laminação de acabamento de no máximo 1100°C.Tratamento térmico após a formação do tubo:O tubo de aço sem costura produzido pela formação de tubo ésubmetido ao resfriamento brusco e ao revenido para tratamento térmico. Oresfriamento brusco pode ser executado ou por um processo no qual umavez o tubo de aço conformado a quente é resfriado, ele é reaquecido e entãoresfriado bruscamente para endurecimento, ou um processo no qual o resfri-amento brusco para endurecimento é executado imediatamente após a for-mação do tubo, sem reaquecimento, para explorar o calor do tubo de açoconformado a quente.

Quando o tubo de aço é resfriado antes do resfriamento brusco,a temperatura de acabamento do resfriamento não é limitada. Por exemplo,o tubo pode ser deixado resfriar até a temperatura ambiente antes de serreaquecido para o resfriamento brusco, ou ele pode ser resfriado até cercade 500°C, temperatura em que a transformação ocorre, antes de ser rea-quecido para o resfriamento brusco, ou ele pode ser resfriado durante otransporte até o forno de reaquecimento, onde ele é imediatamente aquecidopara o resfriamento brusco. A temperatura de reaquecimento é preferivel-mente de 880-1000°C. · - - --

O resfriamento brusco é seguido do revenido, que é preferivel-mente executado a uma temperatura de 550-700°C. Na presente invenção,o aço tem uma composição química contendo uma quantidade relativamentegrande de Mo, que guarnece o aço com uma alta resistência ao amoleci-mento do revenido e torna possível executar-se o revenido a uma temperatu-ra mais alta de modo a melhorar a dureza. Para se explorar esse efeito, épreferido que o revenido seja executado a uma temperatura de 600°C oumaior. A temperatura para revenido é preferivelmente de 600-650°C.

Dessa forma, de acordo com a presente invenção, um tubo deaço sem costura para tubo de linha que tenha uma alta resistência pelo me-nos do grau X 80 e dureza e resistência à corrosão melhoradas, mesmo comuma grande espessura de parede, pode ser produzido estavelmente. O tubode aço sem costura pode ser usado como tubo de linha em mares profun-dos, especialmente como tubo ascendente ou linha de fluxo, de forma que apresente invenção tem grande significância prática.

O exemplo a seguirpretende demonstrar os efeitos da presenteinvenção e não pretende restringir a invenção de forma alguma.

Exemplo

Como materiais para laminação a quente, barras tendo uma se-ção transversal redonda e as composições de aço mostradas na Tabela 1foram preparados por um processo convencional incluindo derretimento, fu-são, e laminação bruta. Nas barras resultantes, foi executado trabalho deconformação de tubos a quente inclusive perfuração, laminação (estampa-gem), e dimensionamento usando-se um equipamento de formação de tubosdo tipo Iaminador de mandril Mannesmann para produzir tubos de aço semcostura tendo um diâmetro externo de 219,1 mm e uma espessura de pare-de de 40 mm. Para cada tubo, a temperatura de aquecimento para perfura-ção estava na faixa de 1150°C a 1270°C, e a temperatura da laminação deacabamento no dimensionamento foi conforme mostrado na Tabela 2.

Os tubos de aço resultantes foram submetidos ao resfriamentobrusco e ao revenido sob as condições mostradas na Tabela 2. Na Tabela 2aqueles aços para os quais os valores da temperatura de resfriamento deacabamento (temperatura de acabamento no resfriamento) e a temperaturade reaquecimento são indicadas significa que após a laminação a quente, ostubos de aço foram resfriados e então reaquecidos para o resfriamento brus-co. Por outro lado, aqueles aços para os quais os valores da temperatura deacabamento e a temperatura de reaquecimento não são indicadas significaque os tubos de aço foram resfriados imediatamente após a laminação aquente. O resfriamento brusco foi executado por resfriamento a água. O re-venido foi executado colocando-se os tubos de aço em um forno de reaque-cimento no qual cada tubo de aço foi tratado isotermicamente por 15 minutosna temperatura indicada.

Cada um dos tubos de aço resultantes foi testado em relação àresistência, à dureza, e à resistência à corrosão da forma a seguir. Os resul-tados dos testes estão também mostrados na Tabela 2.A resistência foi avaliada pelo limite de elasticidade (YS) medidoem um teste de tração, que foi executado de acordo com a JIS Z 2241 usan-do a uma peça JIS n- 12 de teste de tração tirada do tubo de aço a ser tes-tado.

A dureza foi avaliada pela temperatura de transição no apareci-mento de fratura (FATT) determinada em um teste de impacto Charpy. Oteste foi executado usando-se um corpo de prova de impacto que media 10mm (largura) χ 10 mm (espessura) com uma fenda de 2 mm em forma de Ve foi tirado do centro da espessura da parede na direção longitudinal do tubode aço de acordo com um corpo de prova n- 4 da JIS Z 2202. Quanto menoressa temperatura de transição, melhor a dureza.

A resistência à corrosão foi avaliada pela resistência à fraturapor estresse por sulfeto (SSC) determinada por um teste usando como solu-ção de teste uma solução aquosa a 5% de NaCI que foi saturada com H2S àpressão atmosférica e a qual foram adicionados 0,5% de uma solução deCH3COOH [a assim chamada NACE (National Association of Corrosion En-gineers), temperatura = 25°C, pH = 2,7-4,0]. Três corpos de prova retangula-res de 4 pontos de dobramento que mediam uma espessura de 2 mm, umalargura de-10 mm, e um comprimento de 100 mm e que foram tirados, cadaum, do centro da espessura da parede de cada tubo de aço na direção longi-tudinal foram imersos em uma solução de teste por 720 horas enquanto umestresse equivalente a 90% do limite de escoamento do tubo foram aplica-dos a cada corpo de prova, e a resistência SSC foi avaliada com base nofato de que foram descobertas quaisquer fraturas após a imersão.

Na Tabela 2, os resultados da avaliação estão indicados por umX quando houve fratura observada e por um círculo (O) quando não houvefratura. O caso em que os três corpos de prova estavam todos sem uma fra-tura foi indicado como "000", e o caso em que todos os três corpos de pro-va tiveram fraturas foi indicado por "XXX".<table>table see original document page 19</column></row><table><table>table see original document page 20</column></row><table><table>table see original document page 21</column></row><table><table>table see original document page 22</column></row><table><table>table see original document page 23</column></row><table><table>table see original document page 24</column></row><table><table>table see original document page 51</column></row><table><table>table see original document page 26</column></row><table><table>table see original document page 27</column></row><table><table>table see original document page 28</column></row><table><table>table see original document page 29</column></row><table><table>table see original document page 30</column></row><table><table>table see original document page 31</column></row><table><table>table see original document page 32</column></row><table><table>table see original document page 33</column></row><table><table>table see original document page 34</column></row><table><table>table see original document page 35</column></row><table><table>table see original document page 36</column></row><table><table>table see original document page 37</column></row><table><table>table see original document page 38</column></row><table>Como pode ser visto dos resultados dos aços nos 1 a 98 na Ta-bela 2, os tubos de aço sem costura conforme a presente invenção tem umaalta resistência correspondendo ao grau X 80 (limite de elasticidade de pelomenos 551 MPa) a X 100 (limite de elasticidade de pelo menos 689 MPa) danorma API bem como dureza melhorada (temperatura de transição no apa-recimento da fratura de -50°C ou menor) e uma resistência à corrosão me-lhorada (resistência a SSC indicada por "000" em todos os aços).

Em contraste, os aços nos 99-108, que são exemplos comparati-vos nos quais a composição química estava fora da faixa definida pela pre-sente invenção tiveram propriedades inferiores em relação a pelo menos umentre resistência, dureza, e resistência à corrosão.

Os aços nos 109-111 são exemplos comparativos nos quais osteores dos elementos individuais de ligação estavam dentro da faixa definidapela presente invenção, mas o valor de [Μη] χ [Mo] foi menor que o limiteinferior de 0,8, definido pela presente invenção. A Figura 2 é um gráfico obti-do plotando-se os resultados de resistência e dureza desse aços juntamentecom aqueles de alguns aços da invenção conforme a presente invenção.Deve ser notado que na ordenada desta figura, que é a temperatura de tran-sição no aparecimento da fratura indicativa da dureza, quanto maior na or-denada (quanto maior a temperatura), menor a dureza.

Em geral, a relação entre resistência e temperatura de transiçãono aparecimento da fratura é uma relação linear que se inclina para cimapara a direita, indicando que a dureza diminui à medida que a resistênciaaumenta. Entretanto, à medida que o valor de [Μη] χ [Mo] aumenta, as plo-tagens mudam para a direita nessa figura, indicando que a resistência au-menta sem uma diminuição na dureza ou que a resistência pode ser aumen-tada mantendo-se um equilíbrio com a dureza. Assim, pode ser visto destafigura que o equilíbrio entre resistência e dureza é controlado por [Μη] χ[Mo]. Para os aços nos 109 a 111 nos quais o valor de [Μη] χ [Mo] foi menorque 0,8, sua dureza é significativamente inferior àquela dos aços da inven-ção que tenham a mesma resistência, indicando que o equilíbrio entre resis-tência e dureza não foi bom.

Claims

1. Tubo de aço sem costura para tubo de linha caracterizadopelo fato de ter uma composição química consistindo essencialmente, em% em massa, de C: 0,02-0,08%, Si: no máximo 0,5%, Mn: 1,5-3,0%, Al:-0,001-0,10%, Mo: maior que 0,4%-1,2%, N: 0,002-0,015%, pelo menos umentre Ca e REM em uma quantidade total de 0,0002-0,007%, Cr: 0-1,0%, Ti:-0-0,05%, Ni: 0-2,0%, Nb: 0-0,04%, V: 0-0,2%, Cu: 0-1,5%, B: 0-0,01%, Mg:-0-0,007%, e um restante de Fe e impurezas, com as impurezas tendo o teorde P: no máximo 0,05%, S: no máximo 0,005%, e O: no máximo 0,005%, e a-composição química satisfazendo a seguinte desigualdade:-0,8 < [Μη] χ [Mo] < 2,6em que [Mn] e [Mo] são os números equivalentes aos teores de Mn e de Mo,respectivamente, em % em massa.

2. Tubo de aço sem costura para tubo de linha, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química con-tém um ou mais elementos, em % em massa, selecionados de Cr: 0,02--1,0%, Ti: 0,003-0,05%, Ni: 0,02-2,0%, Nb: 0,003-0,04%, V: 0,003-0,2%, Cu:-0,02-1,5%, B: 0,0002-0,01%, e Mg: 0,0002-0,007%.

3. Processo para produção de um tubo de aço sem costura paratubo de linha caracterizado pelo fato de que forma um tubo de aço semcostura sob condições de trabalho a quente a partir de uma barra tendo umacomposição química como definida na reivindicação 1 ou 2, e submetendo-se o tubo de aço resultante a resfriamento brusco e revenido.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que o tubo de aço formado sob condições de trabalho a quente éresfriado e então reaquecido antes de ser submetido ao resfriamento brusco.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que o tubo de aço formado sob condições de trabalho a quenteé submetido diretamente a resfriamento brusco.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que o revenido é executado a uma temperatura na faixa de-550-700°C.