ES2906376T3

ES2906376T3 - Tubo sin costura de acero microaleado de alta resistencia para servicio en entornos ácidos y aplicaciones de alta tenacidad

Info

Publication number: ES2906376T3
Application number: ES18195795T
Authority: ES
Inventors: Cédric Linne
Original assignee: Vallourec Tubes France SAS
Current assignee: Vallourec Tubes France SAS
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2022-04-18
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: BR102019018917A2; AU2019222820A1; AU2019222820B2; EP3626841A1; US12276014B2; EP3626841B1; PL3626841T3; US20200095658A1

Abstract

Acero que presenta un límite elástico mayor o igual que 485 MPa y cuya composición química, en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química, consiste en 0,05 <= C <= 0,10 0,15 <= Si <= 0,35 1,20 <= Mn <= 1,50 0,02 <= Cr <= 0,10 0,10 < Mo <= 0,30 0,015 <= Al <= 0,040 0,002 <= N <= 0,012 0,10 <= Ni <= 0,30 0,02 <= V <= 0,06; 0,01 <= Nb <= 0,03 0,001 <= Ti <= 0,025 estando constituido el resto de la composición química de dicho acero por Fe y opcionalmente uno o más elementos residuales, elegidos entre P, S, B, Ca, Cu y mezclas de los mismos; siendo las cantidades de dichos elementos residuales, expresadas en porcentajes en peso, con respecto al peso total de dicha composición química, las siguientes: P <= 0,012 S <= 0,003 B <= 0,0005 Ca <= 0,004 Cu <= 0,12; y satisfaciendo la composición química de dicho acero la siguiente fórmula (1) entre C, Cr, Mo, Nb, V y Ti, cuyos contenidos se expresan en porcentaje en peso,

Description

DESCRIPCIÓN

Tubo sin costura de acero microaleado de alta resistencia para servicio en entornos ácidos y aplicaciones de alta tenacidad

La presente invención se refiere a aceros microaleados con un límite elástico de al menos 485 MPa (70 ksi) y preferiblemente de al menos 555 MPa (80 ksi) con un excelente comportamiento de tenacidad, buena soldabilidad y mejor resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuros. Los tubos de la invención cumplen con los requisitos de tracción de los grados X70 y X80 según la norma API 5L del Instituto Americano del Petróleo, con resistencia a la corrosión bajo tensión por sulfuro (SSC, por sus siglas en inglés) y al agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC, por sus siglas en inglés).

Los desafíos para desarrollar tubos sin costura de alta resistencia comienzan con la calidad superior del acero, especialmente con respecto a la estrecha variación química de los elementos de microaleación y el menor contenido de carbono para lograr las propiedades mecánicas necesarias y excelentes características de soldabilidad.

En el documento CN102154593 se describe un tubo de conducción sin costura para baja temperatura y anticorrosión de grado de acero X80 que comprende los siguientes componentes en porcentaje en peso: del 0,08 al 0,14 por ciento de C; del 0,20 al 0,35 por ciento de Si; del 1,10 al 1,40 por ciento de Mn; un contenido menor o igual que el 0,015 por ciento de P, menor o igual que el 0,005 por ciento de S; del 0,10 al 0,20 por ciento de Mo; del 0,020 al 0,060 por ciento de Al; del 0,02 al 0,05 por ciento de Nb; del 0,05 al 0,10 por ciento de V; del 0,10 al 0,20 por ciento de Cu; del 0,10 al 0,20 por ciento de Ni; un contenido menor o igual que el 0,015 por ciento de Ti; menor o igual que el 0,15 por ciento de Cr; del 0,0015 al 0,0060 por ciento de Ca; un contenido menor o igual que el 0,0005 por ciento de B, menor o igual que el 0,012 por ciento de N, menor o igual que el 0,43 por ciento de CEV, menor o igual que el 0,23 por ciento de Pcm y Fe y elementos de impureza.

La resistencia de los tubos de conducción usados para el transporte de petróleo y gas ha ido aumentando cada año para mejorar la eficiencia del proyecto y, al mismo tiempo, reducir los costes de inversión. Además, se exigen continuamente requisitos de alta deformabilidad y mejor soldabilidad.

Sin embargo, el equilibrio entre resistencia y tenacidad, junto con la necesidad de resistencia a la corrosión bajo tensión por sulfuro (SSC) y al agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) (por ejemplo, resistencia a la acidez) es difícil de lograr. En particular, los tubos sin costura templados y revenidos (Q&T) de API 5L grado X70 suelen exhibir valores máximos de dureza, medidos a una profundidad de 1,5 mm a 2,0 mm desde las superficies del tubo (según API 5L-ISO 3183), por debajo de 250 HV10, mientras que actualmente los nuevos proyectos requieren valores menores para que el material sea soldable y resistente al SSC según la Región 3 en NACE MR-0175/ISO15156-2. Esta resistencia al SSC corresponde a un contenido de H²S alto junto con condiciones de pH bajo. Pero los valores menores de dureza máxima no se pueden lograr consistentemente con las composiciones y los procedimientos químicos actuales del acero.

Un objetivo de la invención es proponer grados de acero robustos que cumplan con los requisitos anteriores. La invención propone grados de acero según DNV 555 SP («X80QOS») para aplicaciones de servicio en entornos ácidos dentro del dominio Clase 3.

La presente invención también se refiere a productos tubulares, tales como tubos o tuberías, preferiblemente tubos sin costura, hechos de dicho acero, así como a un procedimiento para fabricar dichos productos tubulares.

Además, la presente invención se refiere al uso de productos tubulares como tubos sin costura para tubos de conducción para aplicaciones como tubos de procedimiento, líneas de flujo o elevadores en la industria del petróleo y el gas. Ventajosamente, los tubos sin costura según la invención permiten un espesor reducido de la pared del tubo sin ninguna desventaja en términos del rendimiento general del material bajo aplicaciones extremas.

Las aplicaciones en entornos más duros han fomentado la búsqueda de accesorios hechos de aceros con propiedades mecánicas buenas y estables y un comportamiento de tenacidad satisfactorio a bajas temperaturas, especialmente donde pueden tener lugar altas deformaciones impuestas a temperaturas de servicio criogénicas de hasta -60 °C o incluso de hasta -80 °C.

El aumento requerido en la resistencia mientras se mantiene la ductilidad adecuada de los tubos sin costura procesados en caliente para las aplicaciones descritas anteriormente también requiere el desarrollo de nuevos conceptos de aleación. En particular, es difícil lograr una alta ductilidad o tenacidad adecuadas a bajas temperaturas de servicio con los conceptos de aleación convencionales o los procedimientos convencionales.

En los métodos típicamente conocidos para mejorar la resistencia a la tracción se aumenta el contenido de carbono o el equivalente de carbono usando conceptos de aleación convencionales y/o usando conceptos de microaleación, basados en el mecanismo de endurecimiento por precipitación.

Los elementos de microaleación, como el titanio, el niobio y el vanadio, generalmente se emplean para aumentar la resistencia. Dependiendo del diseño de la aleación, el titanio ya puede precipitar parcialmente a altas temperaturas en la fase líquida formando nitruro de titanio muy grueso. El niobio forma precipitados de niobio (C, N) a temperaturas menores. Al disminuir aún más la temperatura, también se forman carburos y nitruros de vanadio.

No obstante, los precipitados excesivamente gruesos de estos elementos de microaleación debilitan frecuentemente la ductilidad y la tenacidad. En consecuencia, la concentración de estos elementos de aleación está generalmente limitada. Además, se debe tener en cuenta la concentración de carbono y nitrógeno requerida para la correcta formación de los precipitados, lo que hace compleja la definición de toda la composición química.

Con el fin de superar estos inconvenientes antes mencionados, se han investigado debidamente nuevos conceptos de aleación basados en la adición de elementos adecuados para aumentar la resistencia a la tracción mediante el endurecimiento por solución en combinación con técnicas de microaleación.

Algunas aplicaciones en alta mar se realizan principalmente en medios corrosivos, y particularmente en presencia de sulfuro de hidrógeno (H²S), que es responsable de una forma peligrosa de agrietamiento en aceros de baja aleación con un alto límite elástico, conocida como agrietamiento por tensión inducido por sulfuro (SSC).

La resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuro es, por lo tanto, de particular importancia para las compañías petroleras, ya que es relevante para la seguridad de los equipos.

Además, la instalación de conductos en alta mar se puede realizar colocando carretes. Sin embargo, el procedimiento de enrollar y desenrollar el tambor del carrete conduce a una deformación plástica significativa de los tubos. De hecho, durante la colocación del carrete, se genera deformación plástica repetida en el conducto, lo que puede afectar a la resistencia y la ductilidad del material del tubo de conducción y modificar la resistencia a la corrosión, especialmente en presencia de sulfuro de hidrógeno.

Por lo tanto, existe una necesidad real de proporcionar aceros adecuados para entornos exigentes, y especialmente para aplicaciones en alta mar ultraprofundas que concilien propiedades mecánicas tanto buenas como estables: alta resistencia, alta tenacidad y resistencia adecuada al agrietamiento por tensión inducido por sulfuro.

Más en particular, el acero debería permitir la fabricación de tubos sin costura que puedan usarse como tubos de conducción, para aplicaciones como tubos de procedimiento, líneas de flujo o elevadores en la industria del petróleo y el gas.

El acero también debe presentar excelentes propiedades de impacto a temperaturas de servicio de hasta -60 °C (en direcciones transversales) en todo el espesor de la pared del tubo.

La presente invención se describe en las reivindicaciones adjuntas.

El acero de la presente invención puede presentar un límite elástico preferiblemente mayor o igual que 485 MPa, y menor o igual que 695 MPa, preferiblemente entre 495 MPa y 675 MPa.

Según una realización preferida de la presente invención, el límite elástico del acero es mayor o igual que 555 MPa y menor o igual que 705 MPa, para cumplir con el grado X80 de API, y preferiblemente el límite elástico del acero es menor o igual que 675 MPa, para cumplir con las normas DNV GL ST-F101.

El límite elástico se determina mediante pruebas de tracción como se define en las normas ASTM A370-17 y ASTM E8/E8M-13a.

El acero de la presente invención muestra un comportamiento excepcional de dureza y tenacidad, especialmente en condiciones estrictas, es decir, en presencia de medios corrosivos. De hecho, el acero de la invención presenta excelentes propiedades mecánicas y una alta tenacidad a temperaturas incluso por debajo de -80 °C, así como una mejor resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuros.

El acero de la presente invención se puede usar particularmente en productos tubulares, preferiblemente tubos sin costura, que presenten una dureza uniforme en todo el espesor de la pared, incluso para espesores de pared más delgados.

Como resultado, el acero de la presente invención puede dar lugar a tubos sin costura que tengan un alto límite elástico y resistencia a la tracción, una alta capacidad de deformación, una dureza baja y uniforme, es decir, en toda la longitud y el espesor de la pared, y que exhiban un rendimiento de la tenacidad alto y constante, al tiempo que presente una excelente resistencia al SSC.

Además, el acero de la presente invención puede conducir a tubos sin costura que muestren un rendimiento de tenacidad alto y constante, incluso después de haber sido deformados y envejecidos, al mismo tiempo que sigan presentando una excelente resistencia al SSC. En otras palabras, los tubos sin costura hechos del acero de la invención pueden seguir usándose de forma eficaz en condiciones exigentes incluso después de sufrir una deformación plástica. En particular, los tubos sin costura hechos del acero de la invención pueden mostrar propiedades mecánicas buenas y estables durante el enrollado.

Por lo tanto, otro objeto de la presente invención se refiere a un tubo sin costura hecho de un acero como el definido anteriormente.

La presente invención también se refiere a un procedimiento para fabricar un tubo sin costura que comprende las siguientes etapas sucesivas:

(a) proporcionar un acero que tenga una composición química como se define en las reivindicaciones adjuntas, y conformar en caliente un tubo sin costura del mismo,

(b) enfriar el tubo sin costura obtenido en (a) a temperatura ambiente,

(c) calentar el tubo sin costura enfriado obtenido en (b) a una temperatura de austenización (TA) que va de 890 °C a 970 °C, preferiblemente está entre 900 °C y 930 °C para obtener un tubo sin costura austenizado, y luego enfriar rápidamente dicho tubo sin costura austenizado hasta temperatura ambiente para obtener un tubo sin costura templado,

(d) calentar el tubo sin costura templado obtenido en (c) a una temperatura de revenido (TR) que va de 610 °C a 680 °C, y preferiblemente de 630 °C a 670 °C antes de mantener dicho tubo sin costura a la temperatura TR y luego enfriar dicho tubo sin costura a temperatura normal para obtener un tubo sin costura templado y revenido.

El tubo sin costura así obtenido a partir del acero de la invención presenta mejor resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuro. Como se mencionó anteriormente, el producto tubular y, principalmente, los tubos de acero sin costura son particularmente adecuados para entornos exigentes. Estos entornos exigentes pueden incorporar una combinación de factores muy desafiantes que incluyen, por ejemplo, ubicaciones de aguas profundas, pozos con mayor presión y temperatura, productos más corrosivos y temperaturas menores de diseño. Estas condiciones, cuando se suman a los estrictos criterios de soldabilidad y tenacidad ya asociados con las especificaciones de los tubos para aplicaciones de exploración de petróleo y gas en alta mar exigen cada vez más en los materiales y la capacidad de suministro.

Este producto presenta las ventajas de tener propiedades mecánicas buenas y estables en toda la longitud y el espesor de la pared, que es la distinción de una microestructura sustancialmente uniforme, así como una excelente resistencia al SSC.

Por lo tanto, la presente invención también se refiere al uso de dicho tubo sin costura para tubos de conducción, para aplicaciones como tubos de procedimiento, líneas de flujo o elevadores en la industria del petróleo y el gas.

Otros temas, características, aspectos y ventajas de la invención se presentarán aún más claramente con la lectura de la descripción y los ejemplos que siguen.

En lo que sigue y a menos que se indique lo contrario, los límites de un intervalo de valores están incluidos dentro de este intervalo, en particular en las expresiones «de entre» y «que va de... a...».

Además, las expresiones «al menos uno» y «al menos» usadas en la presente descripción son respectivamente equivalentes a las expresiones «uno o más» y «mayor o igual que».

Carbono

La composición química del acero según la presente invención contiene 0,05% < C < 0,10% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene carbono (C) en un contenido que va del 0,05% al 0,10% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,05% en peso) como superiores (0,10% en peso).

El carbono aumenta significativamente la resistencia a la tracción del acero según la presente invención. Sin embargo, también aumenta la dureza, lo que no es deseable para aplicaciones de servicio en entornos ácidos. El objetivo es conseguir alta resistencia y al mismo tiempo baja dureza y alta tenacidad. Por debajo del 0,05% en peso, la resistencia a la tracción disminuye significativamente y existe el riesgo de tener un límite elástico por debajo de lo esperado. En otras palabras, el contenido de carbono debe ser mayor o igual que el 0,05% en peso para garantizar resistencias de grado X70 y/o X80 en el caso de tubos sin costura templados y revenidos.

Además, por encima del 0,10% en peso, se ven afectadas negativamente propiedades tales como soldabilidad, ductilidad y tenacidad. De hecho, el acero es más susceptible a picos de dureza en la zona afectada por el calor, menor tenacidad en la unión soldada y menor resistencia al servicio en entornos ácidos.

El contenido de carbono es preferiblemente mayor o igual que el 0,06% (0,06% < C) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de carbono es preferiblemente menor o igual que el 0,08% (C < 0,08%) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de carbono va preferiblemente del 0,06% al 0,08% en peso, con respecto al peso total de la composición química. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,06% < C < 0,08% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química.

Silicio

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,15% < Si < 0,35% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene silicio (Si) en un contenido que va del 0,15% al 0,35% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,15% en peso) como superiores (0,35% en peso).

Este elemento se usa como desoxidante en estado líquido y este efecto se obtiene más eficazmente con contenidos superiores al 0,15% en peso. Dichos contenidos también aumentan la resistencia del acero, especialmente la resistencia a la rotura por tracción, mejorando el límite de alargamiento [cociente entre el límite elástico (LE) y la resistencia a la rotura por tracción (RRT)]. Sin embargo, por encima del 0,35% en peso, la tenacidad del acero se ve afectada negativamente y disminuye.

También se necesita silicio para retardar el fenómeno de ablandamiento durante el revenido a alta temperatura y también la disminución de las propiedades de tracción del acero. El contenido de silicio es preferiblemente mayor o igual que el 0,23% (0,23% < Si) en peso, y más preferiblemente mayor o igual que el 0,26% (0,26% < Si) en peso con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de silicio es preferiblemente menor o igual que el 0,31% (Si < 0,31%) en peso, y más preferiblemente menor o igual que el 30% (Si < 0,30%) en peso, respecto al peso total de la composición química.

El contenido de silicio es preferiblemente del 0,23% al 0,31% en peso, y más preferiblemente del 0,26% al 0,30% en peso, con respecto al peso total de la composición química. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,23% < Si < 0,31% en peso, y más preferiblemente 0,26% < Si < 0,30% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química.

Manganeso

La composición química del acero según la presente invención contiene además 1,20% < Mn < 1,50% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene manganeso (Mn) en un contenido que va del 1,20% al 1,50% en peso, con relación al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (1,20% en peso) como superiores (1,50% en peso).

El manganeso es beneficioso para la trabajabilidad en caliente del acero. También aumenta la capacidad de endurecimiento del acero. Además, el manganeso aumenta la resistencia a la tracción del acero mediante el endurecimiento por solución sólida. Propiedades como la soldabilidad y la tenacidad se ven negativamente afectadas cuando el contenido de manganeso supera el 1,50% en peso, con respecto al peso total del acero.

El contenido de manganeso es preferiblemente mayor o igual que el 1,35% (1,35% < Mn) en peso, y más preferiblemente el 1,40% (1,40% < Mn) en peso con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de manganeso es preferiblemente menor o igual que el 1,45% (Mn < 1,45%) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de manganeso es preferiblemente del 1,35% al 1,45% en peso, y más preferiblemente del 1,40% al 1,45% en peso, con respecto al peso total de la composición química. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 1,35% < Mn < 1,45% en peso, y más preferiblemente 1,40% < Mn < 1,45% en peso con respecto al peso total de dicha composición química.

Cromo

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,02% < Cr < 0,10% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene cromo (Cr) en un contenido que va del 0,02% al 0,10% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,02% en peso) como superiores (0,10% en peso).

El cromo mejora la capacidad de endurecimiento del acero, lo que conduce a una mejora de las resistencias a la tracción. Pero un contenido mayor puede ser perjudicial para la soldabilidad de los aceros debido al aumento de la dureza y la disminución de la tenacidad.

El contenido de cromo debe permanecer menor o igual que el 0,10% en peso para evitar puntos duros (puntos de alta dureza local) durante el revenido y/o durante la soldadura causados por la formación y la precipitación de carburos. Tales precipitados son, de hecho, perjudiciales para el SSC.

El contenido de cromo es preferiblemente mayor o igual que el 0,06% (0,06% < Cr) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de cromo es preferiblemente menor o igual que el 0,08% (Cr < 0,08%) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de cromo es preferiblemente del 0,06% al 0,08% en peso, con respecto al peso total de la composición química. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,06% < Cr < 0,08% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química.

Molibdeno

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,10% < Mo < 0,30% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene molibdeno (Mo) en un contenido que va del 0,10% al 0,30% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,10% en peso) como superiores (0,30% en peso).

El molibdeno aumenta tanto el límite elástico como la resistencia a la tracción y respalda la homogeneidad de las propiedades mecánicas, la microestructura y la tenacidad del acero a lo largo de toda la longitud y el espesor del tubo sin costura. La presencia de molibdeno también permite aumentar la temperatura de revenido y proporcionar tubos sin costura de mayor espesor, sin cambiar otros parámetros del procedimiento, mejorando así la dureza de dicho tubo sin costura, así como su resistencia al SSC. El molibdeno también aumenta la capacidad de endurecimiento del acero.

El contenido de molibdeno es preferiblemente mayor o igual que el 0,16% (0,16% < Mo) en peso, y más preferiblemente mayor o igual que el 0,20% (0,20% < Mo) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de molibdeno es preferiblemente menor o igual que el 0,26% (Mo < 0,26%) en peso, y más preferiblemente menor o igual que el 0,24% (Mo < 0,24%) en peso respecto al peso total de la composición química.

El contenido de molibdeno es preferiblemente del 0,16% al 0,26% en peso, más preferiblemente del 0,20% al 0,24% en peso con respecto al peso total del acero. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,16% < Mo < 0,26% en peso, más preferiblemente 0,20% < Mo < 0,24% en peso con respecto al peso total de dicha composición química.

La composición química del acero según la presente invención cumple preferiblemente la siguiente fórmula (2) entre Cr y Mo, cuyos contenidos se expresan en porcentaje en peso,

Cr Mo < 0,35 % formula (2).

En otras palabras, la suma de los contenidos de Cr y Mo es preferiblemente menor o igual que el 0,35% en peso, con respecto al peso total del acero. Un valor más alto de la combinación de estos elementos puede causar una resistencia muy alta junto con una dureza alta indeseable. Por lo tanto, podría ser necesaria una temperatura de revenido muy alta que provoque la recristalización de los listones de martensita formados cerca de las superficies del tubo durante el procedimiento de enfriamiento rápido. Por otro lado, una temperatura de revenido demasiado baja puede conducir a valores demasiado altos indeseables para la dureza y/o la resistencia a la tracción.

Aluminio

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,015% < Al < 0,040% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene aluminio (Al) en un contenido que va del 0,015% al 0,040% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,015% en peso) como superiores (0,040% en peso).

El aluminio es un poderoso desoxidante del acero y refinador de grano. El contenido de aluminio no debe exceder el 0,040% en peso porque la limpieza del acero puede verse afectada negativamente por una posible formación más intensa de óxidos de aluminio. Sin embargo, un valor demasiado bajo de Al tampoco es deseable debido a la necesaria desoxidación del acero, así como a la necesidad de una cantidad razonable de AlN para inhibir el crecimiento del grano durante las operaciones de laminación, tratamiento térmico y soldadura.

El contenido de aluminio es preferiblemente mayor o igual que el 0,20% (0,20% < Al) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de aluminio es preferiblemente menor o igual que el 0,35% (Al < 0,35%) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de aluminio es preferiblemente del 0,20% al 0,35% en peso, con respecto al peso total del acero. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,20% < Al < 0,35% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química.

Nitrógeno

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,002% < N < 0,012% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene nitrógeno (N) en un contenido que va del 0,002% al 0,012% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,002% en peso) como superiores (0,012% en peso).

Por encima del 0,012% en peso, el nitrógeno forma carbonitruros gruesos que afectan negativamente a la tenacidad y también es perjudicial para la resistencia al SSC. Además, un nivel demasiado alto de nitrógeno también puede acelerar el envejecimiento por deformación de los tubos de acero que se someten a deformación plástica durante el procedimiento de colocación del carrete. Por otro lado, un contenido demasiado bajo de nitrógeno también es perjudicial debido a la reducción de la precipitación de los carbonitruros y/o nitruros de aluminio que son necesarios para inhibir el crecimiento del grano y aumentar las propiedades de tracción.

El contenido de nitrógeno es preferiblemente mayor o igual que el 0,005% (0,005% < N) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de nitrógeno es preferiblemente menor o igual que el 0,10% (N < 0,10%) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de nitrógeno es preferiblemente del 0,005% al 0,10% en peso, con respecto al peso total del acero. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,005% < N < 0,10% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química.

Níquel

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,10% < Ni < 0,30% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene níquel (Ni) en un contenido que va del 0,10% al 0,30% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,10% en peso) como superiores (0,30% en peso).

El níquel mejora la dureza del acero. Aumenta el límite elástico, así como la resistencia a la tracción. El níquel es un elemento muy importante para mejorar la tenacidad, especialmente a temperaturas muy bajas.

El contenido de níquel es preferiblemente mayor o igual que el 0,12% (0,12% < Ni) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de níquel es preferiblemente menor o igual que el 0,20% (Ni < 0,20%) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de níquel es preferiblemente del 0,12% al 0,20% en peso, con respecto al peso total del acero. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,12% < Ni < 0,20% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química.

Vanadio

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,02% < V < 0,06% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene vanadio (V) en un contenido que va del 0,02% al 0,06% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,02% en peso) como superiores (0,06% en peso).

El vanadio aumenta las propiedades de tracción debido al fenómeno de endurecimiento por precipitación. Por encima del 0,06% en peso, los precipitados de vanadio (nitruros y/o carburos) aumentan el riesgo de tener picos de dureza en la zona afectada por el calor, así como una dispersión en los valores de tenacidad a bajas temperaturas y/o un desplazamiento de las temperaturas de transición a temperaturas mayores. En consecuencia, las propiedades de tenacidad se ven afectadas negativamente por dichos contenidos. Por otro lado, un contenido demasiado bajo de vanadio no aumenta la resistencia de los aceros. El vanadio también tiene un efecto menor sobre la capacidad de endurecimiento de los aceros.

El contenido de vanadio es preferiblemente mayor o igual que el 0,03% (0,03% < V) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de vanadio es preferiblemente menor o igual que el 0,05% (V < 0,05%) en peso con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de vanadio es preferiblemente del 0,03% al 0,05% en peso con respecto al peso total de la composición química. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,03% < V < 0,05% en peso con respecto al peso total de dicha composición química.

Niobio

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,01% < Nb < 0,03% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene niobio (Nb) en un contenido que va del 0,01% al 0,03% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluyen los límites tanto inferiores (0,01% en peso) como superiores (0,03% en peso).

El niobio conduce a precipitados de carburo y/o nitruro que dan como resultado una microestructura de tamaño de grano fino por efectos de fijación de límites de grano y mejor resistencia a la tracción. Sin embargo, por encima del 0,03% en peso, el niobio puede tener un impacto negativo en la dureza, especialmente en la zona afectada por el calor. Y entonces también puede tener un impacto negativo en la tenacidad por la formación de precipitados gruesos.

El contenido de niobio es preferiblemente mayor o igual que el 0,02% (0,02% < Nb) en peso, con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de niobio es preferiblemente menor o igual que el 0,028% (Nb < 0,028%) en peso con respecto al peso total de la composición química.

El contenido de niobio preferiblemente para el peso total de la composición química. En otras palabras, la composición química del acero según la presente invención contiene preferiblemente 0,02% < Nb < 0,028% en peso con respecto al peso total de dicha composición química.

La composición química del acero según la presente invención cumple preferiblemente la siguiente fórmula (3) entre Nb y V, cuyos contenidos se expresan en porcentaje en peso,

Nb V < 0,07 formula (3).

En otras palabras, la suma de los contenidos de Nb y V es preferiblemente menor o igual que el 0,07% en peso, con respecto al peso total del acero, para evitar cualquier pico de dureza en la zona afectada por el calor (ZAC) y mejorar la resistencia al SSC en esta región.

Titanio

La composición química del acero según la presente invención contiene además 0,001% < Ti < 0,025%; en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero contiene titanio (Ti) en un contenido de hasta el 0,025% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química; entendiéndose que se incluye el límite superior (0,025% en peso).

Por encima del 0,025% en peso, el titanio puede dar lugar a precipitados gruesos de carburo y/o nitruro, que conducen a un peor control del refinado del grano, así como a una mayor susceptibilidad al agrietamiento secundario en las pruebas de SSC. Además, con tales contenidos, el titanio afecta negativamente al límite elástico y la tenacidad del acero.

El contenido de titanio está preferiblemente en el intervalo de 0,005% < Ti < 0,020% en peso, con respecto al peso total de la composición química.

La composición química del acero según la presente invención cumple preferiblemente la siguiente fórmula (4) entre Nb, V y Ti, cuyos contenidos se expresan en porcentaje en peso,

Nb V Ti < 0,095 formula (4).

En otras palabras, la suma de los contenidos de Nb, V y Ti es preferiblemente menor o igual que el 0,095% en peso, con respecto al peso total del acero. Esta combinación de elementos es importante para evitar puntos de dureza en la zona afectada por el calor de las soldaduras circunferenciales, mejorando la resistencia al SSC y la tenacidad en esta región.

Resto y elementos residuales

El resto de la composición química del acero según la presente invención está compuesto por Fe y elementos residuales resultantes de los procedimientos de producción y fundición del acero, incluidos P, S, B, Ca, Cu y mezclas de los mismos.

En algunas realizaciones, la composición química contiene elementos residuales elegidos entre P, S, B, Ca, Cu y mezclas de los mismos.

El término «elementos residuales» se refiere a los elementos inevitables que resultan de los procedimientos de producción y fundición del acero.

Los contenidos del residuo, expresados en porcentajes en peso, con relación al peso total de dicha composición química, son preferiblemente los siguientes:

P < 0,012

S < 0,003

B < 0,0005

Ca < 0,004

Cu < 0,12

Boro

El contenido de boro (B) es preferiblemente menor o igual que el 0,0005% en peso, con respecto al peso total de la composición química del acero. Por encima de este contenido, el boro puede tener un impacto negativo en la soldabilidad debido a la formación de puntos duros en la zona afectada por el calor. Más preferiblemente, la composición del acero está exenta de boro. La composición exenta de boro contiene menos del 0,0005% en peso de boro, con respecto al peso total de la composición química del acero.

Cobre

La composición química del acero según la presente invención puede contener además Cu < 0,12% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. En otras palabras, la composición química del acero puede contener además cobre (Cu) en un contenido menor o igual que el 0,12% en peso, con respecto al peso total de dicha composición química. Por encima del 0,12% en peso, el cobre puede provocar defectos en la superficie debido al fenómeno de fragilidad en caliente.

Otros elementos como Ca y REM (metales de tierras raras, por sus siglas en inglés) también pueden estar presentes como elementos residuales inevitables. P y S disminuyen la resistencia al SSC y la tenacidad.

El equivalente de carbono y Pcm son parámetros calculados en porcentaje en peso, que relacionan los efectos combinados de diferentes elementos de aleación en aceros para una cantidad equivalente de carbono.

La resistencia a la tracción deseada se puede variar cambiando la cantidad de carbono y otros elementos de aleación mediante un tratamiento térmico adecuado. Estos parámetros son muy importantes para permitir una mejor soldabilidad, tenacidad y resistencia a la tracción. Cuanto menor sea el equivalente de carbono y el Pcm, mejor será la soldabilidad y la tenacidad. Pero no puede ser demasiado bajo, ya que no se alcanzará la resistencia mínima a la tracción.

La presente invención también se refiere a un tubo sin costura, hecho de un acero como se ha definido anteriormente.

Según una realización de la invención, los tubos sin costura son del grado X80, con un límite elástico del acero entre 555 MPa y 740 MPa, un espesor de la pared del tubo entre 15,1 mm y 35 mm, y tal que la composición química del acero contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,16 < Mo < 0,26; y preferiblemente 0,20 < Mo < 0,24.

Según otra realización de la invención, los tubos sin costura son del grado X70, con un límite elástico del acero entre 485 MPa y 635 MPa, un espesor de la pared del tubo entre 9,3 mm y 40 mm, y tales que la composición química del acero contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,10 < Mo < 0,21.

Otro objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar un tubo sin costura como se ha definido anteriormente.

Más particularmente, un tubo sin costura hecho de acero según la presente invención se obtiene según métodos convencionales de conformación en caliente.

Por ejemplo, el acero según la presente invención se puede fundir mediante prácticas de fusión de uso común y procedimientos de fundición de uso común tales como los métodos de fundición continua o fundición de lingotes. Luego, el acero se calienta a una temperatura que va de 1100 °C y 1300 °C, de modo que en todos los puntos la temperatura alcanzada es favorable a las altas tasas de deformación que sufrirá el acero durante el conformado en caliente.

Preferiblemente, la temperatura máxima es menor que 1300 °C para evitar quemaduras. Por debajo de 1100 °C, la ductilidad en caliente del acero se ve afectada negativamente. Ventajosamente, el acero se conforma en caliente en al menos una etapa por laminación.

Se obtiene, así, un tubo sin costura con las dimensiones deseadas. Este producto tubular presenta preferiblemente un espesor de la pared que va de 9,3 mm a 50 mm, y más preferiblemente de 15 mm a 35 mm.

Luego, el tubo sin costura se austeniza, es decir, se calienta hasta una temperatura de austenización (TA) para lograr una microestructura homogénea a lo largo de la longitud y en la sección de la pared.

El tubo sin costura hecho de acero según la presente invención se mantiene entonces a la temperatura de austenización, TA, durante un tiempo de austenización, tA, de al menos 2 minutos, siendo el objetivo que en todos los puntos del tubo, la temperatura alcanzada sea al menos igual a la temperatura de austenización. La temperatura debe ser homogénea en todo el tubo. El tiempo de austenización, tA, no debe ser superior a 60 minutos porque por encima de dicha duración, los granos de austenita crecen indeseablemente grandes y conducen a una estructura final más basta. Esto sería perjudicial para la tenacidad y la resistencia al SSC.

El tubo sin costura austenizado hecho de acero según la presente invención se enfría luego a la temperatura normal, por ejemplo, en agua (enfriamiento rápido con agua).

El tubo sin costura enfriado rápidamente hecho de acero según la presente invención luego se reviene, es decir, se calienta a una temperatura de revenido (TR) que va de 630 °C a 670 °C, preferiblemente de 630 °C a 665 °C, y más preferiblemente de 635 °C a 660 °C.

La temperatura de revenido debe permanecer por debajo de 670 °C para evitar cualquier recristalización de martensita debajo de las superficies exterior e interior del tubo, que sería perjudicial para la resistencia al SSC, así como para las propiedades de tracción y la resistencia a la fatiga, pero mayor que 630 °C para mantener la microestructura homogénea a lo largo de todo el tubo sin costura. La temperatura de revenido debe permanecer por encima de 630 °C, para evitar picos de dureza en las superficies del DI y DE.

Dicha etapa de revenido se hace durante un tiempo de revenido tR, preferiblemente entre 20 y 60 minutos. Esto conduce a un tubo sin costura de acero templado y revenido.

El tubo sin costura de acero templado y revenido según la invención se enfría luego a la temperatura normal usando enfriamiento con agua o aire.

Al final del procedimiento de la presente invención, el tubo sin costura así obtenido puede sufrir además etapas de acabado adicionales, tales como dimensionamiento, recubrimiento o enderezado.

El tubo sin costura de acero templado y revenido es útil luego para tubos de conducción, para aplicaciones como tubos de procedimiento, líneas de flujo o elevadores en la industria del petróleo y el gas.

Por lo tanto, la presente invención también se refiere al uso de un tubo sin costura como se definió previamente para tubos de conducción.

Otras características y ventajas de la invención se dan en la siguiente sección experimental, que debe considerarse como ilustrativa y no limitativa del alcance de la presente solicitud.

Ejemplos

I. Ejemplo 1. X80

1. Aceros ensayados

Las siguientes composiciones de aceros para tubos sin costura según la presente invención (A1), (A2) y (A3) se han preparado a partir de los elementos indicados en la tabla 1 a continuación, cuyas cantidades se expresan en porcentaje en peso, con respecto al peso total de la composición química.

Tabla 1

2. Protocolo

Los aceros (A1), (A2) y (A3) que tienen las composiciones químicas descritas en la tabla 1 anterior se han calentado y luego conformado en caliente en tubos de acero sin costura de las dimensiones deseadas mediante trabajo en caliente usando un laminador a 1250 °C.

Los tubos de acero sin costura así obtenidos tienen un espesor de pared (EP) igual a 15,9 mm o 25,4 mm.

Después del conformado en caliente, los tubos de acero sin costura se han sometido a las siguientes condiciones de procedimiento resumidas en la tabla 2, con:

TA: Temperatura de austenización en °C

tA: tiempo de austenización en segundos

TR: Temperatura de revenido en °C

tR: Tiempo de revenido en segundos

Las siguientes etapas, están definidas en la tabla 2 y corresponden a las etapas (c) y (d) del procedimiento de la presente invención.

Tabla 2

Luego se evaluaron las propiedades mecánicas, la mecánica de fractura y el comportamiento de SSC para cada acero (A1), (A2), (A3) según los siguientes métodos.

3. Comportamiento de la dureza

El comportamiento de la dureza se ha evaluado según la norma ISO 6507-1.

Cada tubo (A1; 25,4 mm); (A2; 25,4 mm); (A3; 25,4 mm); (A1; 15,9 mm) y (A2; 15,9 mm) se ha cortado en su dirección transversal y se ha dividido en cuatro cuadrantes. Se han realizado cuatro muescas en la pared exterior, la pared intermedia y la pared interior en los extremos inferior y superior del tubo. En otras palabras, se han realizado 16 medidas por cada pared en el extremo inferior del tubo y otras 16 en el extremo superior.

Los resultados se muestran en las figuras 1a (que representan los resultados obtenidos para los tubos (A1; 25,4 mm); (A2; 25,4 mm) y (A3; 25,4 mm)) y 1b (que representan los resultados obtenidos para los tubos (A1; 15,9 mm) y (A2; 15.9 mm)).

Cada gráfico representa todos los valores individuales de las mediciones de la dureza realizadas en diferentes posiciones (extremos inferior y superior del tubo), así como en la sección transversal (pared exterior, pared intermedia y pared interior) para cada tubo (A¹; 25,4 mm); ( A2; 25,4 mm); (A3; 25,4 mm); (A1; 15,9 mm) y (A2; 15,9 mm). Los resultados así obtenidos muestran claramente que los tubos hechos de acero según la presente invención cumplen con los requisitos de DNVGL-ST-F101. De hecho, tanto para paredes más gruesas (figura 1a) como para paredes más delgadas (figura 1 b), todos los valores de la dureza están muy por debajo de 250 HV10. Este buen nivel se mejora incluso para las paredes más delgadas (figura 1 b) ya que estos valores están en su mayoría por debajo de 230 HV10.

4. Propiedades de tracción

Las propiedades de tracción se han evaluado según la norma ASTM A370.

Las propiedades de tracción, representadas por el límite elástico, se muestran en las figuras 2a (que representan los resultados obtenidos para los tubos (A1; 25,4 mm); (A2; 25,4 mm) y (A3; 25,4 mm)) y 2b (que representan los resultados obtenidos para los tubos (A1; 15,9 mm) y (A2; 15,9 mm)).

Cada gráfico representa los valores de límite elástico medidos para cada tubo (A1; 25,4 mm); (A2; 25,4 mm); (A3; 25,4 mm); (A1; 15,9 mm) y (A2; 15,9 mm).

Los resultados así obtenidos muestran claramente que los tubos hechos de acero según la presente invención presentan un límite elástico mayor o igual que 555 MPa (80 ksi). En otras palabras, el acero según la presente invención corresponde al grado X80.

5. Resistencia al HIC

El ensayo de HIC, correspondiente al ensayo según el método NACE TM 0284, consiste en sumergir los tubos de ensayo en una solución (solución A) de H²S al 100%. La duración de la prueba es de 96 horas. Todos los especímenes (A1; 25,4 mm); (A2; 25,4 mm); (A3; 25,4 mm); (A1; 15,9 mm) y (A2; 15,9 mm) pasaron sin grietas, es decir, la relación de sensibilidad al agrietamiento (CSR), la relación de longitud de grieta (CLR) y la relación de espesor de grieta (CTR) (todas por sus siglas en inglés) son todas cero.

6. Resistencia al SSC

La resistencia al SSC corresponde a la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuros. Esta resistencia al SSC se ha evaluado para cada tubo (A1; 25,4 mm); (A2; 25,4 mm); (A3; 25,4 mm); (A1; 15,9 mm) y (A2; 15.9 mm) según los tres métodos siguientes:

- la primera prueba de SSC, correspondiente a la norma NACE TM0177-2016, método A, consiste en sumergir los tubos bajo carga axial en una solución acuosa (solución A), que consiste en el 5,0% en peso de cloruro de sodio y el 0,5% en peso de ácido acético glacial disuelto en agua destilada. El pH de la solución antes o después de la saturación de H²S era del orden de 2,6 y 2,8. La temperatura de la solución es de 24 °C. La duración de la prueba es de 720 horas y la tensión aplicada es el 90% del límite elástico real.

- la segunda prueba de SSC, correspondiente a la prueba de flexión de cuatro puntos: norma ASTM G-39, consiste en sumergir los tubos bajo carga en una solución acuosa (solución A), que consiste en el 5,0% en peso de cloruro de sodio y el 0,5% en peso de ácido acético glacial disuelto en agua destilada. El pH de la solución antes o después de la saturación de H²S era del orden de 2,6 y 2,8. La temperatura de la solución es de 24 °C. La duración de la prueba es de 720 horas y la tensión aplicada es el 90% del límite elástico real.

Luego se determinó la ausencia de falla.

Después de 720 horas, los tubos según la presente invención no presentaron fallas ni grietas secundarias a lo largo de la sección. Todos los tubos muestran una excelente resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuro y, por lo tanto, pueden usarse en condiciones ácidas extremas.

7. Prueba después de deformación y envejecimiento

La composición del acero (A1) según la presente invención se ha preparado a partir de los elementos indicados en la tabla 1 anterior. Luego, el acero (A1) así obtenido se ha conformado en caliente según el protocolo mencionado anteriormente en el ejemplo 1 y se han producido los siguientes dos tubos (A1 a) y (A1 b).

T ras el temple y revenido, el tubo (A1 b) se ha envejecido y deformado según el siguiente protocolo:

El espécimen de tira de pared completa (A1 b) se ha sometido a tensión de tracción uniaxial causando una deformación plástica del 2% (A1b-2%) o del 5% (A1b-5%). Luego, los tubos se han envejecido a 250 °C durante 1 hora. Con este protocolo se pretende simular el impacto del enrollado en las propiedades mecánicas del tubo a bajas temperaturas. Las propiedades mecánicas, la mecánica de fractura y el comportamiento de SSC del tubo (A1a) y de los tubos envejecidos y deformados (A1b-2%) y (A1b-5%) se evaluaron luego según los siguientes métodos.

7.1. Comportamiento de la dureza

El comportamiento de la dureza se ha evaluado según la norma ISO 6507-1, como se mencionó anteriormente en el ejemplo 1.

Los resultados obtenidos con (A1b-2%), que tiene un espesor de pared de 15,9 mm, se mencionan en la tabla 3 a continuación. Los siguientes valores corresponden a las medias de las cuatro medidas de dos de los cuatro cuadrantes para cada extremo.

Dureza (HV10). Tabla 3

Los resultados así obtenidos muestran claramente que incluso después de la deformación y el envejecimiento, los tubos de acero según la presente invención cumplen los requisitos de DNVGL-ST-F101. De hecho, todos los valores de la dureza están por debajo de 250 HV10.

7.2. Prueba de energía del impacto

Para cada tubo (A1a) y (A1b-5%), se han determinado valores de energía del impacto según el ensayo del impacto Charpy ASTM E23, tipo A.

Se realizaron tres ranuras ubicadas en diferentes posiciones a lo largo del espesor de la pared (pared exterior, pared intermedia y pared interior) en los tubos (A1 a) y (A1 b-5%). Luego, los tubos se pusieron a diferentes temperaturas que van de -10 °C a -80 °C.

Luego se midió la energía absorbida (julios) y el área de corte (%) después de las pruebas de impacto Charpy a diferentes temperaturas.

Los resultados se dan en la tabla 4 a continuación para el tubo (Ala) y el tubo (A1b-5%). Los resultados que se muestran en la tabla corresponden a los valores medios de las tres mediciones usando los especímenes de tamaño completo.

Prueba de impacto Charpy. Tabla 4

Los resultados así obtenidos muestran que los tubos hechos de acero según la presente invención no presentan fractura frágil incluso a -80 °C para las condiciones de templado y revenido (A1a).

Además, incluso después de una extrema deformación uniaxial del 5% seguida de un envejecimiento a 250 °C durante 1 h, este buen comportamiento dúctil se mantiene para temperaturas de hasta -60 °C (A1b-5%).

7.3. Desplazamiento de apertura de la punta de la grieta (CTOD, por sus siglas en inglés)

Este método se usa para determinar cuándo comienza a propagarse la grieta.

Se cortaron tres especímenes en cada tubo (A1a), (A1b-2%) y (A1b-5%) usando una electroerosionadora (EDM, por sus siglas en inglés) con el fin de garantizar ranuras estrechas a partir de las cuales las prefisuras por fatiga puedan extenderse por fatiga. Las pruebas y evaluaciones de resultados siguieron la norma BS 7448-1. Los tubos ensayados tenían un espesor de pared de 25,4 mm.

La especificación DNVGL-ST-F101 establece un valor de CTOD mínimo de 0,150 mm para la temperatura de diseño. Los valores de CTOD se dan en la tabla 5 siguiente.

CTOD. Tabla 5

Los resultados así obtenidos muestran que los valores de CTOD del acero según la presente invención son mucho mayores que 0,150 mm. De hecho, incluso a -60 °C, los valores de CTOD son mayores que 1,10 mm.

Además, todos los tubos (A1a), (A1b-2%) y (A1b-5%) presentan un modo de fractura dúctil.

Los ensayos tanto de energía de impacto como de CTOD muestran que el acero de la presente invención presenta una excelente resistencia a la tensión. Incluso después de deformación y envejecimiento, los tubos siguen siendo tenaces a temperaturas de hasta -60 °C.

7.4. Resistencia al SSC

La resistencia al SSC se ha evaluado para cada tubo (A1a; 25,4 mm); (A1a; 15,9 mm) y (A1b-5%) según los métodos mencionados anteriormente en el ejemplo 1.

Después de 720 horas, ninguno de los tubos presentó fallas ni grietas secundarias. Todos los tubos muestran una excelente resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuros, incluso después de deformación y envejecimiento, y, por lo tanto, pueden usarse en condiciones ácidas extremas.

II. Ejemplo 2. X70

1. Aceros ensayados

Las siguientes composiciones de aceros para tubos sin costura según la presente invención, (A4) y (A5), se han preparado a partir de los elementos indicados en la tabla 1 a continuación, cuyas cantidades se expresan en porcentaje en peso, con respecto al peso total de la composición química.

Tabla 6

2. Protocolo

Los aceros (A4) y (A5) que tienen las composiciones químicas descritas en la tabla 6 anterior se calentaron y luego se conformaron en caliente en tubos de acero sin costura de las dimensiones deseadas mediante trabajo en caliente usando un laminador a 1250 °C.

Los tubos de acero sin costura así obtenidos tienen un espesor de pared (EP) igual a 25,4 mm.

Después del conformado en caliente, los tubos de acero sin costura han pasado por las siguientes condiciones de procedimiento:

TA: Temperatura de austenización a 920 °C

tA: Tiempo de austenización durante 900 segundos

TR: Temperatura de revenido a 650 °C

tR: Tiempo de revenido durante 2400 segundos

Las propiedades mecánicas, la mecánica de fractura, el comportamiento al HIC y SSC se han evaluado para cada acero (A4) y (A5) según los siguientes métodos.

3. Comportamiento de la dureza

El comportamiento de la dureza se ha evaluado según la norma ISO 6507-1, según el método descrito en el ejemplo 1.

Los resultados se muestran en la figura 3.

Los resultados así obtenidos muestran claramente que los tubos hechos de acero según la presente invención cumplen con los requisitos de DNVGL-ST-F101. Todos los valores de la dureza están por debajo de 240 HV10. 4. Propiedades de tracción

Las propiedades de tracción se han evaluado según la norma ASTM A370.

Las propiedades de tracción, representadas por el límite elástico, se muestran en las figuras 4. Cada gráfico representa los valores de límite elástico medidos para cada tubo (A4; 25,4 mm) y (A5; 25,4 mm).

Los resultados así obtenidos muestran claramente que los tubos hechos de acero según la presente invención presentan un límite elástico mayor o igual que 485 MPa (70 ksi).

5. Resistencia al HIC

Los tubos (A4; 25,4 mm) y (A5; 25,4 mm) pasaron la prueba de HIC, correspondiente a la prueba según el método NACE TM 0284, sin grietas después de 96 horas, es decir, la relación de sensibilidad al agrietamiento (CSR), la relación de longitud de grieta (CLR) y la relación de espesor de grieta (CTR) son todas cero.

6. Resistencia al SSC

Los tubos (A4; 25,4 mm) y (A5; 25,4 mm) pasaron la prueba del SSC, correspondiente a la prueba según NACE TM0177-2016, método A, sin fallas ni grietas secundarias después de 720 horas. Todos los tubos mostraron una excelente resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuro y, por lo tanto, pueden usarse en condiciones extremas de acidez.

7. Prueba después de deformación y envejecimiento

La composición del acero (A4) y (A5) según la presente invención se ha preparado a partir de los elementos indicados en la tabla 6 anterior. Luego, el acero así obtenido se ha conformado en caliente según el protocolo mencionado anteriormente en el ejemplo 2. Después del templado y revenido, el tubo se ha envejecido y deformado según el siguiente protocolo: se aplica una tensión de tracción uniaxial que provoca una deformación plástica del 5% al tubo de pared completa, y luego los tubos se han envejecido a 250 °C durante 1 hora.

7.1. Comportamiento de la dureza

La máxima medida de la dureza obtenida fue 240HV10. Los resultados así obtenidos muestran claramente que incluso después de deformación y envejecimiento, los tubos de acero según la presente invención cumplen los requisitos de DNVGL-ST-F101. De hecho, todos los valores de la dureza están muy por debajo de 250 HV10.

7.2. Prueba de energía del impacto

Para tubos según el acero (A4), los valores de la energía del impacto se han determinado según la prueba de impacto Charpy ASTM E23, tipo A, usando un espécimen de tamaño completo.

Los resultados se dan en la tabla 7 a continuación para el tubo (A4) sin deformación y envejecimiento, y el tubo (A4-5%) después de deformación y envejecimiento. Los resultados que se muestran en la tabla corresponden a los valores medios de las tres mediciones usando especímenes de tamaño completo.

Prueba de impacto Charpy. Tabla 7

Los resultados así obtenidos muestran que los tubos hechos de acero según la presente invención no presentan fractura frágil incluso a -80 °C para las condiciones de templado y revenido.

Además, incluso después de una extrema deformación uniaxial del 5% seguida de un envejecimiento a 250 °C durante 1 h, este buen comportamiento dúctil se mantiene a temperaturas de hasta -60 °C.

7.3. Desplazamiento de apertura de la punta de la grieta (CTOD)

Se cortaron tres especímenes en cada tubo (A4) y (A4-5%), y respectivamente (A5). Las pruebas y evaluaciones de los resultados siguieron la norma BS 7448-1. Los tubos ensayados tenían un espesor de pared de 25,4 mm.

Los valores de CTOD se dan en la tabla 8 a continuación.

CTOD. Tabla 8

Los resultados así obtenidos muestran que los valores de CTOD del acero según la presente invención son mucho mayores que los 0,150 mm establecidos por la especificación DNVGL-ST-F101. De hecho, incluso a -60 °C, los valores de CTOD son mayores que 1 mm.

Tanto los ensayos de energía de impacto como de CTOD muestran que el acero de la presente invención presenta una excelente resistencia a la tensión. Incluso después de deformación y envejecimiento, los tubos siguen siendo tenaces a temperaturas de hasta -60 °C.

7.4. Resistencia al SSC

Después de 720 horas, ninguno de los tubos (A4) y (A4-5%) presenta falla ni grietas secundarias. Todos los tubos muestran una excelente resistencia al agrietamiento por tensión inducido por sulfuros, incluso después de deformación y envejecimiento, y, por lo tanto, pueden usarse en condiciones ácidas extremas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Acero que presenta un límite elástico mayor o igual que 485 MPa y cuya composición química, en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química, consiste en

0,05 < C < 0,10

0,15 < Si < 0,35

1,20 < Mn < 1,50

0,02 < Cr < 0,10

0,10 < Mo < 0,30

0,015 < Al < 0,040

0,002 < N < 0,012

0,10 < Ni < 0,30

0,02 < V < 0,06;

0,01 < Nb < 0,03

0,001 < Ti < 0,025

estando constituido el resto de la composición química de dicho acero por Fe y opcionalmente uno o más elementos residuales, elegidos entre P, S, B, Ca, Cu y mezclas de los mismos; siendo las cantidades de dichos elementos residuales, expresadas en porcentajes en peso, con respecto al peso total de dicha composición química, las siguientes:

P < 0,012

S < 0,003

B < 0,0005

Ca < 0,004

Cu < 0,12;

y satisfaciendo la composición química de dicho acero la siguiente fórmula (1) entre C, Cr, Mo, Nb, V y Ti, cuyos contenidos se expresan en porcentaje en peso,

C Cr Mo Nb V Ti < 0,55 fórmula (1),

2. Acero según la reivindicación 1, en donde presenta un límite elástico mayor o igual que 485 MPa, e inferior a 695 MPa, preferiblemente entre 495 MPa y 675 MPa.

3. Acero según la reivindicación 1 o 2, en donde presenta un límite elástico mayor o igual que 555 MPa, e inferior a 705 MPa, preferiblemente inferior a 675 MPa.

4. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,06 < C < 0,08.

5. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,23 < Si < 0,31, y preferiblemente 0,26 < Si < 0,30.

6. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 1,35 < Mn < 1,45; y preferiblemente 1,40 < Mn < 1,45.

7. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,06 < Cr < 0,08.

8. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,16 < Mo < 0,26; y preferiblemente 0,20 < Mo < 0,24.

9. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,03 < V < 0,05.

10. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,02 < Nb < 0,028.

11. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,005 < Ti < 0,020.

12. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química cumple la siguiente fórmula (2) entre Cr y Mo, cuyos contenidos se expresan en porcentaje en peso,

Cr Mo < 0,35 % formula (2).

13. Acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde su composición química satisface la siguiente fórmula (3) entre Nb y V, cuyos contenidos se expresan en porcentaje en peso,

Nb V < 0,07 formula (3).

14. Tubo sin costura, hecho de un acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

15. Tubo sin costura según la reivindicación 14, en donde el límite elástico del acero está entre 555 MPa y 740 MPa, el espesor de la pared del tubo está entre 15,1 mm y 35 mm, y la composición química del acero contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,16 < Mo < 0,26; y preferiblemente 0,20 < Mo < 0,24.

16. Tubo sin costura según la reivindicación 14, en donde el límite elástico del acero está entre 485 MPa y 635 MPa, el espesor de la pared del tubo está entre 9,3 mm y 40 mm, y la composición química del acero contiene en porcentaje en peso, con respecto al peso total de dicha composición química: 0,10 < Mo < 0,21.

17. Procedimiento de fabricación de un tubo sin costura que comprende las siguientes etapas sucesivas:

(a) proporcionar un acero que tenga una composición química como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, y conformar en caliente un tubo sin costura del mismo,

(b) enfriar el tubo sin costura obtenido en (a) a temperatura ambiente,

(c) calentar el tubo sin costura enfriado obtenido en (b) a una temperatura de austenización (TA) que va de 890 °C a 970 °C, preferiblemente de 900 °C a 930 °C para obtener un tubo sin costura austenizado, y luego enfriar rápidamente dicho tubo sin costura austenizado a temperatura normal para obtener un tubo sin costura templado,

18. Procedimiento según la reivindicación anterior, en donde la temperatura de revenido (TR) es de 630 °C a 665 °C, y preferiblemente de 635 °C a 660 °C.

19. Uso de un tubo sin costura como se define en las reivindicaciones 14 a 16 para tubos de conducción, para aplicaciones como tubos de procedimiento, líneas de flujo o elevadores en la industria del petróleo y el gas.