BR112018077232B1

BR112018077232B1 - Aço para tubo sem costura, tubo de aço sem costura obtido a partir do referido aço e método para produção do tubo de aço

Info

Publication number: BR112018077232B1
Application number: BR112018077232-1A
Authority: BR
Inventors: Bernhard Koschlig; Stephan SCHERF; Ralf Hojda; Rodolfo NIRELLO
Original assignee: Vallourec Deutschland Gmbh
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2022-12-13
Also published as: CN109477189B; WO2018011299A1; US20190323099A1; SG11201810590SA; BR112018077232A2; ES2846779T3; KR102450006B1; KR20190029634A; CN109477189A; EP3269837B1; US11021769B2; JP7016345B2; EP3269837A1; JP2019525994A

Abstract

A invenção lida com aço para tubos sem costura compreen-dendo os seguintes elementos de composição química em porcentagem em peso: 0,04 = C = 0,18, 0,10 = Si = 0,60, 0,80 = Mn = 1,90, P = 0,020, S = 0,01, 0,01 = Al = 0,06, 0,50 = Cu = 1,20, 0,10 = Cr = 0,60, 0,60 = Ni = 1,20, 0,25 = Mo = 0,60, B = 0,005, V = 0,060, Ti = 0,050, 0,010 = Nb = 0,050, 0,10 = W = 0,50, N = 0,012, onde o restante é Fe e impurezas ine-vitáveis. O aço da invenção pode ser utilizado em aplicações em alto mar, tubos de processo em linha, aplicações estruturais e mecânicas, especialmente onde as condições ambientais severas e temperaturas de serviço abaixo de -80 °C ocorrem.

Description

[0001] A invenção refere-se a aços de microliga/liga com limite de escoamento de pelo menos 485 MPa (70 ksi) com notável comportamento de tenacidade e boa capacidade de soldadura, de preferência, a invenção refere-se a um aço que possui mais do que 690 MPa (100 ksi). O aço da invenção pode ser utilizado em aplicações em alto mar, tubos de processo em linha, aplicações estruturais e mecânicas, especialmente onde condições ambientais severas e temperaturas de serviço inferiores a -80 °C ocorrem, como em vários projetos modernos de plataforma em alto mar, por exemplo, em plataformas de elevação como tubos de escoramento para os suportes de treliça aberta assim como em equipamento de construção tal como o cilindro hidráulico.

[0002] De modo geral, durante os últimos anos, os fabricantes de tubos têm feito tentativas significativas de satisfazer os requisitos crescentes para economizar material. Os esforços se basearam em limites de escoamento e de resistência à tração aumentados seguindo as exigências de projeto mediante a redução da espessura da parede sem alterar as cargas.

[0003] As ligas, que são tipicamente utilizadas para tubos sem costura em aplicações de oleduto/processo, são definidas para tipos de aço até 100 ksi (X100) na forma de padrões, por exemplo, API 5L e DNV-OS-F101. Para os tipos de alta resistência com espessuras de parede acima de 25 mm, esses padrões não fornecem nenhuma informação com relação aos valores de limite para a composição química. Na prática, estes aços mencionados nos padrões a.m. não serão apenas utilizados para oleodutos, eles também serão utilizados como aplicações estruturais e mecânicas até uma parede de 2 polegadas (5,08 cm).

[0004] Os tubos sem costura para estruturas e equipamentos marí timos em uma faixa de espessura de parede típica entre 10 mm e 50 mm são cobertos pelos padrões dos organismos de classificação DNV GL e ABS que definem os graus de até e incluindo 690 MPa de YS no mínimo com diferentes temperaturas de teste de impacto de Charpy até -60 °C (classe F) da composição química inclusiva.

[0005] Modificações da composição química para tubos sem costura podem ser combinadas entre o fabricante, comprador e sociedades de classificação de acordo com o padrão de offshore para materiais metálicos DNVGL-OS-B101 e padrões ABS aplicáveis.

[0006] No desenvolvimento de tipos de alta resistência, deve-se levar em conta que estes materiais devem ter excelentes propriedades de tenacidade e capacidade de soldadura.

[0007] Até agora, os tipos de aço padrão sem costura tais como X70 que implicam um limite de escoamento mínimo (YS) de 485 MPa e um limite de resistência à tração mínimo (UTS) de 570 MPa de acordo com a API 5L foram empregados em oleodutos, no entanto, existe um aumento de demanda para aços de resistência mais elevada em uma classe de resistência de até 100 ksi denominada X100 com um YS mínimo de 690 MPa, e uma UTS mínima de 770 MPa.

[0008] Quando tais aços são utilizados em construção em alto-mar para sustentar a estrutura de armação como suportes de treliça aberta em unidades de auto-elevação, por exemplo, altas exigências devem ser satisfeitas com relação à sua capacidade de soldadura, isto é, soldagem da junta do tubo e sua dutilidade/tenacidade em baixas temperaturas de até -40 °C e mesmo no campo do ártico ao menos até -60oC a -80 °C.

[0009] Enquanto para tubos soldados ou produção de chapas, as propriedades visadas para os tipos X100 mencionados acima poderi- am ser obtidas por uma combinação de laminação termomecânica com composição química ligeiramente alterada e tratamento térmico. Tipicamente, as propriedades requeridas para tubos sem costura laminados a quente devem ser obtidas utilizando um processo de lamina- ção controlada seguido por tratamento por têmpera e revenimento em combinação com uma análise química bem ajustada.

[0010] Começando por tipos inferiores, o aumento requerido em resistência enquanto mantém a dutilidade adequada dos tubos sem costura processados a quente para as aplicações acima descritas requer o desenvolvimento de novos conceitos de liga. Em particular, uma alta dutilidade adequada com boa capacidade de soldadura é difícil de atingir com os conceitos/processos de liga convencionais para o YS acima de 485 MPa.

[0011] Métodos tipicamente conhecidos para o aumento das resistências estão aumentando o teor de carbono, o equivalente de carbono através do uso de conceitos de formação de liga convencionais e/ou utilização de novos conceitos de formação de microliga, com base no processo de enrijecimento por precipitação.

[0012] Os elementos de microliga, tais como titânio, nióbio e vaná- dio, geralmente falando, são empregados para aumentar a resistência. O titânio já se precipita parcialmente em altas temperaturas na fase líquida como nitreto de titânio muito grosseiro. O nióbio forma precipitados de nióbio (C,N) em temperaturas mais baixas. Com temperatura ainda decrescente na fase líquida, o vanádio se acumula adicionalmente na forma de carbonitretos, isto é, precipitação de partículas de VC, levando à fragilização do material.

[0013] Entretanto, os precipitados excessivamente grosseiros des ses elementos de microliga frequentemente afetam negativamente a dutilidade. Consequentemente, a concentração desses elementos de formação de liga é geralmente limitada. Além disso, a concentração de carbono e nitrogênio necessária para a formação dos precipitados deve ser levada em consideração, que produz o complexo de definição de composição química total.

[0014] Esses conceitos bem conhecidos podem provocar deterio ração da dutilidade/tenacidade e pode também levar a uma fraca capacidade de soldadura, já que são mais e mais limitados em complexidade e uso como os tipos superiores.

[0015] Para superar estas limitações acima descritas, novos conceitos de formação de liga pelo uso de elementos que apresentam re-sistências crescentes através do enrijecimento da solução em combinação com as técnicas de formação de microligas que utilizam o enri- jecimento por precipitação com baixos teores de carbono, irão criar aços de alta resistência com excelente dutilidade/tenacidade e capacidade de soldadura.

[0016] Quando se trata de conceitos de aço para tubos sem costura com altos teores de carbono, o pedido US 2002/0150497 fornece uma liga para tubos de aço sem costura soldáveis para aplicação estrutural, através de um processo de laminação a quente e subsequente têmpera e revenimento que inclui 0,12 a 0,25 % em peso de C, 0,40 % em peso ou menos de Si, 1,20 a 1,80 % em peso de Mn, 0,025 % em peso ou menos de P, 0,010 % em peso ou menos de S, 0,01 a 0,06 % em peso de Al, 0,20 a 0,50 % em peso de Cr, 0,20 a 0,50 % em peso de Mo, 0,03 a 0,10 % em peso de V, 0,20 % em peso ou menos de Cu, 0,02 % em peso ou menos de N, 0,30 a 1,00 % em peso de W, e o restante ferro e impurezas incidentais, para a produção de alta resis-tência. Entretanto, conforme explicado previamente, em tais níveis, a capacidade de soldadura do tubo de aço sem costura é desafiadora. Além disso, os valores de tenacidade que podem ser alcançados com este conceito tornam difícil o uso para aplicações tais como nos árticos onde a temperatura pode ser tão baixa quanto -80 °C.

[0017] Utilizando a mesma abordagem, o pedido US2011/0315277 refere-se a uma liga de aço para um aço de baixa liga para produzir uma tubulação de aço sem costura laminada a quente de alta tração e soldável, em particular uma tubulação de construção. A composição química (em % em massa) sendo: de 0,15 a 0,18 % de C; de 0,20 a 0,40 % de Si; de 1,40 a 1,60 % de Mn; máximo de 0,05 % de P; máximo de 0,01 % de S; > 0,50 a 0,90 % de Cr; > 0,50 a 0,80 % de Mo; > 0,10 a 0,15 % de V; 0,60 a 1,00 % de W; 0,0130 a 0,0220 % de N; o restante é constituído de ferro com impurezas relacionadas à produção; com a adição opcional de um ou mais elementos selecionados de Al, Ni, Nb, Ti, com a condição de que a conexão V/N possui um valor entre 4 e 12 e o teor de Ni do aço não é maior do que 0,40 %. Como no pedido precedente US 2002/0150497, o teor de carbono desta divulgação também torna a capacidade de soldadura desafiadora. Existe ainda espaço para melhora dos valores de tenacidade da mesma forma não adequada para aplicação no ártico.

[0018] Com relação à diminuição do teor de carbono, o pedido US2011/02594787 divulga um aço soldável de alta resistência para tubos com um limite de escoamento mínimo de 620 MPa e uma resistência à tração de pelo menos 690 MPa caracterizado pela seguinte composição em % de massa: 0,030 a 0,12 % de C, 0,020 a 0,050 % de Al, máximo de 0,40 % de Si, 1,30 a 2,00 % de Mn, máximo de 0,015 % de P, máximo de 0,005 % de S, 0,20 a 0,60 % de Ni, 0,10 a 0,40 % de Cu, 0,20 a 0,60 % de Mo, 0,02 a 0,10 % de V, 0,02 a 0,06 % de Nb, máximo 0,0100 % de N, e o restante ferro com impurezas relacionadas à fusão, em que a relação de Cu/Ni possui um valor menor do que 1. Existe espaço para melhora da tenacidade e para a es-tabilidade de propriedades mecânicas tais como tenacidade e limite de escoamento através do comprimento do tubo e sua espessura de parede.

[0019] O aço de acordo com a invenção visa fornecer um aço que possui um YS de pelo menos 485 MPa, de preferência de pelo menos 690 MPa, tal aço sendo adequado para aplicação no ártico, isto é, com valor de tenacidade de pelo menos 69 J a -60 °C, de preferência a - 80°C. Além do mais, o aço da invenção possui propriedades estáveis por todo o comprimento e parede do tubo sem costura.

[0020] Para solucionar tais problemas, a invenção refere-se a um aço para tubos sem costura compreendendo os seguintes elementos de composição química em porcentagem em peso, onde os limites são incluídos: 0,04 ≤ C ≤ 0,18 0,10 ≤ Si ≤ 0,60 0,80 ≤ Mn ≤ 1,90 P ≤ 0,020 S ≤ 0,01 0,01 ≤ Al ≤ 0,06 0,50 ≤ Cu ≤ 1,20 0,10 ≤ Cr ≤ 0,60 0,60 ≤ Ni ≤ 1,20 0,25 ≤ Mo ≤ 0,60 B ≤ 0,005 V ≤ 0,060 Ti ≤ 0,050 0,010 ≤ Nb ≤ 0,050 0,10 ≤ W ≤ 0,50 N ≤ 0,012onde o restante é Fe e impurezas inevitáveis.

[0021] Em uma modalidade preferida, o aço de acordo com a in venção possui um teor de carbono C entre 0,04 % e 0,12 % ou ainda mais preferivelmente entre 0,05 % e 0,08 %.

[0022] Como para o manganês, de preferência, seu teor está entre 1,15 % e 1,60 %.

[0023] Como para o cobre, de preferência, seu teor está entre 0,60 % e 1 %.

[0024] Como para o molibdênio, de preferência, seu teor está en tre 0,35 % e 0,50 %.

[0025] Como para o titânio, de preferência, seu teor está estrita mente abaixo de 0,010 %.

[0026] Em outra modalidade preferida, o aço de acordo com a in venção possui um teor de tungstênio entre 0,10 % e 0,30 %.

[0027] Em outra modalidade preferida, o aço de acordo com a invenção possui um teor de V estritamente abaixo de 0,008 %. Em outra modalidade preferida, o aço de acordo com a invenção possui uma relação, em porcentagem em peso, de teor de carbono e teor de manganês tal que: 0,031 < 'hr;\ < 0,070. De modo a garantir a capacidade de soldadura melhorada, o aço de acordo com a invenção preferivelmente possui uma composição química que satisfaz a relação abaixo dependendo do teor de carbono:

[0028] CEIIW ≤ 0,65 % ou CEPcm ≤ 0,30 %

[0029] onde (em porcentagem em peso)

[0030] CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

[0031] CEPcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

[0032] Os limites de CEIIW se aplicam se C > 0,12 % e os limites de CEPcm se aplicam se C < 0,12 %.

[0033] Em outra modalidade da invenção, o aço de acordo com a invenção possui uma microestrutura compreendendo menos do que 15 % de ferrita poligonal e o restante sendo bainita e martensita revenida. A soma de ferrita, bainita e martensita é de 100 %.

[0034] Em uma modalidade preferida, o aço de acordo com a in venção possui um limite de escoamento compreendido entre 485 MPa e 890 MPa em média, e tenacidade em Joules a -60 °C de pelo menos 10 % do limite de escoamento. Por exemplo, para um aço de 500 MPa de YS, o valor mínimo de tenacidade deve ser de 50 Joules.

[0035] Em uma modalidade ainda mais preferida, o aço de acordo com a invenção possui um YS de pelo menos 690 MPa em média e uma tenacidade a -80 °C de pelo menos 69 J em média.

[0036] A invenção também se refere a um método de produção de aço para tubo sem costura compreendendo pelo menos as seguintes etapas sucessivas:

[0037] - um aço que possui uma composição de acordo com a in venção é fornecido,

[0038] - depois o aço é formado a quente em uma temperature compreendida entre 1100 °C e 1280 °C através de um processo de formação a quente para obter um tubo,

[0039] - em seguida, o tubo é aquecido até uma temperatura de austenitização AT acima ou igual a 890 °C e mantida na temperatura de austenização AT durante um tempo compreendido entre 5 e 30 minutos seguido por esfriamento até a temperatura ambiente de modo a obter um tubo temperado,

[0040] - então, o tubo temperado é aquecido e mantido em uma temperatura de revenimento TT compreendida entre 580 °C e 700 °C e mantido na temperatura de revenimento TT durante um tempo de re- venimento Tt compreendido entre 20 e 60 minutos seguido por esfriamento para a temperatura ambiente para se obter um tubo revenido.

[0041] O aço de acordo com a invenção ou produzido de acordo com a invenção pode ser utilizado para a obtenção de um tubo sem costura com uma espessura de parede acima de 12,5 mm para o componente estrutural ou para componentes de tubo em linha para aplicações em terra firme ou em alto mar.

[0042] Em uma modalidade preferida, tal aço é utilizado para obter um tubo sem costura com uma espessura de parede acima de 20 mm para aplicações estruturais, mecânicas ou de tubo em linha em terra firme ou em alto mar.

[0043] A Figura 1 ilustra as curvas de transição de Charpy (Joules) de aços 1 a 4.

[0044] A Figura 2 ilustra as propriedades mecânicas do aço 1 e 2 com tungstênio e 3 e 4 sem tungstênio.

[0045] Da mesma forma, dentro da estrutura da presente invenção, a influência de elementos de composição química, as características estruturais preferíveis e os parâmetros de processo de produção serão ainda detalhados abaixo.

[0046] É lembrado que as faixas de composição química são expressas em porcentagem em peso e incluem limites superiores e inferiores.CARBONO: 0,04 % a 0,18 %

[0047] O carbono é um forte formador de austenita que aumenta significativamente o limite de escoamento e a dureza do aço de acordo com a invenção. Abaixo de 0,04 %, o limite de escoamento e o limite de resistência à tração diminuem significativamente e há um risco de ter um limite de escoamento abaixo das expectativas. Acima de 0,18%, as propriedades tais como capacidade de soldadura, dutilidade e tenacidade são afetadas negativamente e uma microestrutura clássica de martensita é alcançada. De preferência, o teor de carbono situa- se entre 0,04 e 0,12 %. Em uma modalidade ainda preferida, o teor de carbono está entre 0,05 e 0,08 %, os limites sendo incluídos.SILÍCIO: 0,10% a 0,60%

[0048] O silício é um elemento que desoxida o aço líquido. Um teor de pelo menos 0,10 % pode produzir tal efeito. O silício também aumenta a resistência e alongamento em níveis acima de 0,10 % na invenção. Acima de 0,60 % a tenacidade do aço de acordo com a invenção é negativamente afetada. Para evitar tal efeito prejudicial, o teor de Si está entre 0,10 e 0,60 %.MANGANÊS: 0,80 % a 1,90 %

[0049] O manganês é um elemento que melhora a capacidade de forjar e enrijecer do aço e contribui com a capacidade de têmpera do aço. Além disso, este elemento também é um forte formador de auste- nita que aumenta a resistência do aço. Consequentemente, seu teor deve estar em um valor mínimo de 0,80 %. Acima de 1,90 %, uma redução na capacidade de soldadura e tenacidade é esperada no aço de acordo com a invenção. De preferência, o teor de Mn está entre 1,15 % e 1,60 %.ALUMÍNIO: 0,01 % a 0,06 %

[0050] O alumínio é um poderoso desoxidante de aço e sua pre sença também encoraja a dessulfurização do aço. Ele é adicionado em uma quantidade de pelo menos 0,01 % para ter este efeito.

[0051] No entanto, além de 0,06 %, existe um efeito de saturação com relação ao efeito acima mencionado. Além disso, nitretos de Al não refinados e prejudiciais para a dutilidade tendem a ser formados. Por estas razões, o teor de Al deve estar entre 0,01 e 0,06 %.COBRE: 0,50 % a 1,20 %

[0052] O cobre é muito importante para o enrijecimento da solu ção, mas este elemento é conhecido geralmente ser prejudicial para o enrijecimento e para a capacidade de soldadura. No aço de acordo com a invenção, o Cu aumenta tanto o limite de escoamento quanto o limite de resistência à tração. Em combinação com o teor de Ni da invenção, a perda de tenacidade e capacidade de soldadura atribuída à presença de Cu é ineficaz, o Ni neutraliza o efeito negativo do Cu quando combinado com ele no aço. Por esta razão, o teor mínimo de Cu deve ser de 0,50 %. Acima de 1,20 % a qualidade superficial do aço de acordo com a invenção é negativamente afetada pelos processos de laminação a quente. De preferência, o teor de cobre deve estar entre 0,60 e 1 %.CROMO: 0,10 % a 0,60 %

[0053] A presença de cromo no aço de acordo com a invenção cria precipitados de cromo que aumentam especialmente o limite de escoamento. Por esta razão, um teor mínimo de Cr de 0,10 % é necessário. Acima de 0,60 % os efeitos da densidade de precipitação afetam negativamente a tenacidade e a capacidade de soldadura do aço de acordo com a invenção.NÍQUEL: 0,60 % a 1,20 %

[0054] O níquel é um elemento muito importante para o enrijeci- mento da solução no aço da invenção. O Ni aumenta o limite de escoamento e o limite de resistência à tração. Em combinação com a presença de Cu, ele melhora as propriedades de tenacidade. Por esta razão, seu teor mínimo é de 0,60 %. Acima de 1,20 % a qualidade superficial do aço de acordo com a invenção é negativamente afetada pelos processos de laminação a quente.MOLIBDÊNIO: 0,25 % a 0,60 %

[0055] O molibdênio aumenta tanto o limite de escoamento quanto o de resistência à tração e sustenta a homogeneidade das propriedades mecânicas, a microestrutura e a tenacidade no material base através do comprimento e da espessura do tubo. Abaixo de 0,25 %, os efeitos acima descritos não são eficazes o bastante. Acima de 0,60 % o comportamento do aço quando se trata de capacidade de soldadura e tenacidade é negativamente afetado. De preferência, o teor de Mo está entre 0,35 e 0,50 %, os limites sendo incluídos.NIÓBIO: 0,010 % a 0,050 %

[0056] A presença de nióbio leva aos precipitados de carboneto e/ou nitreto que levam a uma microestrutura de tamanho de grão fino através dos efeitos de pinagem limite do grão. Portanto, o aumento no limite de escoamento é obtido pelo efeito Hall Petch. A homogeneidade dos tamanhos dos grãos melhora o comportamento da tenacidade. Para todos estes efeitos, um mínimo de 0,010 % de Nb é necessário. Acima de 0,050 %, um controle rigoroso do teor de nitrogênio é necessário para evitar um efeito quebradiço do NbC. A adição acima de 0,050 %, se espera uma diminuição do comportamento de tenacidade com relação ao aço de acordo com a invenção.TUNGSTÊNIO: 0,10 % a 0,50 %

[0057] A adição de tungstênio destina-se a conceder aos tubos produzidos um limite de escoamento estável, isto é, baixa variação do limite de escoamento até uma temperatura operacional de 200 °C. A adição de tungstênio também traz uma relação estável de tensão para estresse. Acima de 0,10 %, o tungstênio também adicionalmente sustenta os efeitos positivos da liga de molibdênio acima mencionada. Por esta razão, um teor mínimo de 0,10 % de tungstênio é necessário no aço de acordo com a invenção. Acima de 0,50 % de tungstênio, a tenacidade e a capacidade de soldadura do aço de acordo com a invenção começam a diminuir. De preferência, o teor de tungstênio está entre 0,10 % e 0,30 %.BORO: < 0,005 %

[0058] O boro é uma impureza no aço de acordo com a invenção.Este elemento não é voluntariamente adicionado. Acima de 0,005 %, ele afeta negativamente a capacidade de soldadura porque, após a soldagem, espera-se que ele crie pontos rígidos na zona influenciada pelo calor, diminuindo assim a capacidade de soldadura do aço de acordo com a invenção.VANÁDIO: < 0,060 %

[0059] Acima de 0,060 % os precipitados de vanádio aumentam o risco de ter uma dispersão em valores de tenacidade em baixas tem- peraturas e/ou uma mudança de temperaturas de transição para temperaturas mais elevadas. Consequentemente, as propriedades de tenacidade são afetadas negativamente pelos teores de vanádio acima de 0,060 %. De preferência, o teor de vanádio é estritamente abaixo de 0,008 %.TITÂNIO: < 0,050 %

[0060] Este é um elemento de impureza. Não é voluntariamente adicionado no aço de acordo com a invenção. Acima de 0,050 %, os precipitados de carbono e nitrogênio com Ti tais como TiN e TiC alteram o equilíbrio da precipitação de carboneto e nitreto com nióbio e, consequentemente, os efeitos benéficos do nióbio serão impedidos. O limite de escoamento do aço será negativamente afetado, ele irá diminuir. De preferência, o teor de Ti está abaixo ou igual a 0,010 %. NITROGÊNIO: < 0,012 %

[0061] Acima de 0,012 % grandes precipitações de nitreto são esperadas e estes precipitados afetarão negativamente o comportamento da tenacidade mediante a alteração da temperatura de transição na faixa superior.

ELEMENTOS RESIDUAIS

[0062] O equilíbrio é feito de Fe e impurezas inevitáveis resultantes da produção de aço e processos de fundição. Os teores dos principais elementos de impureza são limitados como abaixo definidos para fósforo e enxofre: P ≤ 0,020 % S ≤ 0,005 %

[0063] Outros elementos tais como Ca e REM (minerais de terras raras) também podem estar presentes como impurezas inevitáveis.

[0064] A soma dos teores do elemento de impureza é mais baixa do que a 0,1 %.

[0065] Deve ser observado que em uma modalidade preferida, 0,031 ≤ ≤ 0,070.. Esta faixa permite que o aço da invenção seja menos sensível às taxas de esfriamento, o mais importante para produtos espessos onde a taxa de esfriamento modifica significativamente as características microestruturais. A estabilidade das propriedades tais como tenacidade e limite de escoamento é melhor nesta faixa de composição química em porcentagem em peso.

MÉTODO DE PRODUÇÃO

[0066] O método reivindicado pela invenção compreende pelo me nos as seguintes etapas sucessivas listadas abaixo. Nesta melhor mo-dalidade, um tubo de aço é produzido.

[0067] Um aço que possui a composição reivindicada pela inven ção é obtido de acordo com os métodos de fundição conhecidos na técnica. Então, o aço é aquecido em uma temperatura entre 1100 °C e 1280 °C, de modo que em todos os pontos a temperatura alcançada seja favorável às altas taxas de deformação que o aço irá sofrer durante a formação a quente. Esta faixa de temperatura é necessária para estar na faixa austenítica. Preferivelmente, a temperatura máxima é abaixo de 1280 °C. O lingote é então moldado a quente em pelo menos uma etapa com os processos de formação a quente utilizados em todo o mundo, por exemplo, forjamento, processo pilger, mandril conti, processo de acabamento de qualidade especial a um tubo com as dimensões desejadas.

[0068] A relação de deformação mínima deve ser de pelo menos 3.

[0069] O tubo é então austenitizado, isto é, aquecido até uma temperatura AT onde a microestrutura é austenítica. A temperatura de austenização AT está acima de Ac3, de preferência acima de 890 °C. O tubo produzido de aço de acordo com a invenção é então mantido na temperatura de austenização AT durante um tempo de austeniza- ção At de pelo menos 5 minutos, o objetivo sendo que em todos os pontos do tubo, a temperatura alcançada é pelo menos igual à tempe- ratura de austenização, de modo a garantir que a temperatura seja homogênea por todo o tubo. O tempo de austenização At não deve ser acima de 30 minutos, porque acima dessa duração, os grãos de aus- tenita crescem indesejavelmente de forma extensa e levam a uma estrutura final mais grosseira. Isto seria prejudicial à tenacidade.

[0070] Então, o tubo produzido de aço de acordo com a invenção é esfriado para a temperatura ambiente, preferivelmente utilizando o esfriamento súbito com água. Em seguida, o tubo temperado produzido de aço de acordo com a invenção é de preferência revenido, isto é, aquecido e mantido em uma temperatura de revenimento TT compreendida entre 580 °C e 700 °C. Tal revenimento é feito durante um tempo de revenimento Tt entre 20 e 60 minutos. Isto leva a um tubo de aço temperado e revenido.

[0071] Finalmente, o tubo de aço temperado e revenido de acordo com a invenção é esfriado até a temperatura ambiente utilizando o esfriamento com ar.

[0072] Deste modo, um tubo temperado e revenido feito de aço é obtido, o qual contém em área menos do que 15 % percentual de ferri- ta poligonal, o equilíbrio é a estrutura bainítica e martensita. A soma de ferrita poligonal, bainita e martensita é de 100 %.

CARACTERÍSTICAS MICROESTRUTURAIS MARTENSITA

[0073] O teor de martensita no aço de acordo com a invenção depende da velocidade de esfriamento durante a operação de têmpera. Em combinação com a composição química ele depende da espessura da parede e o teor de martensita está entre 5 % e 100 %. O equilíbrio para 100 % é a ferrita poligonal e bainita.

FERRITE POLIGONAL

[0074] Em uma modalidade preferida, o tubo de aço temperado e revenido de acordo com a invenção, após o esfriamento final, apresen-ta uma microestrutura com menos de 15 % de ferrita poligonal em fração volumétrica. De modo ideal, não existe nenhuma ferrita no aço, uma vez que ela iria afetar negativamente o YS e a UTS do aço de acordo com a invenção.

BAINITA

[0075] O teor de bainita no aço de acordo com a invenção depende da velocidade de esfriamento durante a operação de têmpera. Em combinação com a composição química ele é limitado a um máximo de 80 %. O equilíbrio para 100 % é ferrita poligonal e martensita. Um teor de bainita acima de 80 % leva a um baixo limite de escoamento e limites de resistência à tração assim como propriedades não homogêneas através da espessura da parede.

[0076] A invenção será ilustrada abaixo com base nos seguintes exemplos não limitativos.

[0077] Aços foram preparados e suas composições são apresentadas na seguinte tabela 1, expressas em porcentagem em peso.

[0078] As composições de aços 1 e 2 estão de acordo com a invenção.

[0079] Para a finalidade de comparação, as composições 3 e 4 são utilizadas para a fabricação do aço de referência e, portanto, não estão de acordo com a invenção.Tabela 1: Composições químicas dos exemplos

[0080] Os valores sublinhados não estão em conformidade com a invenção.

[0081] O processo a montante, isto é, de fusão para formação a quente, é realizado com o método de fabricação comumente conhecido para tubos de aço sem costura após aquecimento em uma temperatura entre 1150 °C e 1260 °C para formação a quente. Por exemplo, é desejável que o aço fundido da composição de componentes acima seja fundido através das práticas de fusão habitualmente utilizadas. Os métodos comuns envolvidos são os processos de fundição contínua ou de lingote. Logo depois, estes materiais são aquecidos e, então, fabricados em tubos, por exemplo, através do trabalho a quente mediante o forjamento, o processo tampão ou moinho de Pilger, que são métodos de fabricação comumente conhecidos, da composição de componentes acima, nas dimensões desejadas.

[0082] As composições da tabela 1 passaram por um processo de produção que pode ser resumido na tabela 2 abaixo com:

[0083] AT (°C): temperatura de austenização em °C

[0084] At: Tempo de austenização em minutos

[0085] O esfriamento após a austenização é realizado com têmpera de água.

[0086] TT: Temperatura de revenimento em °C

[0087] Tt: Tempo de revenimento em minutos

[0088] O esfriamento após o revenimento é um esfriamento com ar.Tabela 2: condições do processo dos exemplos após a laminação a quente

[0089] As referências de aço 1 e 2 estão de acordo com a inven ção, enquanto que as referências 3 e 4 não estão, em termos de composição química. Os parâmetros do processo estão todos de acordo com a invenção. Isto levou a tubos de aço temperado e revenido que, após o esfriamento final da temperatura de revenimento, apresentam uma microestrutura compreendendo menos do que 15 % de ferrita, o restante sendo bainita e martensita.

[0090] O processo da tabela 2 aplicado às composições químicas da tabela 1 também conduziu a um comportamento mecânico específico, e a valores de tenacidade que são resumidos nas tabelas 3 e 4.

[0091] - YS, em MPa e ksi, é o limite de escoamento obtido no tes te de tração conforme definido nos padrões ASTM A370 e ASTM E8.

[0092] - UTS, em MPa e ksi, é o limite de resistência à tração obti do no teste de tração conforme definido nos padrões ASTM A370 e ASTM E8.Tabela 3: Resultados da energia de impacto

[0093] Os valores médios de energia de impacto dos aços de acordo com a invenção são iguais ou acima de 100 J a -80°C. O aço No. 3 também possui bons valores de Charpy, mas as propriedades mecânicas são muito baixas. O aço 4 possui propriedades mecânicas suficientes, mas os valores de Charpy começam a se dispersar já a - 40 °C.Tabela 4: Propriedades mecânicas

[0094] O aço de acordo com a invenção possui de preferência mais de 690 MPa de limite de escoamento e um valor médio de ener-gia de impacto de pelo menos 100 J a -80 °C.

[0095] Testes de soldagem foram executados no aço No. 2 através do uso de processo FCAW. Os resultados dos testes de Charpy a - 60°C na linha de fusão e na zona efetivada pelo calor são mostrados na tabela 5.Tabela 5: Energia de impacto a -60 °C para o aço No. 2-b

[0096] Onde FL é a linha de fusão e FL + X representa a distância X em mm afastada da linha de fusão. Os valores de energia de impacto para os aços com tungstênio estão ainda na condição soldada muito boa e adequada para aplicações no ártico.

Claims

1. Aço para tubos sem costura, caracterizado pelo fato de que compreende os seguintes elementos de composição química em porcentagem em peso: 0,04 ≤ C ≤ 0,18 0,10 ≤ Si ≤ 0,60 0,80 ≤ Mn ≤ 1,90 P ≤ 0,020 S ≤ 0,01 0,01 ≤ Al ≤ 0,06 0,50 ≤ Cu ≤ 1,20 0,10 ≤ Cr ≤ 0,60 0,60 ≤ Ni ≤ 1,20 0,25 ≤ Mo ≤ 0,60 B ≤ 0,005 V ≤ 0,060 Ti ≤ 0,050 0,010 ≤ Nb ≤ 0,050 0,10 ≤ W ≤ 0,50 N ≤ 0,012 onde o restante é Fe e impurezas inevitáveis; em que a razão, em porcentagem em peso, do teor de carbono e do teor de manganês é tal que: 0,031 ≤ ≤ 0,070; e em que, em percentagem em peso: CEIIW ≤ 0,65% e CEPcm ≤ 0,30% onde CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 CEPcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B e os limites de CEIIW se aplicam se C > 0,12% e os limites de CEPcm se aplicam se C ≤ 0,12%.

2. Aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que C está entre 0,04% e 0,12%.

3. Aço de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que C está entre 0,05% e 0,08%.

4. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que Mn está entre 1,15% e 1,60%.

5. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que Cu está entre 0,60% e 1%.

6. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que Mo está entre 0,35% e 0,50%.

7. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que Ti está abaixo de 0,010%.

8. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que W está entre 0,10% e 0,30%.

9. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o teor de V está abaixo de 0,008%.

10. Método de produção de um tubo de aço sem costura, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos as seguintes etapas sucessivas: • é provido um aço que possui uma composição como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, • em seguida, o aço é moldado a quente em uma temperatura compreendida entre 1100°C e 1280°C através de um processo de moldagem a quente para a obtenção de um tubo, • em seguida, o tubo é aquecido até uma temperatura de austenização AT acima ou igual a 890°C e mantido na temperatura de austenização AT durante um tempo compreendido entre 5 e 30 minutos seguido por esfriamento para a temperatura ambiente para obtenção de um tubo temperado, • em seguida, o tubo temperado é aquecido e mantido em uma temperatura de revenimento TT compreendida entre 580°C e 700°C e mantido na temperatura de revenimento TT durante um tempo de revenimento Tt compreendido entre 20 e 60 minutos seguido por esfriamento para a temperatura ambiente para obtenção de um tubo temperado e revenido.

11. Tubo de aço sem costura, caracterizado pelo fato de ser feito do aço como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 e/ou produzido pelo método como definido na reivindicação 10.

12. Tubo de aço sem costura de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que possui uma microestrutura compreendendo menos do que 15% de ferrita, o restante sendo bainita e martensita.

13. Tubo de aço sem costura de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que possui: um limite de escoamento compreendido entre 550 MPa e 890 MPa em média, e uma tenacidade em joules a -60°C de pelo menos 10% do limite de escoamento.

14. Tubo de aço sem costura de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que possui: um limite de escoamento de pelo menos 690 MPa em média, e uma tenacidade a -80°C de pelo menos 69 J em média.