BR112012021980B1 - Tubo de aço sem costura para injeção de vapor e método para fabricar o mesmo - Google Patents

Description

TUBO DE AÇO SEM COSTURA PARA INJEÇÃO DE VAPOR E MÉTODO PARA FABRICAR O MESMO

Campo da Técnica [0001] A presente invenção se refere a um tubo de aço sem costura e a um método para fabricar o tubo de aço sem costura e, mais particularmente, a um tubo de aço sem costura para injeção de vapor e a um método para fabricar o tubo de aço sem costura para injeção de vapor.

Antecedentes da Invenção [0002] O processo de injeção de vapor é usado para obter betume a partir de areia oleosa. No processo de injeção de vapor, o betume é obtido injetando-se vapor de alta pressão, alta temperatura em camadas de areia oleosa subterrâneas.

[0003] Os tubos de aço usados no processo de injeção de vapor levam vapor às camadas de areia oleosa. A temperatura do vapor é de 300 a 350°C. Também, o vapor tem altas pressões. Por esta razão, os tubos de aço para injeção de vapor capazes de suportar altas temperaturas e altas pressões são requeridos. De maneira mais específica, os tubos de aço para injeção de vapor que têm alta resistência na faixa de temperatura de 300 a 350°C são requeridos.

[0004] O JP56-20637A (Documento de Patente 1), JP2-50917A (Documento de Patente 2) e JP2000-290728A (Documento de Patente 3) descrevem os tubos de aço para injeção de vapor.

Descrição da Invenção [0005] O limite de escoamento a 350°C de todos os aços para injeção de vapor descritos nestes Documentos de Patente 1 a 3 é mais baixo que o aço de Grau X80 do padrão API5 L. De maneira mais específica, as tensões de escoamento a 350°C dos aços destes Documentos de Patente são menores que 555 MPa.

[0006] É desejável usar vapor com temperaturas e pressões mais altas que antes, a fim de obter mais betume a partir da areia oleosa. Os tubos

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2/18 de aço para injeção de vapor são requeridos para proporcionar maior resistência à alta temperatura que antes, de modo que o vapor de alta temperatura, alta pressão possa ser usado.

[0007] Um objetivo da presente invenção consiste em proporcionar um tubo de aço para injeção de vapor que tem altas tensões de escoamento mesmo a 350°C.

[0008] O tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com uma modalidade da presente invenção, tem uma composição química que compreende, por cento, em massa, C: 0,03 a 0,08%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 1,5 a 3,0%, Mo: mais que 0,4 a 1,2%, Al: 0,005 a 0,100%, Ca: 0,001 a 0,005%, N: 0,002 a 0,015%, P: no máximo 0,03%, S: no máximo 0,01%, e Cu: no máximo 1,5%, o equilíbrio sendo Fe e impurezas. O tubo de aço sem costura para injeção de vapor é fabricado ao ser resfriado a água após o trabalho a quente e temperado e revenido.

[0009] De preferência, a composição química do tubo de aço sem costura descrito acima compreende, em vez de parte de Fe, um ou mais tipos selecionados a partir do grupo que consiste em Cr: no máximo 1,0%, Nb: no máximo 0,1%, Ti: no máximo 0,1%, Ni: no máximo 1,0%, e V: no máximo 0,2%.

[0010] De preferência, o tubo de aço sem costura descrito acima tem tensão de escoamento de pelo menos 600 MPa a 350°C.

[0011] O método para fabricar um tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com uma modalidade da presente invenção, inclui as etapas de: aquecer um tarugo redondo que tem uma composição química que compreende, por cento, em massa, C: 0,03 a 0,08%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 1,5 a 3,0%, Mo: mais que 0,4 a 1,2%, Al: 0,005 a 0,100%, Ca: 0,001 a 0,005%, N: 0,002 a 0,015%, P: no máximo 0,03%, S: no máximo 0,01%, e Cu: no máximo 1,5%, o equilíbrio sendo Fe e impurezas; produzir um invólucro oco perfurando-se o tarugo redondo aquecido; produzir um tubo de aço sem costura laminando-se o invólucro oco; resfriando-se o tubo de aço sem costura

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3/18 a água após a laminação; temperar o tubo de aço sem costura resfriado a água; e revenir o tubo de aço sem costura temperado.

Breve Descrição dos Desenhos [0012] A Figura 1 é um diagrama em bloco funcional que mostra a disposição do equipamento de fabricação de um tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com uma modalidade;

[0013] A Figura 2 é um fluxograma que mostra o processo de fabricação de um tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com a modalidade;

[0014] A Figura 3 é um diagrama esquemático que mostra as temperaturas de um tarugo, um invólucro oco e um tubo de aço sem costura em cada etapa da Figura 2;

[0015] A Figura 4 é um diagrama que mostra a relação entre a temperatura de ensaio de tração e tensão de escoamento de um tubo de aço sem costura do aço número 1 no Exemplo;

[0016] A Figura 5 é um diagrama que mostra a relação entre a temperatura de ensaio de tração e tensão de escoamento de um tubo de aço sem costura do aço número 2 no Exemplo; e [0017] A Figura 6 é um diagrama que mostra a relação entre a temperatura de ensaio de tração e tensão de escoamento de um tubo de aço sem costura do aço número 3 no Exemplo.

Melhor Modo para Realizar a Invenção [0018] Daqui por diante no presente documento, uma modalidade da presente invenção será descrita em detalhes com referência aos desenhos. Nos desenhos, as mesmas partes ou partes correspondentes são denotadas pelos mesmos caracteres de referência e sua descrição não será repetida.

[0019] Os presentes inventores concluíram o tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com a modalidade da presente invenção, com base nas seguintes descobertas.

[0020] (1) Se muito molibdênio (Mo) for contido, o limite de

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4/18 escoamento em altas temperaturas aumenta. O Mo se dissolve em aço em um estado de solução sólido e aumenta as tensões de escoamento do aço em altas temperaturas. Também, o Mo se mistura com C para formar carbonetos finos e acentua as tensões de escoamento do aço em altas temperaturas.

[0021] (2) Se muito Mo for contido, a soldabilidade diminui. Entretanto, a soldabilidade é aumentada resfriando-se de maneira acelerada um tubo de aço sem costura fabricado por trabalho a quente e submetendo adicionalmente o tubo à têmpera e revenimento. Os grãos de cristal do tubo de aço submetido ao resfriamento acelerado, têmpera e revenimento são refinados. Por esta razão, a dureza de uma zona afetada por calor de solda e um metal base aumenta e uma redução na soldabilidade é suprimida.

[0022] Daqui por diante no presente documento, as modalidades do tubo de aço sem costura para injeção de vapor serão descritas em detalhes.

Composição química [0023] O tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com a modalidade da presente invenção, tem a seguinte composição química. De acordo com o presente documento, “%” relacionada a um elemento se refere a uma por cento, em massa.

C: 0,03 a 0,08%.

[0024] O carbono (C) aumenta a resistência do aço. Entretanto, se C for excessivamente contido, a dureza diminui e a soldabilidade diminui. Portanto, o teor de C é de 0,03 a 0,08%. Um limite inferior preferível para o teor de C é 0,04%. Um limite superior preferível para o teor de C é 0,06%.

Si: 0,05 a 0,5% [0025] O silício (Si) desoxida o aço. Entretanto, se Si for excessivamente contido, a dureza do aço diminui. Em particular, a dureza de uma zona afetada por calor de solda diminui e a soldabilidade diminui. Portanto, o teor de Si é de 0,05 a 0,5%. Um limite superior preferível para o teor de Si é 0,3%, e um limite superior mais preferível é 0,15%.

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Mn: 1,5 a 3,0% [0026] O manganês (Mn) acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Além disso, o Mn aumenta a dureza do aço. Entretanto, se Mn for excessivamente contido, a resistência HIC (craqueamento induzido por hidrogênio) diminui. Portanto, o teor de Mn é de 1,5 a 3,0%. Um limite inferior preferível para o teor de Mn é 1,8%, um limite inferior mais preferível é 2,0%, e um limite inferior ainda mais preferível é 2,1%.

Mo: mais que 0,4% a 1,2% [0027] O molibdênio (Mo) aumenta a resistência à alta temperatura do aço. De maneira específica, o Mo se dissolve em aço em um estado de solução sólido e aumenta a temperabilidade do aço. A resistência à alta temperatura do aço é aumentada através de um aumento na temperabilidade. Além disso, o Mo forma carbonetos finos e aumenta a resistência à alta temperatura do aço. Além disso, o Mo se dissolve em aço em um estado de solução sólido e acentua a resistência ao amolecimento de revenimento. Entretanto, se Mo for excessivamente contido, a soldabilidade diminui. De maneira mais específica, a dureza de uma zona afetada por calor de solda diminui. Portanto, o teor de Mo é mais alto que 0,4% e no máximo 1,2%. Um limite inferior preferível para o teor de Mo é 0,5%, e um limite inferior mais preferível é 0,6%.

Al: 0,005 a 0,100% [0028] O alumínio (Al) desoxida o aço. Entretanto, se Al for excessivamente contido, o Al gera inclusões do tipo agrupamento e reduz a dureza do aço. Além disso, se Al for excessivamente contido, defeitos de superfície são aptos a ocorrerem quando uma superfície chanfrada for formada em uma extremidade do tubo. Portanto, o teor de Al é 0,005 a 0,100%. Um limite superior preferível para o teor de Al é 0,050% e um limite superior mais preferível é 0,030%. Um limite inferior preferível para o teor de Al é 0,010%. O teor de Al na presente invenção significa o teor de Al solúvel em ácido (que é chamado de Sol. Al).

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Ca: 0,001 a 0,005% [0029] O cálcio (Ca) se mistura com S para formar CaS. S é fixado pela geração de CaS. Portanto, a dureza e a resistência à corrosão do aço são aumentadas. Além disso, o cálcio impede que um aparelho de fundição contínua seja obstruído durante a fundição. Por outro lado, se Ca for excessivamente contínuo, o Ca e apto para gerar inclusões do tipo agrupamento e a resistência HIC diminui. Portanto, o teor de Ca é 0,001 a 0,005%.

N: 0,002 a 0,015% [0030] O nitrogênio (N) acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. Por outro lado, se N for excessivamente contido, a dureza do aço diminui. Portanto, o teor de N is 0,002 a 0,015%.

P: no máximo 0,03% [0031] O fósforo (P) é uma impureza. O P reduz a dureza do aço. Portanto, quanto mais baixo o teor de P, mais preferível. O teor de P é de no máximo 0,03%.

S: no máximo 0,01% [0032] O enxofre (S) é uma impureza. O S reduz a dureza do aço. Portanto, quanto mais baixo o teor de S, mais preferível. O teor de S é de no máximo 0,01%.

Cu: no máximo 1,5% [0033] O cobre (Cu) aumenta a resistência HIC. De maneira específica, o Cu impede que o hidrogênio entre no aço e impede a ocorrência e propagação de HIC. O efeito descrito acima é obtido mesmo se um pouco de Cu for contido. O teor de Cu é preferencialmente pelo menos 0,02%. Por outro lado, se Cu for excessivamente contido, o efeito descrito acima se torna saturado. Portanto, o teor de Cu é de no máximo 1,5%.

[0034] O equilíbrio da composição química do tubo de aço sem costura, de acordo com a modalidade, é Fe e impurezas.

[0035] O tubo de aço sem costura, de acordo com a modalidade,

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7/18 também pode conter, em vez de parte de Fe, um ou mais tipos selecionados a partir do grupo que consiste em Cr, Nb, Ti, Ni e V. Estes elementos aumentam a resistência do aço.

Cr: no máximo 1,0% [0036] O cromo (Cr) é um elemento opcional. O Cr acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência do aço. O efeito descrito acima é obtido se mesmo um pouco de Cr for contido. O teor de Cr é preferencialmente pelo menos 0,02%, mais preferencialmente pelo menos 0,1%, e, ainda mais preferencialmente, pelo menos 0,2%. Por outro lado, se Cr for excessivamente contido, a dureza do aço diminui. Portanto, o teor de Cr é de no máximo 1,0%.

Nb: no máximo 0,1% [0037] O nióbio (Nb) é um elemento opcional. O Nb forma carbonitretos e refina os grãos de cristal do aço. Portanto, o Nb aumenta a resistência e a dureza do aço. O efeito descrito acima é obtido mesmo se um pouco de Nb for contido. O teor de Nb é preferencialmente pelo menos 0,003%. Por outro lado, se Nb for excessivamente contido, o efeito descrito acima se torna saturado. Portanto, o teor de Nb é de no máximo 0,1%.

Ti: no máximo 0,1% [0038] O titânio (Ti) é um elemento opcional. O Ti suprime a ocorrência de defeitos de superfície de peças fundidas durante a fundição contínua. Além disso, o Ti forma carbonitretos e refina os grãos de cristal do aço. Portanto, o Ti aumenta a resistência e a dureza do aço. O efeito descrito acima é obtido mesmo se um pouco de Ti for contido. O teor de Ti é preferencialmente pelo menos 0,003%. Por outro lado, se Ti for excessivamente contido, o efeito descrito acima se torna saturado. Portanto, o teor de Ti é de no máximo 0,1%.

Ni: no máximo 1,0% [0039] Níquel (Ni) é um elemento opcional. Ni acentua a temperabilidade do aço e aumenta a resistência e a dureza do aço. O efeito

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8/18 descrito acima é obtido mesmo se um pouco Ni for contido. O teor de Ni é preferencialmente pelo menos 0,02%. Por outro lado, se Ni for excessivamente contido, o efeito descrito acima se torna saturado. Portanto, o teor de Ni é de no máximo 1,0%.

V: no máximo 0,2% [0040] Vanádio (V) é um elemento opcional. O V forma carbonitretos e refina os grãos de cristal do aço. Portanto, o V aumenta a resistência e a dureza do aço. O efeito descrito acima é obtido mesmo se um pouco de V for contido. O teor de V é preferencialmente pelo menos 0,003%. Por outro lado, se V for excessivamente contido, a dureza do aço diminui. Portanto, o teor de V é de no máximo 0,2%.

Método de fabricação [0041] O tubo de aço sem costura de acordo com esta modalidade é resfriado de maneira acelerada após o trabalho a quente. O tubo de aço sem costura é adicionalmente temperado e revenido após o resfriamento acelerado. A tensão de escoamento do tubo de aço sem costura fabricado pelo processo descrito acima a 350°C é de pelo menos 600 MPa. Além disso, o tubo de aço sem costura tem uma microestrutura na qual os grãos de cristal são refinados. Portanto, uma redução na soldabilidade do aço é suprimida apesar do alto teor de Mo. Daqui por diante no presente documento, um método para fabricar o tubo de aço sem costura, de acordo com esta modalidade, será descrito em detalhes.

Equipamento de fabricação [0042] A Figura 1 é um diagrama em bloco que mostra um exemplo de uma linha de produção para um tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com esta modalidade. Referindo-se à Figura 1, a linha de produção inclui um forno de aquecimento 1, um furador 2, um laminador de alongamento 3, um laminador calibrador 4, um forno de espera 5, um aparelho de resfriamento de água 6, aparelho de têmpera 7 e um aparelho de revenimento 8. Entre os aparelhos, uma pluralidade de cilindros de

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9/18 transferência 10 é disposta. Na Figura 1, o aparelho de têmpera 7 e o aparelho de revenimento 8 são incluídos na linha de produção. Entretanto, o aparelho de têmpera 7 e o aparelho de revenimento 8 podem ser separadamente dispostos a partir da linha de produção. Em outras palavras, o aparelho de têmpera 7 e o aparelho de revenimento 8 podem ser dispostos fora da linha.

Fluxo de fabricação [0043] A Figura 2 é um fluxograma que mostra o processo de fabricação do tubo de aço sem costura, de acordo com esta modalidade. A Figura 3 é um diagrama que mostra uma alteração na temperatura de superfície de um material que está sendo laminado (um tarugo redondo, um invólucro oco e um tubo de aço sem costura) em relação ao tempo durante a fabricação.

[0044] Referindo-se às Figuras 2 e 3, no método para fabricar o tubo de aço sem costura para injeção de vapor, de acordo com esta modalidade, primeiro, um tarugo redondo é aquecido pelo forno de aquecimento 1 (S1). De maneira sucessiva, o tarugo redondo aquecido é trabalhado a quente em um tubo de aço sem costura (S2 e S3). De maneira específica, o tarugo redondo é laminado por perfuração em um invólucro oco através do furador 2 (S2) e, adicionalmente, o invólucro oco é laminado no tubo de aço sem costura através do laminador de alongamento 3 e do laminador calibrador 4 (S3). O tubo de aço sem costura produzido por trabalho a quente é aquecido a uma temperatura predeterminada, conforme necessário, pelo forno de espera 5 (S4). De maneira sucessiva, o tubo de aço sem costura é resfriado a água (resfriado de maneira acelerada) através do aparelho de resfriamento de água 6 (S5). O tubo de aço sem costura resfriado a água é temperado pelo aparelho de têmpera 7 (S6), e é revenido pelo aparelho de revenimento 8 (S7). De acordo com o presente documento, cada uma das etapas é explicada em detalhes.

Etapa de aquecimento (S1) [0045] Primeiro, um tarugo redondo é aquecido pelo forno de

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10/18 aquecimento 1. A temperatura de aquecimento é preferencialmente 1050 a 1300°C. O aquecimento do tarugo redondo a uma temperatura nesta faixa de temperatura proporciona alta usinabilidade a quente do tarugo redondo no momento de laminação por perfuração, e defeitos de superfície são suprimidos. Também, o aquecimento do tarugo redondo a uma temperatura nesta faixa de temperatura impede que os grãos de cristal se tornem grossos. O forno de aquecimento é um forno de viga caminhante ou forno rotativo, por exemplo.

Etapa de laminação de perfuração (S2) [0046] O tarugo redondo é retirado do forno de aquecimento 1, e o tarugo redondo aquecido é laminado por perfuração para produzir um invólucro oco através do furador 2. O furador 2 tem uma configuração bem conhecida. De maneira específica, o furador 2 inclui um par de rolos cônicos e um tampão. O tampão é disposto entre os rolos cônicos. O furador 2 é preferencialmente um furador de ângulo de abertura de rodas. Isto ocorre porque a laminação de perfuração pode ser realizada em uma taxa de expansão de tubo alta.

Etapa de laminação (S3) [0047] A seguir, o invólucro oco é laminado. De maneira específica, o invólucro oco é alongado e laminado pelo laminador de alongamento 3. O laminador de alongamento 3 inclui uma pluralidade de suportes de rolo dispostos em série. O laminador de alongamento 3 é um laminador de mandril, por exemplo. De maneira sucessiva, o invólucro oco alongado e laminado é dimensionado pelo laminador calibrador 4 para produzir um tubo de aço sem costura. O laminador calibrador 4 inclui uma pluralidade de suportes de rolo dispostos em série. O laminador calibrador 4 é um dimensionador ou um redutor de estiramento, por exemplo.

[0048] A temperatura de superfície do invólucro oco laminado pelo suporte de rolo mais posterior da pluralidade de suportes de rolo do laminador calibrador 4 é definida como uma “temperatura de acabamento”. A

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11/18 temperatura de acabamento é medida, por exemplo, por um sensor de temperatura disposto no lado de saída do lado de suporte de rolo mais posterior do laminador calibrador 4. A temperatura de acabamento é preferencialmente pelo menos o ponto A₃ (de maneira mais específica, o ponto A_c3), conforme mostrado na Figura 3. A temperatura de acabamento, mais preferencialmente, é de pelo menos 900°C e, ainda mais preferencialmente, pelo menos 950°C. O ponto A_c3 de um tubo de aço sem costura que tem a composição química da presente invenção é de 750 a 950°C. A uma temperatura de acabamento de 900°C ou mais alta, em um invólucro oco que é submetido ao dimensionamento, a perda de calor causada pela dissipação de térmica do rolo é pequena. Portanto, a irregularidade de temperatura do tubo de aço sem costura produzido pode ser reduzida.

Etapa de reaquecimento (S4) [0049] Uma etapa de reaquecimento (S4) é realizada conforme necessária. Em outras palavras, a etapa de reaquecimento não precisa ser necessariamente realizada. No caso em que a etapa de reaquecimento não é realizada, na Figura 2, o processo prossegue a partir da etapa S3 até a etapa S5. Também, no caso em que a etapa de reaquecimento não é realizada, na Figura 1, o forno de espera 5 pode não ser proporcionado.

[0050] No caso em que a etapa de reaquecimento é realizada, o tubo de aço sem costura produzido é carregado no forno de espera 5 e é aquecido. Deste modo, a irregularidade de temperatura do tubo de aço sem costura produzido é reduzida. A temperatura de aquecimento no forno de espera 5 é o ponto A_r3 a 1100°C. Se a temperatura de aquecimento for mais baixa que o ponto A_r3, a fase α se precipita e a microestrutura se torna não uniforme, de modo que as variações na resistência aumentam. Por outro lado, se a temperatura de aquecimento exceder 1100°C, os grãos de cristal engrossam. O tempo de aquecimento é preferencialmente de 1 a 30 minutos.

Etapa de resfriamento a água (S5) [0051] O tubo de aço sem costura produzido na etapa S3 ou o

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12/18 tubo de aço sem costura reaquecido na etapa S4 é resfriado a água (resfriado de maneira acelerada) através do aparelho de resfriamento de água 6. A temperatura de superfície do tubo de aço sem costura pouco antes do resfriamento a água é substancialmente a mesma que a temperatura de 5 acabamento ou a temperatura de aquecimento no forno de espera. Ou seja, a temperatura de superfície do tubo de aço sem costura pouco antes do resfriamento a água é pelo menos o ponto A3, preferencialmente, pelo menos 900°C e, ainda mais preferencialmente, pelo menos 950°C.

[0052] O aparelho de resfriamento de água 6 inclui uma 10 pluralidade de cilindros rotativos, um dispositivo de fluxo laminar e um dispositivo de fluxo de jato. A pluralidade de cilindros rotativos é disposta em duas fileiras, e o tubo de aço sem costura é disposto entre a pluralidade de cilindros rotativos disposta em duas fileiras. Neste momento, os cilindros rotativos dispostos em duas fileiras entram em contato com uma porção inferior 15 na superfície externa do tubo de aço sem costura. Quando os cilindros rotativos giram, o tubo de aço sem costura gira ao redor do eixo geométrico destes. O dispositivo de fluxo laminar é disposto acima dos cilindros rotativos, e borrifa água sobre o tubo de aço sem costura a partir de cima. Neste momento, a água borrifada sobre o tubo de aço sem costura forma um fluxo 20 laminar. O dispositivo de fluxo de jato é disposto próximo à extremidade do tubo de aço sem costura colocado nos cilindros, e injeta um fluxo de jato a partir da extremidade do tubo de aço sem costura no tubo de aço. Através do uso do dispositivo de fluxo laminar e do dispositivo de fluxo de jato, as superfícies externas e internas do tubo de aço sem costura são resfriadas ao 25 mesmo tempo.

[0053] Preferencialmente, o aparelho de resfriamento de água 6 resfria o tubo de aço sem costura até a temperatura de superfície do tubo de aço sem costura atingir uma temperatura de no máximo 450°C. Em outras palavras, a temperatura de interrupção de resfriamento a água é de no máximo 30 450°C. Com a temperatura de interrupção de resfriamento a água de no

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13/18 máximo 450°C, os grãos de cristal do tubo de aço sem costura são adicionalmente refinados por têmpera na etapa subsequente. Como um resultado, a dureza do tubo de aço sem costura é adicionalmente aprimorada.

[0054] A taxa de resfriamento do aparelho de resfriamento de água 6 é de preferencialmente pelo menos 10°C/seg. O aparelho de resfriamento de água 6 pode ser um aparelho diferente do aparelho descrito acima que inclui os cilindros rotativos, o dispositivo de fluxo laminar e o dispositivo de fluxo de jato. Por exemplo, o aparelho de resfriamento de água 6 pode ser um tanque de água. Neste caso, o tubo de aço sem costura produzido na etapa S3 é imerso no tanque de água, e é resfriado. Tal método de resfriamento é chamado de “resfriamento por imersão”. Também, o aparelho de resfriamento de água 6 pode consistir apenas no dispositivo de fluxo laminar. Em suma, o tipo do aparelho de resfriamento de água 6 não é submetido a nenhuma restrição.

Etapa de têmpera (S6) [0055] O tubo de aço sem costura resfriado a água pelo aparelho de resfriamento de água 6 é temperado. A temperatura de têmpera é preferencialmente mais alta que o ponto A_c3 e no máximo 1000°C. Quando o tubo de aço sem costura for aquecido até a temperatura de têmpera descrita acima, a microestrutura do tubo de aço sem costura se transforma a partir de bainita em uma estrutura austenítica fina. Ou seja, a transformação inversa ocorre. Neste momento, os grãos de cristal são definidos. Ou seja, realizandose o resfriamento acelerado na etapa S5, o refinamento dos grãos de cristal pode ser promovido na etapa de têmpera.

[0056] Se a temperatura de têmpera for mais baixa que o ponto de transformação A_c3, a transformação inversa não ocorre de maneira suficiente. Por outro lado, se a temperatura de têmpera exceder 1000°C, os grãos de cristal engrossam. O tempo de imersão em têmpera é preferencialmente de 10 segundos a 30 minutos. Após a imersão na temperatura de têmpera, o tubo de aço sem costura é resfriado a água.

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Etapa de revenimento (S7) [0057] O tubo de aço temperado é revenido. A temperatura de revenimento é no máximo o ponto A_c1, e é regulada com base nas propriedades dinâmicas desejadas. Ao realizar o revenimento, a tensão de escoamento do tubo de aço sem costura da presente invenção a 350°C pode ser regulada em pelo menos 600 MPa. As variações na temperatura de revenimento são preferencialmente de ±10°C e, mais preferencialmente ±5°C. Se as variações na temperatura de revenimento forem pequenas, as propriedades dinâmicas desejadas são facilmente obtidas.

[0058] No método de fabricação descrito acima, o resfriamento acelerado é realizado (S5) e, posteriormente, a têmpera é realizada (S6). Através do uso destas etapas, o refinamento dos grãos de cristal é promovido. Por esta razão, o tubo de aço sem costura produzido tem dureza excelente. Portanto, embora o tubo de aço sem costura, de acordo com esta modalidade, contenha muito Mo, uma redução na dureza é impedida e também uma redução na soldabilidade é impedida.

[0059] Além disso, através da têmpera e revenimento do tubo de aço sem costura que tem a composição química descrita acima, a tensão de escoamento do tubo de aço sem costura a 350°C pode ser regulada em pelo menos 600 MPa.

Exemplo [0060] Uma pluralidade de tubos de aço sem costura para injeção de vapor que tem diversas composições químicas foi fabricada, e as tensões de escoamento a temperatura normal (23°C) a 360°C foram examinadas

Método de Análise [0061] Uma pluralidade de tarugos que tem as composições químicas fornecidas na Tabela 1 foi fabricada.

Tabela 1

Aço N^o.

Composição química (% em massa, equilíbrio de Fe e impurezas)

C Si Mn P

S Cu Cr Ni Mo Ti

V Nb Al Ca

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Exemplo	1	0,0	0,2	2,2	0,00	0,001	0,0	0,3	0,0	0,7	0,003	0,00	<0,00	0,04	0,001	0,003
inventivo	6	3	0	9	4	4	2	3	6	5	1	2	6	0
Exemplo	2	0,0	0,2	2,1	0,00	0,001	0,0	0,3	0,3	0,7	<0,00	0,00	<0,00	0,02	0,002	0,002
inventivo	6	4	3	8	0	4	0	9	4	1	5	1	5	1	7
Exemplo	3	0,0	0,3	1,4	0,00	0,001	0,2	0,2	0,1	0,1	0,009	0,05	0,001	0,03	0,001	0,002
comparativ o	6	3	9	7	4	7	7	3	1	5	5	7

[0062] Referindo-se à Tabela 1, as composições químicas dos tarugos de aço número 1 (exemplo inventivo) e aço número 2 (exemplo inventivo) se encontram dentro da faixa da composição química da presente invenção. Por outro lado, a composição química do aço número 3 (exemplo comparativo) se encontra fora da faixa da composição química da presente invenção. De maneira específica, o teor de Mn do aço número 3 é menor que o limite inferior até o teor de Mn da presente invenção. Além disso, o teor de Mo do aço número 3 é menor que o limite inferior até o teor de Mo da presente invenção. Os teores dos elementos do aço número 3 diferentes de Mn e Mo se 10 encontram dentro da faixa da composição química da presente invenção.

Todos os teores de N do aço número 1 a 3 se encontram dentro da faixa de 0,002 a 0,015%. De maneira acidental, o teor de Ti do aço número 2 e os teores de Nb do aço número 1 e número 2 se encontram no nível de impurezas.

[0063] Cada um dos tarugos produzidos foi aquecido através do forno de aquecimento. De maneira sucessiva, os tarugos foram laminados por perfurados através do furador para produzirem invólucros ocos. De maneira sucessiva, os invólucros ocos são alongados e laminados pelo laminador de mandril e, então, são dimensionados pelo dimensionador, por meio do qual 20 uma pluralidade de tubos de aço sem costura foi produzida. De maneira sucessiva, os tubos de aço sem costura do aço número 1 e número 2 foram resfriados a água (resfriado de maneira acelerada). A temperatura de acabamento de todos os tubos de aço sem costura foi de 1100°C, e a temperatura de interrupção de resfriamento a água foi de 450°C. Por outro 25 lado, para o tubo de aço sem costura do aço número 3, o resfriamento a ar foi

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16/18 realizado após a laminação.

[0064] Cada um dos tubos de aço sem costura após o resfriamento foi temperado. Em todos os tubos de aço sem costura, a temperatura de têmpera foi de 950°C e a imersão foi realizada por 40 minutos. Após a têmpera, os tubos de aço sem costura foram revenidos. A temperatura de revenimento foi de 650°C e a imersão foi realizada por 30 minutos. Através do uso das etapas descritas acima, os tubos de aço sem costura para injeção de vapor foram fabricados.

Tensão de escoamento [0065] A partir de uma porção central da espessura de parede de cada um dos tubos de aço sem costura fabricados, uma pluralidade de amostras de teste de tração que se adéquam ao ASTM A370 foi amostrada. E, através do uso de amostras de teste de tração, o teste de tração que se adéqua ao ASTM E21 foi conduzido na faixa de temperatura de temperatura ambiente (23°C) a 360°C. De maneira mais específica, em cada número de teste, o teste de tração foi conduzido usando-se duas amostras de teste de tração nas temperaturas de 23°C, 100°C, 200°C, 300°C, 350°C (apenas o aço número 3), e 360°C (apenas o aço número 1 e número 2). A tensão de escoamento e a resistência à tração foram determinadas com base nos resultados de teste. Nesta modalidade, a tensão de escoamento foi determinada pelo método de alongamento total de 0,5%.

Resultados de análise [0066] A tabela 2 mostra a tensão de escoamento e a resistência à tração dos tubos de aço sem costura de cada número de aço. A Figura 4 mostra uma relação entre a temperatura de ensaio de tração e a tensão de escoamento e a resistência à tração do tubo de aço sem costura do aço número 1. A Figura 5 mostra uma relação entre a temperatura de ensaio de tração e a tensão de escoamento e a resistência à tração do tubo de aço sem costura do aço número 2. A Figura 6 mostra uma relação entre a temperatura de ensaio de tração e a tensão de escoamento e a resistência à tração do tubo

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17/18 de aço sem costura do aço número 3. O símbolo ♦ nas Figuras 4 a 6 indica a tensão de escoamento. O símbolo indica a resistência à tração.

Tabela 2

Aço No.	Resistência	Temperatura de ensaio de tração (°C)
23	10	200	300	350	360
1	Tensão de escoamento (MPa)	720/721	708/696	671/671	653/659	-	625/618
resistência à tração (MPa)	785/786	765/755	749/747	761/757	-	732/732
2	Tensão de escoamento (MPa)	748/748	718/717	681/683	667/669	-	639/645
resistência à tração (MPa)	810/810	778/778	758/758	779/777	-	753/761
3	Tensão de escoamento (MPa)	630/628	582/594	581/582	580/574	561/557	-
resistência à tração (MPa)	698/700	652/664	657/658	666/660	665/657	-

[0067] As colunas de “tensão de escoamento” na Tabela 2 mostram a tensão de escoamento (MPa) dos números de aço correspondentes em cada temperatura. Dois valores são mostrados como a tensão de escoamento em cada temperatura. Por exemplo, “720/721” é inserido na coluna de tensão de escoamento do aço número 1 a 23°C. Neste caso, “720/721” indica que os esforços de tração obtidos a partir de duas amostras 10 de teste de tração eram de 720 MPa e 721 MPa. De maneira similar, as colunas “resistência à tração” na Tabela 2 mostram a resistência à tração (MPa) dos números de aço correspondentes em cada temperatura.

[0068] Referindo-se à Tabela 2 e às Figuras 4 a 6, em todas as faixas de temperatura, as tensões de escoamento dos tubos de aço sem 15 costura do aço número 1 e aço número 2 foram maiores que as tensões de escoamento do tubo de aço sem costura do aço número 3. Além disso, as tensões de escoamento do aço número 1 e aço número 2 a 350°C eram de pelo menos 600 MPa. Por outro lado, as tensões de escoamento do aço número 3 a 350°C eram menores que 600 MPa.

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18/18 [0069] Uma modalidade da presente invenção foi descrita acima, e a modalidade descrita acima é meramente um exemplo para realizar a presente invenção. Portanto, a presente invenção não se limita à modalidade descrita acima, e a modalidade descrita acima pode ser modificada conforme 5 apropriado sem sair do espírito da presente invenção.

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Tubo de aço sem costura para injeção de vapor que tem uma composição química, CARACTERIZADO pelo fato que consiste em, por cento, em massa, C: 0,03 a 0,08%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 1,5 a 3,0%, Mo: mais que 0,4 a 1,2%, Al: 0,005 a 0,100%, Ca: 0,001 a 0,005%, N: 0,002 a 0,015%, P: no máximo 0,03%, S: no máximo 0,01%, e Cu: no máximo 1,5%, o equilíbrio sendo Fe e impurezas, em que o tubo de aço sem costura tem tensão de escoamento de pelo menos 600 MPa a 350°C.
2. 2. Tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato que a composição química compreende, em vez de parte de Fe, um ou mais tipos selecionados a partir do grupo que consiste em Cr: no máximo 1,0%, Nb: no máximo 0,1%, Ti: no máximo 0,1%, Ni: no máximo 1,0%, e V: no máximo 0,2%.
3. 3. Método para fabricar um tubo de aço sem costura para injeção de vapor, conforme definido na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato que compreende as etapas de:

   aquecer um tarugo redondo que tem uma composição química que consiste em, por cento, em massa, C: 0,03 a 0,08%, Si: 0,05 a 0,5%, Mn: 1,5 a 3,0%, Mo: mais que 0,4 to 1.2%, Al: 0,005 a 0,100%, Ca: 0,001 a 0,005%, N: 0,002 a 0,015%, P: no máximo 0,03%, S: no máximo 0,01%, e Cu: no máximo 1,5%, o equilíbrio sendo Fe e impurezas;

   perfurar o tarugo redondo aquecido para produzir um invólucro oco;

   laminar o invólucro oco para produzir um tubo de aço sem costura com uma temperatura de acabamento de pelo menos o ponto A₃;

   resfriar a água o tubo sem costura após a laminação de uma temperatura de não menos que o ponto Ar₃ até uma temperatura de 450°C ou menos com uma taxa de resfriamento de pelo menos 10°C/seg;

   temperar o tubo de aço sem costura resfriado a água de uma

   Petição 870180168385, de 27/12/2018, pág. 8/37

   2/2 temperatura maior que o ponto Ac₃ e no máximo 1000°C; e revenir o tubo de aço sem costura temperado em uma temperatura de no máximo o ponto Ac₁.
4. 4. Método de fabricação de um tubo de aço sem costura, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato que a composição química do tarugo redondo compreende, em vez de parte de Fe, pelo menos um tipo selecionado a partir do grupo que consiste em Cr: no máximo 1,0%, Nb: no máximo 0,1%, Ti: no máximo 0,1%, Ni: no máximo 1,0%, e V: no máximo 0,2%.