BR112013022381B1

BR112013022381B1 - método de têmpera para tubo de aço

Info

Publication number: BR112013022381B1
Application number: BR112013022381-2A
Authority: BR
Inventors: Akihiro Sakamoto; Kazuo Okamura; Kenji Yamamoto; Tomohiko Omura; Yuji Arai
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2019-01-15
Also published as: EP2687612A1; RU2552801C2; MX2013010422A; EP2687612B1; JP5252131B2; EP2687612A4; RU2013146541A; WO2012127811A1; KR20130135354A; US9546408B2; CN103443302A; US20140007994A1; JPWO2012127811A1; CN103443302B; MX352402B; BR112013022381A2

Abstract

método de arreficimento para tubo de aço trata-se de um método para arrefecer um tubo de aço (1) mediante o resfriamento com água a partir de uma superfície externa do mesmo, em que as porções de extremidade do tubo não são submetidas ao resfriamento com água, e pelo menos parte de um corpo principal diferente das porções de extremidade do tubo é submetida ao resfriamento com água. é desejável adotar uma modalidade na qual uma região(s) que não é submetida ao resfriamento direto de água axial pelo menos na parte do corpo principal além das porções de extremidade do tubo; uma modalidade em que o início e interrupção do resfriamento com água ão repetidos intermitentemente pelo menos em parte de um processo de arreficimento; ou uma modalidade em que mediante a realização do resfriamento com água de uma superfície externa do tubo de aço, um resfriamento com água de uma superfície externa do tubo de aço, um resfriamento com água intensificado é realizado em uma faixa de temperatura em que a temperatura da superfície externa do tubo de aço é maior que o ponto ms, e posteriormente o refriamento com água intensificado é comutado para um resfriamento com água moderado ou resfriamento com ar de modo que a superfície externa seja forçadamente resfriada até o ponto ms ou mais baixo. esse método de arreficimento pode ser aplicado adquadamente ao tratamento de arreficimento de um tubo de aço feito de um tipo de aço com médio ou alto teor de carbono (um tubo de aço do aço de baixa liga ou aço de méia liga) ou um tubo de aço inoxidável martensítico.

Description

“MÉTODO DE TÊMPERA PARA TUBO DE AÇO”

CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se a um método para temperar um cano ou tubo de aço (doravante, coletivamente chamados de “tubo de aço”) feito de 5 um meio ou um tipo de aço de carbono médio ou alto, etc., e mais particularmente a um método para temperar um tubo de aço que pode evitar efetivamente o trincamento por têmpera de um tubo de aço com aço de média ou baixa liga que contém um teor alto ou médio de carbono, ou tubo de aço inoxidável martensítico que pode, em geral, tender ao trincamento por 10 têmpera quando temperado pelos meios de resfriamento rápido como têmpera com água.

[002] A não ser que seja definido de outra maneira, as definições dos termos no presente documento são conforme seguem.

[003] O símbolo % representa porcentagem em massa de cada 15 componente contido em um objeto como tipo de aço de carbono médio ou alto e aço inoxidável martensítico.

[004] O termo aço de baixa liga se refere no presente documento ao aço no qual as quantidades dos elementos ligados não são mais que 5%.

[005] O termo aço de média liga se refere no presente documento ao aço 20 no qual as quantidades dos elementos de liga situam-se na faixa de 5% ou mais a 10% ou menos.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [006] Como um método fundamental para reforçar materiais de aço, métodos de utilização de transformação de fase através do tratamento de 25 calor, particularmente transformação martensítica, têm sido amplamente praticados. Uma vez que um tubo de aço feito de aço com médio ou alto teor de carbono (tipicamente, um tubo de aço que é um aço de baixa liga ou aço de média liga) exibe excelente tenacidade e resistência após ser temperado e revenido, métodos para reforçar os materiais de aço mediante têmpera e 30 revenimento têm sido usados em muitas aplicações que incluem membros

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2/33 estruturais da máquina, e os produtos de aço para uso em poço de petróleo. A resistência do aço pode ser notavelmente aumentada mediante têmpera, e esse efeito de reforço depende do teor de C no aço. No entanto, uma vez que a estrutura martensita conforme temperada é em geral frágil, a mesma é 5 submetida à revenimento a uma temperatura de não mais que um ponto de transformação A^ após têmpera, por meio disso melhorando sua tenacidade.

[007] Para obter uma estrutura martensita mediante têmpera do aço de baixa liga ou o aço de média liga, é necessário o resfriamento rápido como têmpera com água. Se a taxa de resfriamento é insuficiente, uma estrutura 10 menos dura que martensita, como bainita, será misturada com a martensita de modo que um efeito de têmpera suficiente não possa ser alcançado.

[008] No tratamento de têmpera de materiais de aço, o trincamento por têmpera pode se tornar um problema. Conforme descrito acima, quando um produto de aço é resfriado rapidamente, é inevitavelmente impossível resfriar 15 uniformemente o produto de aço inteiro, e então, a tensão térmica é gerada no produto de aço, atribuível à diferença na taxa de contração entre uma porção resfriada precocemente e uma porção resfriada posteriormente. Além disso, quando um tratamento de têmpera provoca a transformação martensítica, tensão de transformação é gerada como um resultado de ocorrência da 20 expansão de volume devido à transformação a partir da austenita para a martensita. A expansão de volume depende de um teor de C no aço e quanto maior o teor de C for, maior se torna a expansão de volume. Portanto, o aço que tem um teor de C alto tende a ter uma tensão de transformação grande em um estágio de têmpera e é altamente suscetível a causar trincamento por 25 têmpera.

[009] Em particular, quando o produto de aço a ser temperado tem um formato tubular, o mesmo exibe um estado de tensão muito complexo em comparação com outros formatos como o formato de chapa grossa achatada ou um formato de barra/fio. Por essa razão, se um produto de aço tubular que tem um teor de C alto é submetido ao resfriamento rápido, como têmpera com

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3/33 água, a suscetibilidade do trincamento aumenta notavelmente e o trincamento por têmpera ocorre frequentemente, o que resulta em um rendimento muito pobre do produto.

[0010] Portanto, quando um tubo de aço que contém um alto teor de carbono entre os aços de baixas ligas e os aços de médias ligas é arrefecido, a taxa de resfriamento durante o tratamento de têmpera é controlada realizando-se a têmpera com óleo que tem uma capacidade de resfriamento menor em comparação com um têmpera com água, ou realizando um resfriamento relativamente lento através do resfriamento por névoa, a fim de 10 evitar o trincamento por têmpera e aumentar o rendimento do produto.

[0011] No entanto, quando tais meios de têmpera são adotados, uma quantidade suficiente da estrutura martensita não pode ser obtida, o que resulta em uma microestrutura mista que inclui uma quantidade considerável de bainita que ocorre em uma temperatura comparativamente elevada. Por 15 aquela razão, surge um problema em que, mesmo que a têmpera e o revenido fossem aplicados, não seria possível fazer o uso completo da excelente resistência da estrutura martensita temperada, resultando assim na deterioração da alta resistência de um tubo de aço de produto.

[0012] Enquanto a estrutura martensita é reunida em um tubo de aço que é 20 um aço de baixa liga ou aço de média liga conforme descrito acima, um tubo de aço inoxidável martensítico, que pode alcançar facilmente uma alta resistência, é amplamente usado no campo de um tubo de aço inoxidável também para várias aplicações para as quais são exigidas tenacidade e resistência à corrosão. Particularmente, nos anos recentes, a partir das 25 circunstâncias relacionadas à energia, os tubos de aço inoxidável martensíticos são extensivamente usados como mercadorias de países que possuem poço de petróleo para recolher óleo e gás natural.

[0013] Ou seja, o ambiente dos poços (poços de petróleo) para recolher óleo e gás natural tem se tornado mais e mais hostis nos anos recentes e adicionalmente para o aumento da pressão associada ao aumento da

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4/33 profundidade da perfuração, o número de poços que contém quantidades significantes de componentes corrosivos como o gás dióxido de carbono úmido, o sulfeto de hidrogênio e os íons de cloro têm sido melhorado. Consequentemente, embora o aumento da resistência do material seja 5 demandado, a corrosão do material devido aos componentes corrosivos conforme descrito acima e a fragilização assim causada tornam-se um problema, e assim existe uma crescente procura para os tubos de poço de petróleo que têm excelente resistência à corrosão.

[0014] Sob tais circunstâncias, os aços inoxidáveis martensíticos são 10 extremamente usados nos ambiente que contém gás dióxido de carbono úmido de temperatura relativamente baixa, uma vez que o aço inoxidável martensítico tem excelente resistência à corrosão de gás dióxido de carbono embora a mesma não tenha resistência suficiente ao trincamento de corrosão de tensão de sulfato causado pelo sulfeto de hidrogênio. Exemplos típicos 15 disso incluem um tubo de poço de petróleo de aço do tipo 13Cr (que tem um teor de Cr de 12 a 14%) de grau L80 específica pelo o API (Instituto Americano de Petróleo).

[0015] Em geral, é comum aplicar os tratamentos de revenido e têmpera ao aço inoxidável martensítico, e o aço de 13Cr do API de graduação L80 não é 20 exceção. No entanto, uma vez que o aço de 13Cr tem uma transformação martensítica que começa com uma temperatura (ponto Ms) de cerca de 300°C, que é menor que aquela do aço de baixa liga, e tem uma temperabilidade grande, exibe alta suscetibilidade ao trincamento por têmpera.

[0016] Particularmente, quando um produto de aço tubular é temperado, ele exibe um estado de tensão muito complexo em comparação com o caso de um material de chapa/chapa grossa ou barra, e, quando o mesmo é submetido ao resfriamento com água, o trincamento por têmpera ocorre;

portanto, é necessário adotar um processo com uma taxa de resfriamento lento como o resfriamento no (resfriamento com ar natural), resfriamento com

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5/33 ar forçado e o lento resfriamento por névoa. Por essa razão, na produção do tubo de poço de petróleo do tipo 13Cr de qualidade L80, uma têmpera com ar é realizada para evitar os trincamentos por têmpera. Uma vez que esse tipo de liga de aço tem uma grande temperabilidade, a fase de martensita pode ser 5 alcançada até mesmo quando a taxa de resfriamento no tempo do tratamento de têmpera é lenta.

[0017] No entanto, embora esse método possa ser eficaz na prevenção dos trincamentos por têmpera, os problemas surgem de modo que a produtividade é baixa uma vez que a taxa de resfriamento é lenta, e, além disso, várias 10 propriedades incluindo a resistência ao trincamento por corrosão em relação à tensão de sulfeto se deterioram.

[0018] Desse modo, até mesmo em um tubo de aço que é um aço de baixa liga ou aço de média liga, ou adicionalmente em um tubo de aço inoxidável martensítico existe um problema do trincamento por têmpera em um 15 tratamento de têmpera, e assim existe uma maior necessidade para resolver esse problema particularmente em um tubo de aço, em comparação com um material de chapa/chapa grossa e um material de barra.

[0019] Convencionalmente, foram propostas várias técnicas para resolver tal problema de trincamento por têmpera. Por exemplo, a Literatura de patente 1 revela, como um método para evitar o trincamento por têmpera de um tubo de aço que contém 0,2 a 1,2% de C, um método para temperar um tubo de aço feito de um tipo de aço com médio ou alto teor de carbono, em que o resfriamento em um processo de têmpera é realizado somente a partir de uma superfície interna do tubo de aço, e sempre que for necessário, o tubo de aço é girado durante o resfriamento.

[0020] Na literatura, é sugerido que: quando a superfície externa do tubo de aço é rapidamente resfriada, a transformação martensítica da superfície externa precede, e a estrutura martensita de fragilidade da superfície externa não pode suportar a tensão de transformação devido a uma transformação martensítica tardia da superfície interna, levando, assim, ao trincamento por

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6/33 têmpera; e é possível neutralizar apropriadamente a tensão de transformação e a tensão térmica resfriando-se o tubo de aço a partir da superfície interna. No entanto, existe um problema de que a realização do resfriamento da superfície interna de um tubo de aço envolve dificuldades técnicas em 5 comparação com o resfriamento da superfície externa.

[0021] A literatura de patente 2 revela, como um método para produzir um tubo de aço que tem uma microestrutura composta principalmente de martensita aplicando-se os tratamentos de revenido e têmpera para um tubo de aço inoxidável à base de Cr que contém 0,1 a 0,3% de C e 11,0 a 15,0% 10 de Cr, um método para um tubo de aço inoxidável martensítico no qual o tubo de aço é temperado em uma média da taxa de resfriamento de não menos que 8°C/seg em uma faixa de temperatura do ponto Ms ao ponto Mf (a temperatura na qual as extremidades de transformação martensítica) quando a realização do tratamento de têmpera, e doravante do tubo de aço é 15 submetida ao tratamento de revenido. Garantindo-se a taxa de resfriamento acima descrito, é possível para evitar a formação da austenita retida, obtendo assim uma microestrutura composta principalmente de martensita.

[0022] No entanto, a fim de evitar o trincamento por têmpera até mesmo no resfriamento rápido como têmpera com água, o método de produção da 20 Literatura de patente 2 exige que o resfriamento seja realizado somente a partir da superfície interna de um tubo de aço, e adicionalmente, conforme necessário, o tubo de aço é girado, de modo que um problema similar àquele do método de têmpera de acordo com a Literatura de patente 1 surge quando colocado em uso comercial.

[0023] A literatura de patente 3 revela um método para produzir um tubo de aço inoxidável martensítico, no qual um tubo de aço inoxidável que contém 0,1 a 0,3% de C e 11 a 15% de Cr é temperado realizando-se um resfriamento de dois estágios para obter uma microestrutura da qual não menos que 80% é martensita, e doravante o tubo de aço inoxidável é revenido, em que o resfriamento de dois estágios consiste em: um primeiro resfriamento no qual o

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7/33 resfriamento com ar é realizado a partir de uma temperatura de início de revenido até quando a temperatura de superfície externa torna-se qualquer temperatura menor que o “ponto Ms - 30°C” e maior que “uma temperatura intermediária entre o ponto Ms e o ponto Mf”; e doravante um segundo resfriamento no qual resfriamento controlado rápido da superfície externa de tubo é realizada através de uma faixa de temperatura até que a temperatura de superfície externa se torne o ponto Mf ou inferior, de modo a garantir uma média da taxa de resfriamento da superfície interna do tubo a não ser menos que 8°C/seg.

[0024] O método descrito na Literatura de patente 3 é um método para evitar o trincamento por têmpera reduzindo-se relativamente a taxa de resfriamento no primeiro resfriamento, e para suprimir a formação de austenita retida pelo resfriamento controlado rápido da superfície externa de tubo no segundo resfriamento. No entanto, quando a espessura de parede é grossa, é difícil controlar a taxa de resfriamento da superfície interna do tubo resfriandose a superfície externa.

[0025] Ademais, a Literatura de patente 4 revela, como um método para produzir um tubo de aço contínuo de aço de baixa liga que contém um teor alto ou médio de carbono de C: de 0,30 a 0,60%, um método para realizar o resfriamento com água a uma faixa de temperatura de 400 a 600°C imediatamente após a laminação quente, e após a extremidade de resfriamento com água, realizando tratamento de calor de transformação isotérmica (processo de ausrevenido) em um forno aquecido a 400 a 600°C. No entanto, a microestrutura do tubo de aço que é produzida pelo tratamento de calor de transformação isotérmica de acordo com Literatura de patente 4 é a bainita que em geral tem a resistência menor que martensita, e portanto não pode ser capaz de sair com um caso em que uma alta resistência é exigida.

LISTA DE CITAÇÕES

LITERATURA DE PATENTE

Literatura de patente 1: Publicação de Pedido de Patente n° JP

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8/33

9- 104925

Literatura de patente 2: Publicação de Pedido de Patente n° JP 8-188827

Literatura de patente 3: Publicação de Pedido de Patente n° JP

10- 17934

Literatura de patente 4: Publicação de Pedido de Patente n° JP 2006-265657

SUMÉRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA TÉCNICO [0026] Conforme descrito acima, quando um tubo de aço do tipo com alto ou médio teor de carbono (um tubo de aço que é um aço de baixa liga ou aço de média liga) é temperado para obter uma alta resistência estrutura martensita, que realiza o resfriamento rápido como têmpera com água é suscetível para causar trincamentos por têmpera. Se um resfriamento moderado como têmpera com óleo é realizado para evitar os trincamentos por têmpera, uma quantidade suficiente de estrutura martensita não pode ser obtida, levando assim a uma redução da tenacidade/resistência do tubo de aço.

[0027] Ademais, ao produzir um tubo de aço inoxidável martensítico, embora seja possível obter a estrutura martensita até mesmo se a taxa de resfriamento for moderadamente lenta no momento de um tratamento de têmpera, a produtividade é baixa devido à taxa de resfriamento mais devagar, e várias propriedades que incluem a resistência à deterioração por corrosão sob tensão fraturante na presença de sulfetos. Se a têmpera com água é realizada para melhorara produtividade, o trincamento por têmpera ocorre.

[0028] A presente invenção foi desenvolvida em vista dos problemas acima descritos, e tem como objetivo melhorar um método para temperar um tubo de aço que pode ser eficaz na prevenção do trincamento por têmpera em um tubo de aço com alto ou médio teor de carbono (um tubo de aço principalmente de aço de baixa liga ou aço de média liga) ou de aço inoxidável

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9/33 martensítico.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA [0029] Os sumários da presente invenção são conforme a seguir.

(1) Um método para temperar um tubo de aço através do resfriamento com água a partir de uma superfície externa do mesmo, em que as porções de extremidade do tubo evitam o resfriamento com água, e pelo menos parte de um corpo principal além das porções de extremidade do tubo é submetida ao resfriamento com água.

(2) O método para temperar um tubo de aço de acordo com (1), em que uma região(ões) que não é(são) submetida(s) ao resfriamento direto com água sobre uma circunferência inteira do mesmo é fornecida ao longo de uma direção axial pelo menos em parte do corpo principal além das porções de extremidade do tubo.

(3) O método para temperar um tubo de aço de acordo com (1) ou (2), em que o início e o término de resfriamento com água são intermitentemente repetidos pelo menos em parte de um processo de têmpera.

(4) O método para temperar um tubo de aço de acordo com (1) ou (2), em que, a fim de realizar o resfriamento com água de uma superfície externa do tubo de aço, um resfriamento com água intensificado é realizado cem uma faixa de temperatura na qual a temperatura da superfície externa do tubo de aço é maior que ponto Ms, posteriormente comutada para um resfriamento com água moderado ou resfriamento com ar para resfriar forçadamente a superfície externa ao ponto Ms ou inferior.

(5) O método para temperar um tubo de aço de acordo com quaisquer de (1) a (4), em que o tubo de aço contém 0,2 a 1,2% de C.

(6) O método para temperar um tubo de aço de acordo com quaisquer itens de (1) a (4), em que o tubo de aço é um tubo de aço inoxidável à base de Cr que contém de 0,10 a 0,30% de C e de 11 a 18% de Cr.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

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10/33 [0030] De acordo com o método para temperar um tubo de aço da presente invenção, é possível submeter um tubo de aço do tipo com alto ou médio teor de carbono (um tubo de aço principalmente de aço de baixa liga ou aço de média liga) ou um tubo de aço inoxidável à base de Cr a um 5 tratamento de têmpera pelo uso dos meios de resfriamento rápido (têmpera com água) sem causar trincamentos por têmpera. Isso permite a produção estável de um tubo de aço de resistência alta que tem uma microestrutura com uma alta razão de martensita (especificamente, uma razão de martensita que não é menor que 80%).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0031] A Figura 1 é um diagrama para explicar um método para temperar um tubo de aço da presente invenção, em que (a) é um diagrama para mostrar um método de resfriamento no momento de um tratamento de têmpera, e (b) é um diagrama explicativo de uma microestrutura após o 15 tratamento de têmpera (em que o caso de um aço de baixa liga é exemplificativo).

[0032] A Figura 2 é um diagrama para explicar outra modalidade do método para temperar um tubo de aço da presente invenção, em que (a) é um diagrama para mostrar um método de resfriamento no momento de um 20 tratamento de têmpera, e (b) é um diagrama explicativo de uma microestrutura após o tratamento de têmpera (em que o caso de um aço de baixa liga é exemplificado).

[0033] A Figura 3 é um diagrama para mostrar um exemplo de configuração esquematizada de uma parte principal de um aparelho que pode 25 ser usado para realizar o método para temperar um tubo de aço da presente invenção.

[0034] A Figura 4 é um diagrama para mostrar uma configuração esquematizada dos aparelhos de resfriamento usados nos EXEMPLOS.

[0035] A Figura 5 é um diagrama para mostrar resultados de medição da temperatura de superfície interna de um corpo principal além das porções

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11/33 de extremidade do tubo para um tubo de aço quando o comprimento inteiro do tubo de aço feito de aço de baixa liga foi resfriado sob a condição de resfriamento com água de Teste n° 1 de Tabela 2.

[0036] A Figura 6 é um diagrama para mostrar resultados de medição da temperatura de superfície externa de um corpo principal além das porções de extremidade do tubo for um tubo de aço quando o comprimento inteiro do tubo de aço feito de aço de baixa liga foi resfriado sob a condição de resfriamento com água de Teste n° 2 de Tabela 2.

[0037] A Figura 7 é um diagrama para mostrar resultados de medição 10 da temperatura de superfície externa de um corpo principal além das porções de extremidade do tubo para um tubo de aço e tanto de porções de extremidade direita quanto esquerda do tubo de aço quando somente o corpo principal do tubo de aço feito de aço de baixa liga foi resfriado sob a condição de resfriamento com água de Teste n° 3 de Tabela 2.

[0038] A Figura 8 é um diagrama para mostrar resultados de medição da temperatura de superfície externa de um corpo principal além das porções de extremidade do tubo de um tubo de aço e tanto de porções de extremidade direita quanto esquerda do tubo de aço quando somente o corpo principal do tubo de aço feito de aço de baixa liga foi resfriado sob a condição de 20 resfriamento com água de Teste n° 5 de Tabela 2.

[0039] A Figura 9 é um diagrama para mostrar um modelo de análises FEM para a análise de um corte transversal bidimensional do tubo de aço.

[0040] A Figura 10 é um diagrama para mostrar a relação entre uma tensão máxima circunferencial e a espessura de parede de um tubo de aço, 25 que é o resultado de análise através do modelo de análise FEM para analisar um corte transversal bidimensional do tubo de aço.

[0041] A Figura 11 é um diagrama para mostrar o resultado de análise através de um modelo de análise FEM para analisar uma seção longitudinal bidimensional de um tubo de aço, em que (a) mostra um caso em que a superfície periférica externa inteira de um tubo de aço foi resfriada com água,

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12/33 e (b) mostra um caso em que somente um corpo principal além das porções de extremidade do tubo de um tubo de aço foi submetido ao resfriamento com água.

DESCRIÃO DAS MODALIDADES [0042] Para resolver os problemas acima descritos, os presentes inventores repetiram experimentos de resfriamento com água em que amostras de teste de tubo de aço feito de aço de baixa liga que contém um alto teor de carbono e aço inoxidável à base de Cr foram aquecidas a não menos que a temperatura de ponto de transformação Α^, e o tubo de aço foi submetido ao resfriamento com água a partir da superfície externa. Como um resultado disso, as descobertas a seguir (a) a (f) foram obtidas.

(a) Quando o tubo de aço inteiro é resfriado a não mais que temperatura de término de transformação martensítica (ponto Mf) através de uma têmpera com água intensificada, existe uma alta probabilidade que o trincamento por têmpera ocorra.

(b) Uma vez que uma ruptura no tempo do trincamento por têmpera se estende fortemente em uma direção axial do tubo de aço, é inferido que a tensão principal para desenvolver a fenda é o esforço de tração em uma direção circunferencial.

(c) A causa da geração do esforço de tração em uma direção circunferencial é possivelmente atribuível ao retardo do tempo da transformação martensítica entre o lado de superfície externa e o lado de superfície interna devido a uma diferença de temperatura (desnivelamento de temperatura) ao longo da direção no sentido da espessura da parede ocorrer no procedimento de resfriamento.

(d) Particularmente na proximidade da superfície resfriada em que o desnivelamento de temperatura é grande (ou seja, a diferença de temperatura do lado de superfície interna é grande), uma microfenda devido à fratura de fragilidade é suscetível ocorrer, e isso tendo a ser um ponto de início de propagação de fenda.

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13/33 (e) Uma fissura, na maioria dos casos, se desenvolve a partir de uma porção de extremidade de um tubo de aço como o ponto de início. Isso é, provavelmente, pelo fato de que um fator de intensidade de tensão em uma porção de extremidade com uma superfície livre é maior do que em qualquer outra porção diferente das porções de extremidade.

(f) Quando o resfriamento com água não é empregado de modo a suprimir uma taxa de resfriamento, o trincamento por têmpera não ocorre em nenhum caso em que ou o aço de baixa liga que contém um alto teor de carbono ou o aço inoxidável à base de Cr. Nota-se que, em um aço de baixa liga que contém um alto teor de carbono, a fase de martensita é suprimida e uma microestrutura composta principalmente de bainita é obtida, de modo que o trincamento por têmpera não ocorre.

[0043] Resumidamente, o trincamento por têmpera é atribuído, na maioria dos casos, à consequência de que uma fissura gerada em uma 15 porção de extremidade com uma superfície livre de um tubo de aço funciona como um ponto de início da fenda é submetido ao esforço de tração (doravante, esforço de tração também é denominado, simplesmente, como tensão) em uma direção circunferencial devido à tensão térmica e à tensão de transformação, a tensão térmica é causada pelo desnivelamento de 20 temperatura em uma direção no sentido da espessura da parede, em que o desnivelamento de temperatura ocorre durante o procedimento de resfriamento e se propaga através de microfendas que acontecem próximo à superfície resfriada.

[0044] Os presentes inventores calcularam, adicionalmente, a tensão máxima gerada em uma direção circunferencial de um tubo de aço através de uma análise FEM (método de elemento finito), levando a tensão térmica e a tensão de transformação em consideração. Nessas análises FEM, presumese que o tubo de aço está resfriado de maneira uniforme em uma direção axial do mesmo e um modelo de deformação de plano generalizado é aplicado para analisar um corte transversal em duas dimensões do tubo de aço.

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14/33 [0045] A Figura 9 é um diagrama para mostrar um modelo de análises de FEM para a análise de um corte transversal bidimensional de um tubo de aço. No cálculo com esse modelo, conforme mostrado na Figura, supôs-se que o tubo de aço tenha sido retirado de um forno para o exterior a 920 °C e, 5 após o transcurso de 50 segundos (levando-se o tempo de preparação para o resfriamento etc. em consideração), a superfície externa do tubo de aço 1 (C: 0,6%) é submetida ao resfriamento com água a partir de três direções com o uso de bocais de água e ar 9, e a superfície interna é resfriada por sopro de ar. Embora o coeficiente de transferência de calor da superfície externa do 10 tubo de aço 1 varie dependendo da temperatura, supôs-se que fosse 12.700

W/(m² K) no máximo.

[0046] A Figura 10 é um diagrama para mostrar a relação entre uma tensão máxima circunferencial e a espessura de parede de um tubo de aço, o que é o resultado de análises pelo modelo. Na Figura, o símbolo · 15 (resfriamento com água por si só) mostra um caso em que o resfriamento é realizado na condição da Figura 9, e o símbolo O (têmpera controlada) mostra um caso que estimula o estado resfriado (consulte a Figura 2 descrita abaixo) quando o resfriamento com ar é aplicado às regiões apropriadas para o resfriamento com água, em que a água é aspergida em uma baixa pressão 20 apenas a partir do bocal de ar com água disposto acima do tubo de aço de modo que a corrente de água aspergida não é diretamente injetada no tubo de aço e a corrente de ar e gotículas de água minúsculas suspensas na mesma são formadas. Ademais, a linha tracejada paralela ao eixo geométrico lateral na Figura indica uma tensão crítica abaixo da qual o trincamento por têmpera 25 não ocorre, e que é 200 MPa nesse caso.

[0047] A partir do resultado de análise mostrado na Figura 10, revela-se que quando a superfície externa de um tubo de aço é submetida ao resfriamento com água a partir de três direções (símbolo · na figura), a tensão máxima circunferencial do tubo de aço excede a tensão crítica para fender (200 MPa) independentemente de espessura de parede e, desse

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15/33 modo, o trincamento por têmpera ocorre; no entanto, se o revenido controlado em que o resfriamento com ar é aplicado para regiões apropriadas para o resfriamento com água ser realizado (símbolo O na figura), a tensão máxima circunferencial na região resfriada por ar pode ser significativamente reduzida.

[0048] A Figura 11 é um diagrama para mostrar o resultado de análises por um modelo de análises de FEM para analisar uma seção longitudinal bidimensional de um tubo de aço, em que (a) mostra um caso em que a superfície periférica externa inteira de um tubo de aço foi resfriada com água, e (b) mostra um caso em que apenas um corpo principal além das porções de 10 extremidade de um tubo de aço (consulte a Figura 1 descrita abaixo) foi submetida ao resfriamento com água, e as porções de extremidade do tubo de aço não foram submetidas ao resfriamento com água. Deve ser notado que a Figura 11 representa metade de uma seção longitudinal de um tubo de aço 1 que é cortado de modo longitudinal por um plano que inclui a linha central 15 axial, em que o plano denotado a título de referência de caractere 10a é uma superfície externa, e o plano denotado a título de referência de caractere 10b é uma superfície interna. O coeficiente de transferência de calor da superfície externa do tubo de aço supôs-se como sendo 12.700 W/(m² K) no máximo.

[0049] Conforme é evidente a partir da Figura 11, embora uma grande 20 tensão circunferencial (σθ = 236 MPa) que excede a tensão crítica para fender (200 MPa) é gerada em uma porção de extremidade de tubo quando a superfície periférica externa inteira da mesma é submetida ao resfriamento com água, tão grande tensão circunferencial não é gerada quando a porção de extremidade de tubo não é submetida ao resfriamento com água.

[0050] Conforme descrito até agora, o resultado das análises FEM também revelado que o mesmo, é possível para reduzir de modo significante a tensão circunferencial das porções de extremidade do tubo aplicando-se o resfriamento com ar para as porções de extremidade do tubo, ou seja, no resfriamento com água para o mesmo.

[0051] Os presentes inventores têm surgido com as idéias a seguir, (g)

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16/33 e (h), a partir dos resultados e discussão acima descritos, que completam eventualmente a presente invenção:

(g) Até mesmo para um tubo de aço feito de um aço de baixa liga ou aço de média liga que é orientado para a ocorrência do trincamento por têmpera na têmpera com água, pode ser estavelmente a água temperada sem causar os trincamentos por têmpera, fornecida aquela das porções de extremidade do tubo de aço não são submetidas ao resfriamento com água, e as porções diferentes das porções de extremidade do tubo de aço são submetidas ao resfriamento com água em uma taxa de resfriamento que 10 garante uma razão de martensita suficiente, e (h) Quando o método de têmpera de água acima descrito é aplicado a um tubo de aço feito de aço inoxidável martensítico, o mesmo é possível para garantir o alto desempenho sem causar trincamento por têmpera.

[0052] Conforme descrito até agora, a presente invenção é um método para temperar um tubo de aço através do resfriamento com água do tubo de aço a partir da superfície externa, na qual as porções de extremidade do tubo não são submetidas ao resfriamento com água, e pelo menos parte de um corpo principal além das porções de extremidade do tubo é submetido ao 20 resfriamento com água. É para ser notado que as porções de extremidade do tubo referem-se a ambas as porções de extremidade de um tubo de aço.

[0053] A razão pela qual a presente invenção tem como premissa que o tubo de aço é temperado mediante o resfriamento com água a partir da superfície externa do mesmo é aquela comparada com o resfriamento de 25 superfície interna conforme descrito na Literatura de patente 1 ou 2 acima mencionada, a resfriamento de superfície externa não menciona dificuldades técnicas, e nenhum caso em que um tubo de aço inoxidável à base de Cr é um objeto de processamento, se é possível de realizar o revenido através do resfriamento com água a partir da superfície externa sem causar trincamento 30 por têmpera, a produtividade pode ser significativamente melhorada.

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17/33 [0054] A Figura 1 é um diagrama para explicar um método para temperar um tubo de aço da presente invenção, na qual (a) é um diagrama para mostrar um método de resfriamento no momento de um tratamento de têmpera, e (b) é um diagrama explicativo de uma microestrutura após o 5 tratamento de têmpera (em que o caso de um aço de baixa liga é exemplificativo). É para ser notado que a região de água resfriada da Figura 1(a) corresponde à porção denotada a título de referência de caractere (1) da Figura 1(b), e as regiões de ar resfriado da Figura 1(b) correspondentes às porções denotadas a título de referência de caracteres (2) e (3) da Figura 1(b). 10 [0055] Na descrição a seguir, a não ser que seja de outra forma declarada, casos de aço de baixa liga e aço de média liga para qual uma certa taxa de resfriamento ou mais é necessária para a fase de martensita serão mostrados, referente à microestrutura de metal a ser formada.

[0056] Na presente invenção, conforme mostrado na Figura 1(a), 15 quando o tubo de aço 1 é submetido ao resfriamento com água a partir da superfície externa a ser arrefecida, as porções de extremidade do tubo não são submetidas ao resfriamento com água, e pelo menos parte de um corpo principal além das porções de extremidade do tubo de aço (doravante, também denominada como um corpo principal) é submetida ao resfriamento 20 com água. Embora a superfície inteira do corpo principal seja submetida ao resfriamento com água no exemplo mostrado na Figura 1 (a), uma região(ões) que não é submetida ao resfriamento com água pode ser apresentada no corpo principal conforme mostrado na Figura 2(a). Isso é porque, uma vez que a região de nenhum resfriamento com água no corpo principal é adjacente a 25 região de água resfriada, a região de nenhum resfriamento com água é resfriada através da transferência de calor por condução, e submetida à transformação martensítica. As porções de extremidade do tubo como não são submetidas ao resfriamento com água são submetidos ao resfriamento com ar, por exemplo, conforme mostrado na Figura 1 (a). É para ser notado 30 que o resfriamento com ar inclui qualquer do resfriamento no ar e

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18/33 resfriamento com ar forçado.

[0057] Adotando-se tal método de resfriamento, uma microestrutura de aço conforme mostrado na Figura 1 (b) é obtida após o tratamento de têmpera. Ou seja, uma vez que o corpo principal (1) do tubo de aço 1 é submetido ao resfriamento com água em uma taxa de resfriamento que permite a formação de martensita, que é necessária para obter necessárias propriedades mecânicas e resistência à corrosão, a microestrutura de aço é uma estrutura composta principalmente de martensita. Uma vez que uma região de extremidade (3), que é localizada próxima à extremidade de tubo, fora das 10 regiões de extremidade de tubos (2) e (3) na porção de extremidade do tubo de aço 1 não é submetida ao resfriamento com água e sua taxa de resfriamento é baixa, uma microestrutura composta principalmente de bainita é formada de modo que geração de fissura e extensão de fissura na porção de extremidade de tubo são suprimidas.

[0058] Em contrapartida, uma vez que uma região de extremidade de tubo (2), que é localizada no lado do corpo principal, fora das regiões de extremidade de tubos (2) e (3) na porção de extremidade é adjacente ao corpo principal (1) que é submetida ao resfriamento com água, a região de extremidade de tubo (2) é resfriada através da transferência de calor por 20 condução, submetendo-se assim a transformação martensítica. No entanto, uma vez que o calor flui principalmente em uma direção axial melhor que em uma direção circunferencial, na região de extremidade de tubo (2), a distribuição de temperatura na direção no sentido da espessura da parede é menor comparada ao corpo principal (1), e a tensão circunferencial é baixa.

Como um resultado daquilo, a região de extremidade de tubo (2) na porção de extremidade de tubo não é suscetível para causar a geração e extinção de fissura até mesmo quando transformação martensítica ocorre. É para ser notado que uma vez que o perfil/formato da porção de extremidade de tubo conforme laminado não é exatamente cilíndrica, é desejável usualmente recortar as porções de extremidade do tubo por um comprimento de cerca de

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150 a 400 mm em um estágio de processamento subsequente. Assim, tais porções de extremidade do tubo que são compostas principalmente de bainita e tem um razão de martensita inferior que pode recortar e removidas em um processo após o processo de têmpera.

[0059] O método para temperar um tubo de aço da presente invenção é um método de formação da estrutura martensita de aço temperando-se, na qual a razão da martensita produzida não é especificamente de limitação. No entanto, no aço de baixa liga e aço de média liga, em geral, se não menos que 80% da estrutura é a martensita, uma resistência desejada pode ser obtida.

Quando um produto a ser revenido é um tubo de aço inoxidável à base de Cr, enquanto que a martensita é formada até mesmo quando a taxa de resfriamento é moderadamente pequena, o método de têmpera da presente invenção garante a resistência à corrosão desejada. Em qualquer caso, a presente invenção destina-se obter um tubo de aço que tem uma razão de 15 martensita de não menos que 80%.

[0060] A presente invenção pode adotar uma modalidade na qual uma região(ões) que não é submetida ao resfriamento direto de água sobre a circunferência inteira da mesma é fornecida ao longo de uma direção axial pelo menos em parte de uma porção (corpo principal do tubo) diferente das 20 porções de extremidade do tubo.

[0061] A Figura 2 é um diagrama para explicar a presente modalidade, na qual (a) é um diagrama para mostrar um método de resfriamento no momento de um tratamento de têmpera, e (b) é um diagrama explicativo de uma microestrutura após o tratamento de têmpera (em que o caso de um aço 25 de baixa liga é exemplificado). Conforme mostrado na Figura 2(a), é configurada de modo que a superfície inteira do corpo principal (1) do tubo de aço 1 não é submetida ao resfriamento com água uniforme, e uma região(ões) resfriada(s) por água e uma região(ões) de nenhum resfriamento com água (região(ões) resfriada(s) por ar) são adequadamente fornecidas ao longo da 30 direção longitudinal do tubo de aço 1. Nessa região(ões) resfriada(s) por ar, o

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20/33 tubo de aço não é submetido ao resfriamento direto de água sobre a circunferência inteira do mesmo. Deve-se observar que a(s) região(s) resfriada(s) por ar da Figura 2(a) corresponde à(s) região(ões) denotada(s) pelo número de referência (4) da Figura 2(b).

[0062] Essa modalidade é particularmente eficaz quando, por exemplo, a espessura de parede do tubo de aço é fina. Quando a espessura de parede do tubo de aço é fina, conforme mostrado na Figura 1, se a superfície inteira do corpo principal (1) é submetida ao resfriamento com água uniforme, o trincamento por têmpera pode ocorrer como um resultado daquela resistência 10 das porções de extremidade do tubo (2) e (3) não é suficiente para suportar a tensão circunferencial gerada no corpo principal (1).

[0063] Nesse caso, mediante a adoção do método de resfriamento mostrado na Figura 2(a) pode-se realizar um processo de têmpera que pode ser eficaz na prevenção do trincamento por têmpera enquanto garante a razão 15 de martensita no corpo principal. Conforme mostrado na Figura 2(b), uma vez que a tensão residual torna-se notavelmente pequena na região resfriada por ar (4) fornecida no corpo principal, é possível suprimir a propagação de fenda, e também uma vez que ambos os lados adjacentes à região resfriada por ar (4) são submetidos ao resfriamento com água, a condução térmica para a 20 região resfriada com água (1) ocorre em uma taxa suficiente, e é possível ativar necessariamente a razão de martensita até mesmo na região resfriada por ar (4).

[0064] A Figura 3 é um diagrama para mostrar um exemplo de configuração esquematizada de uma parte principal de um aparelho que pode 25 realizar um método para temperar um tubo de aço da presente invenção. Na

Figura 3, o tubo de aço 1 que é transportado a partir de um forno de aquecimento 2 é transportado nos aparelhos de resfriamento 3, e ao mesmo tempo sendo mantida e rodada pelos rolos 4, a superfície externa do tubo de aço é resfriada pelo borrifador de água injetado a partir dos bocais 5 anexados ao interior dos aparelhos 3. É para ser notado que em um lado dos aparelhos

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21/33 de resfriamento 3, um bocal de jato de ar 6 para o resfriamento com ar forçado da superfície interna do tubo de aço 1 é disposto, conforme necessário.

[0065] Na presente invenção, é possível adotar uma modalidade na qual, a fim de aplicar resfriamento com água na superfície externa do tubo de 5 aço, a partida e a parada do resfriamento com água são intermitentemente repetidas durante pelo menos em parte do processo de têmpera. Adotando-se um esquema de resfriamento com água intermitente, o tempo de resfriamento com água total aumenta comparado com o resfriamento com água contínuo, e assim a diferença entre a temperatura interna e a temperatura de superfície 10 diminui, o que resulta em uma queda na tensão residual.

[0066] Na presente modalidade, é possível de forma consistente realizar o resfriamento com água intermitente a partir do estágio inicial de um tratamento de têmpera no qual a temperatura do tubo de aço não é inferior a ponto A_r3 até a temperatura das superfícies interna e externa do tubo de aço 15 que se tornam não mais que o ponto Ms, preferivelmente não mais que o ponto Mf, e também para usar isso como parte do processo de têmpera.

[0067] A presente invenção pode adotar uma modalidade em que a fim de aplicar o resfriamento com água na superfície externa do tubo de aço, um resfriamento com água intensificado é realizado em uma faixa de temperatura 20 na qual a temperatura da superfície externa do tubo de aço é maior que o ponto Ms, doravante comutado a um resfriamento com água moderado ou resfriamento com ar (que inclui o resfriamento com ar forçado), e após a diferença de temperatura entre aqueles da superfície externa do tubo de aço e a superfície interna do tubo de aço é diminuída, a superfície externa é 25 forçadamente resfriada a não mais que o ponto Ms.

[0068] No método de resfriamento descrito acima no qual o resfriamento com água intensificado é comutado ao resfriamento com água moderado ou resfriamento com ar, é desejável que o resfriamento com água intensificado a uma temperatura próxima, mas maior que o ponto Ms é realizada, posteriormente comutada ao resfriamento com água moderado ou

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22/33 resfriamento com ar; a recuperação do calor é causada para ocorrer no lado de superfície externa do tubo de aço através da condução térmica da lado de superfície interna de modo a diminuir a diferença de temperatura entre as superfícies interna e externa do tubo de aço tanto quanto possível; e 5 doravante o resfriamento a não mais que o ponto Ms, preferivelmente não mais que ponto Mf é realizado através do resfriamento com ar forçado, etc.

[0069] Essa modalidade é particularmente eficaz, por exemplo, quando a espessura de parede do tubo de aço é grossa. Quando a espessura de parede do tubo de aço é grossa, o desnivelamento de temperatura na direção 10 no sentido da espessura da parede pode aumentar durante o resfriamento com água da superfície externa, e pode ocorrer a fratura de fragilidade que é um ponto de início de uma fenda na superfície externa causada por uma grande tensão interna de resistente à tração devido à expansão associada à transformação martensítica na superfície externa. Para suprimir isso, a 15 modalidade é eficaz na qual a partida da transformação martensítica na superfície externa é retardada para reduzir a diferença entre a hora de início da transformação martensítica na superfície interna e aquela na superfície externa.

[0070] Através da modalidade, é possível mitigar o gradiente de 20 temperatura na direção no sentido da espessura da parede, reduzindo assim o esforço de tração que ocorre em uma direção circunferencial. Particularmente, é desejável que a diferença de temperatura entre as superfícies interna e externa seja mitigada antes da temperatura da superfície externa resfriada passar o ponto Ms. Na prática, é desejável monitorar as temperatura da 25 porção resfriada com água da superfície externa do tubo de aço e a parada do resfriamento com água antes de a temperatura passar o ponto Ms.

[0071] Assim como a taxa de resfriamento para um resfriamento com água intensificado, embora isso dependa dos tipos de aço, é desejável determinar uma taxa de resfriamento apropriada com base em um diagrama de CCT do aço alvo, uma vez que nenhum caso de um aço de baixa liga,

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23/33 quando a taxa de resfriamento no estágio de resfriamento inicial é muito lenta, a transformação de bainita ocorre e torna-se possível de garantir uma razão de martensita suficiente.

[0072] Deve-se observar que na modalidade da presente invenção, que 5 inclui um processo de resfriamento no qual um resfriamento com água intensificado é realizado a baixo de uma temperatura próxima, mas maior que o ponto Ms, posteriormente comutada a um resfriamento moderado ou resfriamento com ar, e a recuperação do calor é causada para ocorrer no lado de superfície externa do tubo de aço através da condução térmica do lado de 10 superfície interna de modo a diminuir a diferença de temperatura entre as superfícies interna e externa do tubo de aço tanto quanto possível, também é possível obter efeitos similares usando, em vez desse processo de resfriamento, o resfriamento intermitente anteriormente descrito.

[0073] Ou seja, na presente invenção, o resfriamento com água 15 intermitente (operação de repetir intermitentemente a partida e a parada do resfriamento com água) de acordo com a presente invenção (3) também pode ser suspendido a uma temperatura próxima, mas maior que o ponto Ms e doravante um resfriamento intensificado como o resfriamento com ar forçado pode ser realizado. No entanto, essa modalidade pertence à categoria da 20 presente invenção (3).

[0074] No método para temperar um tubo de aço da presente invenção descrito até agora, como o esquema de resfriamento com água, esquemas usados convencionalmente como o resfriamento em camadas, resfriamento a jato frio, resfriamento por névoa e os similares podem ser apropriadamente 25 adotados. Em cima disso, é desejável fazer a alteração de temperatura na direção no sentido da espessura da parede menor através do aumento/da diminuição da quantidade de água durante o resfriamento com água, ou repetir intermitentemente a partida e a parada do resfriamento com água, reduzindo assim a tensão circunferencial do tubo de aço. É desejável que o 30 interior do tubo de aço seja naturalmente resfriado no ar ou forçadamente

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24/33 resfriado de ar em vez do resfriamento com água. Ademais, é desejável manter a rotação do tubo de aço durante o resfriamento com água, assim, uma vez que a distribuição de temperatura na direção circunferencial pode ser feita de maneira uniforme.

[0075] O produto a ser processado pela presente invenção é um tubo de aço o qual é suscetível a causar trincamento por têmpera no tempo de um o tratamento de têmpera. Em particular, o efeito da presente invenção é notavelmente exibido quando o produto a ser processado pela presente invenção é (A) um tubo de aço que contém 0,20 a 1.20% de C, e entre outros, 10 um tubo de aço que é um aço de baixa liga ou aço de média liga, ou (B) um tubo de aço inoxidável à base de Cr que contém 0,10 a 0,30% de C e 11 a 18% de Cr, e entre outros um tubo de aço inoxidável 13Cr.

[0076] O tubo de aço de (A) descrito acima que contém de 0,20 a 1.20% de C é um tubo de aço feito de um material no qual C está contido nessa 15 faixa, e é, em geral, um tubo de aço que é um aço de baixa liga ou aço de média liga. Quando o teor de C é inferior a 0,20%, o trincamento por têmpera dificilmente se torna um problema uma vez que a expansão de volume devido à fase de martensita é relativamente baixa.

[0077] Por outro lado, quando C é superior a 1,20%, o ponto Ms torna20 se inferior, e é provável que ocorra a retenção de austenita de modo que a obtenção de uma microestrutura que tem uma porcentagem de martensita de não menos que 80% se torna difícil. Portanto, um teor de C de 0,20 a 1.20% é desejável de modo que a presente invenção exiba seus efeitos. O teor de C é mais desejável de 0,25 a 1,00%, e além disso desejável de 0,3 a 0,65%.

[0078] Em um tubo de aço que é um aço de baixa liga ou aço de média liga que contém 0,20 a 1,20% de C, conforme mostrado na Figura 1 acima descrita, é possível fazer a proximidade de uma extremidade de tubo ter uma microestrutura composta principalmente de bainita sem os trincamentos por têmpera, aplicando-se o resfriamento com água no corpo principal inteiro diferente das porções de extremidade do tubo de aço e evitando-se o

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25/33 resfriamento com água para as porções de extremidade do tubo.

[0079] Os exemplos de aço de baixa liga ou aço de média liga incluem, por exemplo, um aço que consiste em C: 0,20 a 1,20%, Si: 2.0% ou menos, Mn: 0,01 a 2,0%, e um ou mais elementos selecionados a partir de um grupo 5 que consiste em Cr: 7,0% ou menos, Mo: 2,0% ou menos, Ni: 2,0% ou menos,

Al: 0,001 a 0,1%, N: 0,1% ou menos, Nb: 0,5% ou menos, Ti: 0,5% ou menos,

V: 0,8% ou menos, Cu: 2.0% ou menos, Zr: 0,5% ou menos, Ca: 0,01% ou menos, Mg: 0,01% ou menos, B: 0,01% ou menos, o saldo é de Fe e impurezas, as impurezas são de P: 0,04% ou menos e S: 0,02% ou menos. É 10 para ser notado que quando o teor de Cr é superior a 7,0%, martensita é suscetível a ser formada até mesmo nas porções de extremidade do tubo que não são submetidas ao resfriamento com água, e portanto o teor de Cr é desejável a não mais que 7,0%.

[0080] Em seguida, o tubo de aço inoxidável à base de Cr de (B) 15 descrito acima que contém de 0,10 a 0,30% de C e 11 a 18% de Cr é um tubo de aço (tubo de aço inoxidável martensítico) feito de aço inoxidável à base de Cr no qual C e Cr estão contidos nessa faixa. Quando o teor de C é inferior a 0,10%, o mesmo não é capaz de ativar a resistência suficiente até mesmo se o revenido for realizado, e por outro lado, quando C é superior a 0,30%, é 20 inevitável que a austenita seja retida, e torna-se difícil de garantir um razão de martensita de não menos que 80%. Portanto, o teor de C de 0,10 a 0,30% é desejável de modo que a presente invenção exiba seus efeitos.

[0081] A razão de porque o teor de Cr é de 11 a 18% é que a fim de melhorar resistência à corrosão, Cr de 11% ou mais é desejável e por outro 25 lado, quando Cr é superior a 18%, δ-ferrite é suscetível para ser gerado, reduzindo assim a trabalhabilidade em quente. Mais desejável, Cr é 10,5 a 16,5%.

[0082] Os exemplos de aço inoxidável à base de Cr que contêm de 0,10 a 0,30% de C e de 11 a 18% de Cr inclui, por exemplo, um aço que consiste em C: 0,10 a 0,30%, Si: 1,0% ou menos, Mn: 0,01 a 1,0%, Cr: 11 a 18% (mais

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26/33 desejável, 10,5 a 16.5%), e um ou mais elementos selecionados a partir de um grupo que consiste em Mo: 2.0% ou menos, Ni: 1.0% ou menos, Al: 0,001 a 0, 1%, N: 0,1% ou menos, Nb: 0,5% ou menos, Ti: 0,5% ou menos, V: 0,8% ou menos, Cu: 2.0% ou menos, Zr: 0,5% ou menos, Ca: 0,01% ou menos, Mg:

0,01% ou menos, B: 0,01% ou menos, o saldo que é de Fe e impurezas, as impurezas são de P: 0,04% ou menos e S: 0,02% ou menos. Entre outras, tubos de aço inoxidável de 13Cr são convencionalmente usados em muitas áreas industriais e são adequados como o objeto a ser processado pela presente invenção.

[0083] O método de têmpera da presente invenção é aplicável, por rotina, a têmpera assim denominada acompanhado pelo reaquecimento, que é realizado reaquecendo-se um tubo de aço da temperatura ambiente, bem como o revenido direto assim denominada na qual um tubo de aço imediatamente após laminação quente ser temperada a partir de um estado em que a temperatura do tubo de aço não é inferior a o ponto A,3 durante a produção de um tubo de aço contínuo e adicionalmente a um método de têmpera para o tratamento de calor em linha assim denominado (revenido em linha) no qual o tubo de aço é saturado (aquecido de modo complementar) em uma temperatura não menos que o ponto A3 em um estado no qual o calor retido pelo tubo de aço não é (significantemente diminuído) após a laminação quente e é doravante revenido. Uma vez que de acordo com o método de têmpera da presente invenção, o trincamento por têmpera pode ser efetivamente evitado, o mesmo capaz de produzir estavelmente um tubo de aço de resistência alta que tem uma microestrutura com uma alta razão de 25 martensita.

EXEMPLOS [0084] Um material de teste tubular foi recortado a partir de um tubo de aço contínuo do material mostrado na Tabela 1 e temperado sob várias condições de resfriamento para observar a presença ou a ausência do trincamento por têmpera e microestrutura de aço. Na Tabela 1, o tipo de aço A

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27/33 é um aço de baixa liga e o tipo de aço B é um aço Cr alto (de aço inoxidável martensítico).

[Tabela 1]

Tabela 1

Tipo de aço	Composição química da amostra	unidade: %, o saldo send	o Fe e impurezas'
C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr	Ni	Mo
A	0,6100	0,1967	0,4500	0,0135	0,0007	-	1.01	-	0,6917
B	0,1900	0,2267	0,5833	0,0123	0,0005	0,0100	12.67	0,1267	0,0100

Composição química da amostra (unidade: %, o saldo sendo Fe e impurezas)

Ti	V	Nb	Al	Sn	As	B	Ca	N
0,0080	0,1017	0,0277	0,0322	-	-	-	-	0,0037
0,0013	0,0700	0,0010	0,0027	0,0010	0,0030	0,0001	0,0005	0,0278

[0085] A configuração do material teste foi de um tubo reto que tem um diâmetro externo de 114 mm, uma espessura de parede de 15 mm, e um comprimento de 300 mm. Esse material teste foi aquecido a uma temperatura de cerca de 50°C mais alta que o ponto Ac3 através de um forno de 10 aquecimento elétrico, mantido por cerca de 15 minutos, e doravante conduzido do forno para ser transportado a um aparelho de resfriamento dentro de 30 segundos para iniciar o resfriamento com água.

[0086] A Figura 4 é um diagrama para mostrar uma configuração esquematizada dos aparelhos de resfriamento usados para o teste. Esses 15 aparelhos de resfriamento são configurados, conforme mostrado por uma seta na figura, para ser apto para selecionar um método desejado entre um método de têmpera de um tubo de aço 1 por um borrifador de água injetado a partir dos bocais 5 e um método de têmpera do tubo de aço 1 imergindo-se o mesmo em um tanque de água 8 preenchido com água 7 (mostrado pelas 20 linhas tracejadas na mesma figura). No revenido através do borrifador de água, a quantidade de água de aspersão a ser injetada pode ser variada por uma válvula de regulação de fluxo (não mostrado). O tubo de aço 1 foi segurado pelos rolos inferiores 4b e rolos superiores 4a. Uma cobertura para evitar intrusão de água foi ativada a cada extremidade do tubo de aço 1 e

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28/33 somente a superfície externa foi resfriada. Durante o refrigeramento, o tubo de aço 1 foi girado a 60 rpm pelos rolos inferiores 4b.

[0087] A Tabela 2 mostra as condições de resfriamento com água. Na Tabela 2, em condição de resfriamento com água A, a temperatura de superfície interna de um corpo principal do tubo de aço foi medida através de um par termoelétrico aderido soldando-se à parede interna do tubo de aço. Ademais, em condições de resfriamento com água B a E, a temperatura de superfície externa do corpo principal de tubo de aço, ou o corpo principal de tubo de aço e tanto de porções de extremidade direita quanto esquerda do 10 tubo de aço foram medidas por um indicador térmico.

[Tabela 2]

Tabela 2

	Teste	Condição de resfriamento com água	Região de resfriamento com água
Exemplo da técnica anterior	N° 1	A: Resfriamento à temperatura ambiente através do resfriamento com água por imersão	Comprimento inteiro (Nenhuma invasão de água na superfície interna do tubo)
N°2	C: Resfriamento à temperatura ambiente através do resfriamento de água por aspersão intermitente
Exemplo inventivo da invenção presente	N° 3	B: Resfriamento à temperatura ambiente através do resfriamento de água por aspersão	Corpo principal sozinho (Exceto as porções de extremidade do tubo) (Nenhuma intrusão de água na superfície interna do tubo)
N°4	C: Resfriamento para a temperatura ambiente através do resfriamento de água por aspersão intermitente
N° 5	E: Comutando-se o resfriamento intensificado para o resfriamento moderado aumentandose/diminuindo-se a quantidade de água em uma faixa de temperatura maior que o ponto Ms e resfriando-se a 700°C, através do resfriamento de água por aspersão, e posteriormente resfriando-se á temperatura ambiente através do resfriamento com ar forçado

[0088] A Tabela 3 mostra os resultados de observação da presença ou ausência do trincamento por têmpera e a microestrutura de aço.

[Tabela 3]

Tabela 3

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	Teste	Tipo de aço A	Tipo de aço B
Presença ou ausência de trincamento por têmpera	Estrutura martensita (% em volume)	Presença ou ausência de trincamento por têmpera	Estrutura martensit a (% em volume)
Exemplo da técnica anterior	n°1	Presente	90% ou mais	Presente	90% ou mais sobre o comprim ento total
n°2	Presente	90% ou mais	Presente
Exemplo inventivo da presente invenção	n°3	Ausente	90% ou mais	Ausente
n°4	Ausente	90% ou mais	Ausente
n°5	Ausente	80% ou mais	Ausente

Nota) Para os n^os 3 a 5 do tipo de aço A, as extremidades de tubo têm principalmente da estrutura de bainita.

[0089] A Figura 5 é um diagrama para mostrar resultados de medição da temperatura de superfície interna de um corpo principal de um tubo de aço do tipo de aço A (aço de baixa liga) quando o comprimento inteiro do tubo de aço foi resfriado sob a condição de resfriamento com água A (resfriamento com água por imersão) do Teste n° 1 da Tabela 2. Sob essa condição de resfriamento com água, a temperatura de superfície interna do tubo de aço declinou rapidamente. Nesse caso, embora a estrutura martensita de não menos que 90% na razão de volume tenha sido obtida conforme mostrado na Tabela 3, o trincamento por têmpera ocorreu.

[0090] A Figura 6 é um diagrama para mostrar resultados de medição da temperatura de superfície externa de um corpo principal de um tubo de aço do tipo de aço A quando o comprimento inteiro ou parte do tubo de aço foi resfriado sob a condição de resfriamento com água C (refrigeração de água por aspersão intermitente) dos Testes n° 2 e 4 da Tabela 2. É visto que sob essa condição de resfriamento com água, a temperatura de superfície externa subiu devido à recuperação do calor pela condução térmica a partir da superfície interna quando o resfriamento com água foi parado. Também nesse caso, a estrutura martensita não foi menos que 90% na razão de volume.

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Embora o trincamento por têmpera ocorrido no n°2 no qual o comprimento inteiro do tubo de aço foi resfriado, nenhum do trincamento por têmpera ocorrido no n°4 no qual as extremidades de tubo não foram submetidas ao resfriamento com água (consulte a Tabela 3).

[0091] A Figura 7 é um diagrama para mostrar os resultados de medição da temperatura de superfície externa de um corpo principal e tanto de porções de extremidade direita quanto esquerda de um tubo de aço do tipo de aço A quando somente o corpo principal do tubo de aço foi resfriado sob a condição de resfriamento com água B (resfriamento de água por aspersão) do 10 Teste n° 3 da Tabela 2. Sob essa condição de resfriamento com água, a temperatura de superfície externa desceu em geral monotonamente tanto no corpo principal quanto nas porções de extremidade. Nesse caso, conforme mostrado na Tabela 3, a estrutura martensita não foi menos que 90% na razão de volume e nenhum do trincamento por têmpera foi identificado. A razão para 15 isso é considerada como sendo que, visto que as porções de extremidade do tubo foram submetidas ao resfriamento com água de modo que a alteração de temperatura na direção no sentido da espessura da parede foi pequena e a tensão circunferencial foi pequena nas porções de extremidade do tubo comparada com no corpo principal, um fissura que age como um ponto de 20 início do trincamento por têmpera não ocorre, mesmo apesar de a transformação martensítica ter ocorrido.

[0092] A Figura 8 é um diagrama para mostrar resultados de medição da temperatura de superfície externa de um corpo principal e das porções de extremidade tanto da direita quanto da esquerda de um tubo de aço do tipo de 25 aço A quando somente o corpo principal do tubo de aço foi resfriado sob a condição de resfriamento com água E (comutada a partir do resfriamento com água intensificado ao resfriamento com água moderado durante refrigeração de água por aspersão, e doravante resfriamento com ar forçado foi realizado) de Teste n° 5 da Tabela 2. Sob essa condição de resfriamento com água, 30 conforme mostrado na Tabela 3, a estrutura martensita de não menos que

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80% na razão de volume foi obtida e além disso nenhum do trincamento por têmpera foi constatado.

[0093] A razão para isso é considerada como sendo aquela no corpo principal do tubo de aço, em que a fase de martensita que progrediu em um estado no qual a diferença de temperatura entre as superfícies interna e externa foi mitigada como um resultado do resfriamento com água intensificado seguido pelo resfriamento com água moderado que é realizado em uma faixa de temperatura maior que o ponto Ms, e nas porções de extremidade do tubo, a bainita foi formada devido ao resfriamento com água 10 que não foi realizado, de modo que a ocorrência de uma fissura que age como um ponto de início do trincamento por têmpera foi suprimida. Enquanto que a formação da bainita nas porções de extremidade do tubo foram reconhecíveis devido a um aumento de temperatura temporário causada possivelmente pela transformação bainítica em torno de 400°C mostrada na Figura 8, um ensaio 15 de dureza Rockwell (medição de dureza HRC) após o resfriamento e observação microscópica também confirma que as porções de extremidade do tubo têm uma microestrutura composta principalmente de bainita.

[0094] Deve-se compreender que, a partir da Figura 8, no modelo de resfriamento do corpo principal do tubo de aço, a geração de calor que foi 20 identificada nas extremidades de tubo e foi possivelmente causada pela transformação bainítica no processo de resfriamento com ar não foi observada.

[0095] Embora uma descrição tenha sido fornecida até agora com relação ao caso em que o tubo de aço do tipo de aço A foi resfriado, no caso 25 em que um tubo de aço do tipo de aço B (aço Cr alto) foi resfriado, a microestrutura foi composta de martensita de não menos que 90% no razão de volume sob quaisquer das condições de resfriamento com água dos Testes n^os 1 a 5 conforme mostrado na Tabela 3. No entanto, nos Testes n^os 1 e 2 no qual o tubo de aço inteiro foi submetido ao resfriamento com água, o 30 trincamento por têmpera ocorrido desde a rápida fase de martensita ocorrida

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32/33 até mesmo nas porções de extremidade do tubo.

[0096] Deve-se compreender que, uma vez que o tipo de aço B foi um material com capacidade de fase de martensita até mesmo através do resfriamento lento, a geração de calor em torno de 400°C (consulte a Figura 8) nas porções de extremidade do tubo não foi identificada até mesmo quando o método de resfriamento do Teste n° 5 foi aplicado. Com relação aos trincamentos por têmpera, assim como nenhum caso do tipo de aço B, embora o trincamento por têmpera tenha ocorrido no método de têmpera dos Testes n° 1 e 2, nenhum trincamento por têmpera foi constatado nos Testes n° 3 a 5 de acordo com a presente invenção.

[0097] A partir dos resultados teste descritos até agora, o mesmo pode confirmar que uma microestrutura composta principalmente de martensita pode ser obtida sem ocorrência do trincamento por têmpera aplicando-se o método para temperar um tubo de aço da presente invenção.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL [0098] Uma vez que o método para temperar um tubo de aço da presente invenção não irá causar o trincamento por têmpera até quando aplicado a um tubo de aço feito de um tipo de aço com médio ou alto teor de carbono (um tubo de aço que é um aço de baixa liga ou aço de média liga) ou um tubo de aço inoxidável à base de Cr, que é suscetível causar os trincamentos por têmpera, o mesmo pode ser adequadamente utilizado para o tratamento de têmpera daqueles tubos de aço.

LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS

1: Tubo de aço,

2: Forno de aquecimento,

3: Aparelho de resfriamento,

4: Rolo,

4a: Rolo superior,

4b: Rolo inferior,

5: Bocal,

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6: Tubo de fornecimento de ar,

7: Água,

8: Tanque de água,

9: Bocal de ar com água,

10a: Superfície externa,

10b: Superfície interna

Claims

1. Método para têmpera em um tubo de aço através do resfriamento com água a partir de uma superfície externa do mesmo, CARACTERIZADO pelo fato de que porções de extremidade do tubo são submetidas ao resfriamento com ar, e pelo menos parte de um corpo principal diferente das porções de extremidade do tubo é submetida ao resfriamento com água.

2. Método para têmpera em um tubo de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma região(s) que não é submetida ao resfriamento direto com água sobre uma circunferência inteira da mesma é fornecida ao longo de uma direção axial pelo menos em parte do corpo principal além das porções de extremidade do tubo.

3. Método para têmpera em um tubo de aço, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o início e interrupção de resfriamento com água são repetidos intermitentemente pelo menos em parte de um processo de têmpera.

4. Método para têmpera em um tubo de aço, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a fim de aplicar o resfriamento com água sobre uma superfície externa do tubo de aço, um resfriamento com água intensificado é realizado com uma faixa de temperatura na qual a temperatura da superfície externa do tubo de aço é maior que o ponto Ms, posteriormente comutado a um resfriamento com água moderado ou resfriamento com ar, e a superfície externa é resfriada forçadamente até o ponto Ms ou mais baixo.

5. Método para têmpera em um tubo de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o tubo de aço contém de 0,2 a 1,2% de C em % em massa.

6. Método para têmpera em um tubo de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que

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2/2 o tubo de aço é um tubo de aço inoxidável à base de Cr que contém, em % em massa, de 0,10 a 0,30% de C e de 11 a 18% de Cr.