ES2693151T3 - Método para producir tubo de alta aleación - Google Patents

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Abstract

Un método para producir un tubo de alta aleación con una resistencia a la fluencia mínima de 758,3 a 965,2 MPa, que comprende: preparar un tubo de material de alta aleación con una composición química que consiste en, en % en masa, C: 0,03% o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 5 0,3 a 5,0%, Ni: 25 a 40%, Cr: 20 a 30%, Mo: 0,01 a 4%, Cu: 0,1 a 3%, N: 0,05 a 0,50%, Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierras Raras: 0,2% o menos, y el resto es Fe e impurezas, conteniendo las impurezas 0,03% o menos de P, 0,03% o menos de S y 0,010% o menos de O, mediante un trabajo en caliente y, opcionalmente, mediante un tratamiento térmico en solución sólida; y producir el tubo de alta aleación sometiendo posteriormente el tubo de material de alta aleación a un laminado en frío, en donde el laminado en frío se realiza bajo las condiciones en que la relación de trabajo Rd, en términos de la reducción de área, en la etapa final de laminado en frío está dentro de un intervalo mayor que 30% e igual o menor que 80%, y se satisface la siguiente fórmula (1): Rd(%) >= (MYS-520)/3,1 - (Cr+6xMo+300xN) (1) en donde Rd y MYS significan la relación de trabajo (%) en términos de la reducción de área y la resistencia a la fluencia objetivo (MPa), respectivamente, y Cr, Mo y N significan los contenidos (% en masa) de los elementos individuales, respectivamente.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para producir tubo de alta aleacion Campo de la tecnica
La presente invencion se refiere a un metodo para producir un tubo de alta aleacion que exhibe una excelente resistencia a la corrosion incluso en un ambiente corrosivo de gas de dioxido de carbono o en un ambiente corrosivo bajo tension, y al mismo tiempo tiene una alta resistencia. El tubo de alta aleacion producido segun la presente invencion se puede usar, por ejemplo, para pozos de petroleo o pozos de gas (de aqu en adelante, denominados conjuntamente "pozos de petroleo").
Antecedentes de la tecnica
En pozos de petroleo profundos o pozos de petoleo con ambientes corrosivos severos que involucran sustancias corrosivas como el gas dioxido de carbono (CO2) humedo, sulfuro de hidrogeno (H2S) o el ion cloruro (Cl-), hasta ahora se han usado tubos hechos de aleacion de alto contenido en Cr - alto contenido en Ni. Sin embargo, en estos anos, los pozos de petroleo tienen una notable tendencia a ser mas profundos, y por lo tanto, para el uso en ambientes mas severos que los experimentados hasta ahora, se han requerido tubos de aleacion que sean de alta resistencia, en particular, del grado de 110 a 140 ksi (la resistencia a la fluencia minima es de 758,3 a 965,2 MPa) y ademas tengan resistencia a la corrosion.
Los Documentos de Patente 1 a 4 describen cada uno un metodo para producir un tubo para pozo de petoleo de alta aleacion con una alta resistencia mediante trabajo en caliente y tratamiento en solucion de una aleacion de alto contenido en Cr - alto contenido en Ni, y luego un trabajo en fno con una reduccion del espesor de pared de 10 a 60%.
El Documento de Patente 5 describe que, con el fin de obtener una aleacion de austenita de excelente resistencia a la corrosion en un ambiente de sulfuro de hidrogeno, se realiza un trabajo en fno a la aleacion que contiene La, AI, Ca, S y O en una interrelacion espedfica, de modo que se controlan las formas de las inclusiones. El trabajo en fno se realiza con el objetivo de anadir resistencia, y desde el punto de vista de la resistencia a la corrosion, se realiza una reduccion del espesor de pared del 30% o menos.
El Documento de Patente 6 describe una aleacion de alto contenido en Ni - alto contenido en Cr mejorada en la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension en un ambiente de sulfuro de hidrogeno especificando los contenidos de Cu y Mo, y establece que la resistencia se controla preferentemente mediante trabajo en fno con relacion de trabajo del 30% o menos despues del trabajo en caliente.
El Documento de Patente 7 describe un metodo para producir una aleacion de alto contenido en Ni para uso en tubos de pozos de petroleo, en donde la aleacion de alto contenido en Ni esta disenada para contener una cantidad apropiada de N y para contener S en un contenido limitado a 0,01% en peso o menos y es capaz de producir un tubo de pozo de petroleo de excelente resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension al someterse a un tratamiento termico de solucion y posteriormente someterse a un trabajo en fno de 5 a 25%.
El Documento de Patente 8 describe un metodo para producir un tubo para pozos de petroleo resistente a gases acidos en donde el tubo se somete a un trabajo plastico del 35% o mas en terminos de la reduccion de area en el intervalo de temperatura de 200°C a temperatura normal, sucesivamente se calienta a una temperatura inmediatamente superior a la temperatura de recristalizacion y se mantiene a esta temperatura y luego se enfna, y luego se somente a un trabajo en fno, incluyendo una descripcion de un ejemplo en el que, en el trabajo final en fno, se realiza un estiramiento en fno del 15 al 30%.
El Documento de Patente 9 describe una aleacion adecuada para uso como producto tubular en operaciones de gas acido y profundas, teniendo la aleacion una combinacion de resistencia a la corrosion, alta resistencia en condiciones de trabajo en fno y resistencia al agrietamiento por sulfuro bajo tension y por corrosion bajo tension. La aleacion se procesa en tubos sin soldadura mediante laminado de paso de peregrino, impartiendo un grado de trabajo en fno del 25 a 60% para alcanzar y controlar las propiedades mecanicas deseadas.
Lista de citas
Documentos de Patente
[Documento de Patente 1] JP58-6927A [Documento de Patente 2] JP58-9922A [Documento de Patente 3] JP58-11735A [Documento de Patente 4] US4421571B
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[Documento de Patente 5] JP63-274743A [Documento de Patente 6] JP11-302801A [Documento de Patente 7] JP63-83248A [Documento de Patente 8] JP63-203722A [Documento de Patente 9] US4489040A Resumen de la invencion Problema Tecnico
Sin embargo, en los documentos descritos anteriormente, no se ha realizado ninguna investigacion espedfica sobre la alta resistencia obtenida por el trabajo en fno en donde se tenga en cuenta la composicion del tubo de alta aleacion, y no se ofrece ninguna sugerencia con respecto al diseno de composicion apropiado o las condiciones de trabajo en fno para alcanzar la resistencia objetivo, en particular, la resistencia a la fluencia objetivo.
A la vista de estas circunstancias, un objetivo de la presente invencion es proporcionar un metodo para producir un tubo de alta aleacion que no solo tenga la resistencia a la corrosion requerida para los tubos para pozos de petroleo usados en pozos de petroleo profundos o en ambientes corrosivos severos sino que al mismo el tiempo tenga la resistencia objetivo.
Solucion al Problema
Con el fin de resolver los problemas descritos anteriormente, los presentes inventores realizaron experimentos en materiales de alta aleacion con diversas composiciones qmmicas, para examinar la resistencia a la tension variando de forma diversa la relacion de trabajo en el laminado en fno final, en la produccion de tubos de alta aleacion por laminado en fno. En consecuencia, los presentes inventores obtuvieron los siguientes hallazgos (a) a (h).
(a) Los tubos de alta aleacion usados en pozos de petroleo profundos o en pozos de petroleo usados en ambientes corrosivos severos deben tener resistencia a la corrosion. Cuando la composicion qmmica basica del tubo de alta aleacion se establece de manera que tenga (20 a 30%) Cr - (25 a 40%) Ni, se requiere que el contenido de C disminuya desde el punto de vista de la resistencia a la corrosion.
(b) Cuando se reduce el contenido de C, la resistencia llega a ser insuficiente sin aplicar ninguna otra operacion; sin embargo, un tubo de material de alta aleacion formado mediante trabajo en caliente y opcionalmente por tratamiento termico en solucion solida puede mejorar en resistencia aplicando posteriormente laminado en fno. Aqm, debe observarse que cuando la relacion de trabajo excede el 80% en terminos de la reduccion de area, se mantiene la alta resistencia, pero se produce el endurecimiento por trabajo y, por lo tanto, se deteriora la ductilidad o la tenacidad. Cuando la relacion de trabajo en este caso es del 30% o menos en terminos de la reduccion de area, no se puede alcanzar una alta resistencia deseada. En consecuencia, es necesario establecer la relacion de trabajo del laminado en fno en mas de 30%, y 80% o menos en terminos de la reduccion de area, y la relacion de trabajo es preferiblemente de 35 a 80%.
(c) Ademas, se ha encontrado que cuando la relacion de trabajo Rd en el momento de realizar el laminado en fno esta en un intervalo de mas de 30% y 80% o menos en terminos de reduccion de area, en un tubo de alta aleacion con una composicion qmmica basica de (20 a 30%) Cr - (25 a 40%) Ni, cuanto mayor sea la relacion de trabajo Rd del laminado en fno final, mayor sera el limite elastico obtenido YS, y la relacion entre la relacion de trabajo Rd y la resistencia a la fluencia YS se representa como una relacion lineal.
Tambien se ha descubierto que la resistencia del tubo de alta aleacion se ve significativamente afectada por el contenido de N, y cuanto mayor es el contenido de N en el material de alta aleacion, se puede obtener tubo de alta aleacion de mayor resistencia. Esto es probablemente porque cuanto mayor es el contenido de N, mas extensivamente se desarrolla el fortalecimiento de la solucion solida y, por lo tanto, se mejora la resistencia.
La Figura 1 presenta las graficas de los valores del limite elatico YS (MPa) obtenidos en un ensayo de tension frente a los valores de la relacion de trabajo Rd (%) en terminos de reduccion de area, para los tubos de alta aleacion con diversas composiciones qmmicas, usados en el Ejemplo descrito posteriormente. La Figura 1 muestra que se produce una relacion lineal entre la relacion de trabajo Rd en terminos de la reduccion de area y la resistencia a la fluencia YS para cada material con alto contenido en N (contenido de N: 0,1963% en masa) y con bajo contenido en N (contenido de N: 0,0784 a 0,0831% en masa). La Figura 1 tambien muestra que los mayores valores de la resistencia a la fluencia YS se obtienen para el material con alto contenido en N que para el material con bajo contenido en N, y se observa que, con el aumento del contenido de N, se puede obtener un tubo de alta aleacion con una mayor resistencia.
(d) A continuacion, los presentes inventores han pensado que llega a ser posible establecer una tecnica de diseno de componentes apropiada que se asocie con las condiciones de trabajo del tubo, con el fin de alcanzar la
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resistencia a la fluencia objetivo para el tubo de alta aleacion, porque la resistencia a la fluencia del tubo de alta aleacion depende de la relacion de trabajo Rd en el momento de realizar el laminado en fno y de la composicion qmmica del tubo de alta aleacion. En otras palabras, el fin de alcanzar la resistencia a la fluencia objetivo para el tubo de alta aleacion, viene a realizarse no con la regulacion fina basada en la composicion qmmica del tubo de alta aleacion, sino con la regulacion fina basada en la relacion de trabajo Rd en el momento de realizar el laminado en fno. Adicionalmente, pasa a ser innecesario realizar la fusion de un gran numero de tipos de altas aleaciones preparadas variando la composicion de la aleacion segun el nivel de resistencia exigido, y en consecuencia, se puede suprimir el exceso de material de las palanquillas.
Como se describio anteriormente, cuando se puede establecer la tecnica de diseno de componentes apropiada asociada con las condiciones de trabajo del tubo, solo se requiere realizar el laminado en fno, con el fin de obtener un tubo de alta aleacion con una resistencia objetivo, bajo las condiciones de laminado en fno objetivo teniendo en cuenta la composicion de la aleacion del material, es decir, con la relacion de trabajo objetivo Rd o la relacion de trabajo mas alta que la relacion de trabajo objetivo, sin que se requiera variar la composicion de la aleacion del material caso por caso.
(e) Sobre la base de tal idea como se describio anteriormente, los presentes inventores han realizado continuamente un estudio diligente sobre las correlaciones entre la resistencia a la fluencia del tubo de alta aleacion, la relacion de trabajo Rd en el momento de realizar el laminado en fno y la composicion qmmica del tubo de alta aleacion. En consecuencia, se ha descubierto que en un tubo de alta aleacion con la composicion qmmica basica de (20 a 30%) Cr - (25 a 40%) Ni y con el contenido de N dentro de un intervalo de 0,05 a 0,50%, cuando la relacion de trabajo Rd en el momento de realizar el laminado en fno esta dentro de un intervalo mayor que 30% e igual o menor que 80% en terminos de la reduccion de area, la resistencia a la fluencia YS (MPa) puede calcularse sobre la base de la relacion de trabajo Rd determinada por la reduccion del area en el momento de realizar el laminado en fno y los contenidos individuales de Cr, Mo y N en la composicion qmmica del tubo de alta aleacion, y sobre la base de la siguiente formula (2):
YS = 3,1x(Rd+Cr+6xMo+300xN) + 520 (2)
en donde YS y Rd significan, respectivamente, la resistencia a la fluencia (MPa) y la relacion de trabajo (%) en terminos de la reduccion de area, y Cr, Mo y N significan el contenido (% en masa) de los elementos respectivos.
En general, los ejemplos del metodo de trabajo en fno incluyen un estirado en fno usando una maquina de estirado con una matriz y un tapon y un laminado en fno usando un molino de paso de peregrino con rodillos y un mandril. Sin embargo, los presentes inventores han descubierto que incluso cuando se trata de las relaciones de trabajo determinadas por la misma reduccion de area, la resistencia del tubo obtenida por estirado en fno es mayor que la resistencia del tubo de la presente invencion obtenida por laminado en fno. En consecuencia, la presente invencion se restringe a un metodo para producir un tubo de alta aleacion a traves de una etapa de laminado en fno.
La Figura 2 es un grafico de los valores de la resistencia a la fluencia YS (MPa) obtenidos mediante un ensayo de tension frente a los valores obtenidos sustituyendo, en el lado derecho de la formula (2) descrita anteriormente, las composiciones qmmicas y las relaciones de trabajo Rd (% ) en terminos de la reduccion del area, para los diversos tubos de alta aleacion utilizados en el Ejemplo descrito posteriormente, en donde la abscisa representa el lado derecho de la formula (2) y la ordenada representa el YS. La Figura 2 muestra que, en lo que respecta al tubo de alta aleacion que tiene la composicion qmmica basica de (20 a 30%) Cr - (25 a 40%) Ni, la resistencia a la fluencia del tubo de alta aleacion puede obtenerse con una precision satisfactoria, de acuerdo con la formula (2), a partir de la composicion qmmica del tubo de alta aleacion y la relacion de trabajo Rd (%) en terminos de la reduccion del area para el tubo de alta aleacion.
(f) Por consiguiente, con el fin de obtener un tubo de alta aleacion con una resistencia objetivo, solo se requiere desarrollar, mediante el laminado en fno, la fraccion de limite elastico, exclusiva de la resistencia a la fluencia desarrollada por los componentes de aleacion del material, es decir, por los contenidos de Cr, Mo y N. Por lo tanto, con el fin de alcanzar el lfmite de elasticidad objetivo MYS (grado de 110 a 140 ksi (la resistencia a la fluencia minima es de 758,3 a 965,2 MPa)), despues de que la composicion qmmica del tubo de alta aleacion se selecciona para tener la composicion qmmica basica de (20 a 30%) Cr - (25 a 40%) Ni y estando el contenido de N dentro de un intervalo de 0,05 a 0,50%, solo se requiere realizar el laminado en fno final con la relacion de trabajo Rd (%) obtenida a partir de la formula (2) descrita anteriormente o la relacion de trabajo mayor que esta relacion de trabajo. En consecuencia, solo se requiere realizar el laminado en fno bajo las condiciones en que la relacion de trabajo Rd, en terminos de la reduccion de area en la etapa final de laminado en fno, se encuentre dentro de un intervalo superior al 30% e igual o inferior al 80%, y adicionalmente se satisface la siguiente formula (1):
Rd(%) > (MYS-520)/3,1 - (Cr+6xMo+300xN) (1)
en donde Rd y MYS significan la relacion de trabajo (%) en terminos de la reduccion de area y la resistencia a la fluencia objetivo (MPa), respectivamente, y Cr, Mo y N significan el contenido (% en masa) de los elementos individuales, respectivamente.
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(g) Tambien se ha descubierto que con el fin de obtener un tubo de alta aleacion con una mayor resistencia, es dedr, un tubo de alta aleacion con un lfmite de elasticidad objetivo MYS (grado de 125 a 140 ksi (la resistencia a la fluencia minima es de 861,8 a 965,2 MPa)), solo se requiere regular la relacion de trabajo Rd en terminos de la reduccion de area en la etapa final de laminado en fno para estar particularmente dentro de un intervalo de 60 a 80%, o aumentar el contenido de N en la alta aleacion para estar particularmente dentro de un intervalo de 0,16 a 0,50%. Por consiguiente, restringiendo la relacion de trabajo Rd en terminos de la reduccion de area en la etapa final de laminado en fno para estar particularmente dentro de un intervalo de 60 a 80%, es posible producir un tubo de alta aleacion con la resistencia a la fluencia MYS objetivo (grado de 125 a 140 ksi (la resistencia a la fluencia minima es de 861,8 a 965,2 MPa)), incluso con el contenido de N dentro de un intervalo de 0,05 a 0,50%. Alternativamente, al aumentar el contenido de N para estar particularmente dentro de un intervalo de 0,16 a 0,50%, es posible producir un tubo de alta aleacion con la resistencia a la fluencia objetivo MYS (grado de 125 a 140 ksi (la resistencia a la fluencia minima es 861,8 a 965,2 MPa)), incluso con la relacion de trabajo Rd en terminos de la reduccion del area en la etapa final de laminado en fno, permaneciendo dentro de un intervalo mayor que 30% e igual o menor a 80%. Ademas, cuando se especifica que la relacion de trabajo Rd en terminos de reduccion de area en la etapa final de laminado en fno este dentro de un intervalo de 60 a 80% y el contenido de N en la alta aleacion se aumenta para estar dentro de un intervalo de 0,16 a 0,50%, es posible producir un tubo de alta aleacion en el que la resistencia a la fluencia objetivo es de un grado mayor de 140 ksi (la resistencia a la fluencia minima es de 965,2 MPa).
(h) Como se describio anteriormente, para el tubo de alta aleacion con la composicion qmmica basica de (20 a 30%) Cr - (25 a 40%) Ni, sin anadir excesivamente los componentes de aleacion, seleccionando las condiciones de trabajo en el momento del laminado en fno, puede alcanzarse la resistencia a la fluencia objetivo y, por lo tanto, puede lograrse la reduccion del coste de la materia prima. Ademas, seleccionando las condiciones de trabajo en el momento del laminado en fno de conformidad con la composicion de la aleacion del material, puede obtenerse el tubo de alta aleacion con la resistencia objetivo y, por lo tanto pasa a ser innecesario realizar la fusion de un gran numero de tipos de altas aleaciones variando la composicion de la aleacion dependiendo del nivel de resistencia; en consecuencia, se puede suprimir el exceso de material de las palanquillas.
La presente invencion se ha perfeccionado sobre la base de nuevos hallazgos, como los descritos anteriormente, y la esencia de la presente invencion es como se describe en los siguientes puntos (1) a (4).
(1) Un metodo para producir un tubo de alta aleacion con una resistencia a la fluencia minima de 758,3 a 965,2 MPa, que comprende:
preparar un tubo de material de alta aleacion con una composicion qmmica consistente en, en % en masa, C: 0,03% o menos, Si: 1,0% o menos, Mn: 0,3 a 5,0%, Ni: 25 a 40%, Cr: 20 a 30%, Mo: 0,01 a 4%, Cu: 0,1 a 3%, N: 0,05 a 0,50%, Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierras Raras: 0,2% o menos, y el resto es Fe e impurezas, conteniendo las impurezas 0,03% o menos de P, 0,03% o menos de S y 0,010% o menos de O, mediante un trabajo en caliente y opcionalmente mediante un tratamiento termico en solucion solida; y producir el tubo de alta aleacion sometiendo posteriormente el tubo de material de alta aleacion a laminado en fno,
en donde laminado en fno se realiza bajo las condiciones en que la relacion de trabajo Rd, en terminos de reduccion de area, en la etapa final de laminado en fno esta dentro de un intervalo mayor que 30% e igual o menor que 80%, y se satisface la siguiente formula (1):
Rd(%) > (MYS-520)/3,1 - (Cr+6xMo+300xN) (1)
en donde Rd y MYS significan la relacion de trabajo (%) en terminos de reduccion de area y la resistencia a la fluencia (MPa) objetivo, respectivamente, y Cr, Mo y N significan el contenido (% en masa) de los elementos individuales, respectivamente.
(2) Un metodo para producir un tubo de alta aleacion segun el punto (1), el tubo de alta aleacion producido con una resistencia a la fluencia minima de 861,8 a 965,2 MPa, en donde el laminado en fno se realiza bajo las condiciones en que la relacion de trabajo Rd, en terminos de la reduccion de area, en la etapa final de laminado en fno, esta dentro de un intervalo de 60 a 80%.
(3) Un metodo para producir un tubo de alta aleacion segun el punto (1), el tubo de alta aleacion producido con una resistencia a la fluencia minima de 861,8 a 965,2 MPa, en donde el tubo de material de alta aleacion tiene una composicion qmmica que consiste en, en % en masa, C: 0,03% o menos, Si: 1.0% o menos, Mn: 0,3 a 5,0%, Ni: 25 a 40%, Cr: 20 a 30%, Mo: 0,01 a 4%, Cu: 0,1 a 3%, N : 0,16 a 0,50%, Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierra Raras: 0,2% o menos, y el resto es Fe e impurezas, conteniendo las impurezas 0,03% o menos de P, 0,03 % o menos de S y 0,010% o menos de O.
(4) Un metodo para producir un tubo de alta aleacion segun el punto (2), el tubo de alta aleacion producido con un resistencia a la fluencia minima de 965,2 MPa, en donde el tubo de material de alta aleacion tiene una composicion qmmica que consiste en, en % en masa, de C: 0,03% o menos, Si: 1,0% o menos, Mn: 0,3 a 5,0%, Ni: 25 a 40%, Cr: 20 a 30%, Mo: 0,01 a 4%, Cu: 0,1 a 3%, N: 0,16 a 0,50%, Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierras Raras: 0,2% o menos, y el resto es Fe e impurezas, conteniendo las impurezas 0,03% o menos de P, 0,03% o menos de S y 0,010% o menos de O.
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Efectos Ventajosos de la Invencion
Segun la presente invencion, se puede producir un tubo de alta aleacion con la resistencia a la corrosion requerida para tubos de pozos de petroleo usados en pozos de petroleo profundos o en ambientes corrosivos severos y al mismo tiempo con una resistencia objetvo sin anadir excesivamente componentes de aleacion, mediante la seleccion de las condiciones de trabajo en el momento del laminado en fno.
Breve Descripcion de los Dibujos
[Fig. 1] La Fig. 1 son las graficas, para tubos de alta aleacion, de los valores de la resistencia a la fluencia YS (MPa) obtenidos en un ensayo de tension frente a los valores de la relacion de trabajo Rd (%) en terminos de la reduccion de area.
[Fig. 2] La Fig. 2 es un grafico, para tubos de alta aleacion, de los valores de la resistencia a la fluencia YS (MPa) obtenidos mediante un ensayo de tension frente a los valores obtenidos sustituyendo, en el lado derecho de la formula (2) descrita anteriormente, las composiciones qmmicas y las relaciones de trabajo Rd (%) en terminos de la reduccion del area, en donde la abscisa representa el lado derecho de la formula (2) y la ordenada representa el YS.
Descripcion de las Realizaciones
A continuacion, se hace una descripcion de las razones para limitar la composicion qmmica de la alta aleacion usada en el metodo para producir un tubo de alta aleacion segun la presente invencion. Aqrn, debe observarse que "%" en cada uno de los contenidos de los elementos individuales representa "% en masa".
C: 0,03% o menos
Cuando el contenido de C excede el 0,03%, el carburo de Cr se forma en los lfmites del grano de cristal, y la susceptibilidad al agrietamiento por corrosion bajo tension en los lfmites del grano aumenta. En consecuencia, el lfmite superior del contenido de C se establece en 0,03%. Un lfmite superior preferible es 0,02%.
Si: 1,0% o menos
El Si es un elemento que es eficaz como desoxidante para aleaciones, y puede contenerse si es necesario. Los efectos como desoxidante se obtienen para el contenido de Si de 0,05% o mas. Sin embargo, cuando el contenido de Si excede el 1,0%, se deteriora la trabajabilidad en caliente y, en consecuencia, el contenido de Si se establece en 1,0% o menos. El intervalo del contenido de Si es preferiblemente 0,5% o menos, y mas preferiblemente 0,4% o menos.
Mn: 0,3 a 5,0%
El Mn es un elemento que es eficaz como desoxidante para aleaciones, de forma similar al Si como se describio anteriormente, y tambien es efectivo para la estabilizacion de la fase austemtica. El efecto del Mn se obtiene con un contenido de Mn de 0,3% o mas. Sin embargo, cuando el contenido de Mn excede el 5,0%, la trabajabilidad en caliente se deteriora. Cuando el lfmite superior del contenido de N efectivo para aumentar la resistencia se establece tan alto como 0,5%, tienden a producirse picaduras en la proximidad de la superficie de la aleacion en el momento de la solidificacion despues de la fusion, y por lo tanto es preferible contener Mn que tiene un efecto en el aumento de la solubilidad del N y, en consecuencia, el lfmite superior del contenido de Mn se establece en el 5,0%. En consecuencia, el contenido de Mn se establece en 0,3 a 5,0%. El intervalo del contenido de Mn es preferiblemente de 0,3 a 3,0% y mas preferiblemente de 0,4 a 1,0%.
Ni: 25 a 40%
El Ni es un elemento que es importante para estabilizar la fase austemtica y para mantener la resistencia a la corrosion. Sin embargo, cuando el contenido de Ni es inferior al 25%, no se produce un recubrimiento suficiente de sulfuro de Ni en la superficie exterior de la aleacion y, por lo tanto, no se obtiene el efecto debido al contenido de Ni. Por otro lado, cuando el contenido de Ni excede el 40%, el efecto debido al Ni esta saturado, el costo de la aleacion aumenta y la eficiencia economica se ve afectada. En consecuencia, el contenido de Ni se establece en 25 a 40%. El intervalo del contenido de Ni es preferiblemente de 29 a 37%.
Cr: 20 a 30%
El Cr es un componente que es eficaz para mejorar la resistencia a la corrosion por sulfuro de hidrogeno tipificada mediante la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension en la presencia concomitante de Ni, y para alcanzar una alta resistencia a traves del fortalecimiento de la solucion solida. Sin embargo, cuando el contenido de Cr es inferior al 20%, no se obtiene el efecto del Cr. Por otro lado, cuando el contenido de Cr excede el 30%, el efecto debido al Cr esta suturado, y tales contenidos altos no son preferibles desde el punto de vista de la trabajabilidad en caliente. En consecuencia, el contenido de Cr se establece en 20 a 30%. El intervalo del contenido de Cr es preferiblemente de 23 a 27%.
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Mo: 0,01 a 4%
El Mo es un componente que tiene la funcion de mejorar la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension en la presencia concomitante de Ni y Cr, y tambien es eficaz para contribuir a la mejora de la resistencia a traves del fortalecimiento de la solucion solida y, por lo tanto, se puede contener Mo si es necesario. Cuando se pretende obtener el efecto del Mo, el contenido de Mo es del 0,01% o mas. Por otro lado, cuando el contenido de Mo es 4% o mas, el efecto del Mo esta saturado y la trabajabilidad en caliente se deteriora por el contenido excesivo de Mo. En consecuencia, el contenido de Mo se establece en 0,01 a 4%. Con el fin de obtener una excelente resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension, el lfmite inferior del contenido de Mo se establece preferiblemente en el 1,5%.
Cu: 0,1 a 3%
El Cu tiene una funcion de mejorar notablemente la resistencia a la corrosion por sulfuro de hidrogeno en un ambiente de sulfuro de hidrogeno, y puede contenerse si es necesario. Cuando se pretende obtener el efecto del Cu, el contenido del Cu es del 0.1% o mas. Sin embargo, cuando el contenido de Cu excede el 3%, el efecto del Cu esta saturado y, de forma adversa, se deteriora la trabajabilidad en caliente. En consecuencia, el contenido de Cu se establece en 0,1 a 3% y preferiblemente en 0,5 a 2%.
N: 0,05 a 0,50%
La alta aleacion de la presente invencion se requiere para disminuir el contenido de C desde el punto de vista de la resistencia a la corrosion. Con este fin, es positivo que se contenga, y el aumento de la resistencia se alcanza a traves del fortalecimiento de la solucion solida, sin deteriorar la resistencia a la corrosion. Al contener N, se puede obtener un tubo de alta aleacion con una mayor resistencia despues del tratamiento termico en solucion solida. Por consiguiente, se puede adquirir una resistencia prevista sin aumentar excesivamente la relacion de trabajo (reduccion de area) en el momento de realizar el trabajo en frro, incluso con una baja relacion de trabajo, y por lo tanto puede eliminarse el deterioro de la ductilidad debido a la alta relacion de trabajo. Con el fin de obtener el efecto del N, es necesario contener 0,05% o mas de N. Por otro lado, cuando el contenido de N excede del 0,50%, la trabajabilidad en caliente se deteriora y, ademas, tienden a producirse picaduras en las proximidades de la superficie de la aleacion en el momento de la solidificacion despues de la fusion. En consecuencia, el contenido de N se establece en 0,05 a 0,50%. El intervalo del contenido de N es preferiblemente de 0,06 a 0,30% y mas preferiblemente de 0,06 a 0,22%. Cuando se pretende obtener una mayor resistencia, el lfmite inferior del contenido de N se establece preferiblemente en 0,16%.
Ademas, sobre la base de las razones descritas a continuacion, el P, el S y el O contenidos como impurezas estan limitados de tal forma que P: 0,03% o menos, S: 0,03% o menos y O: 0,010% o menos.
P: 0,03% o menos
El P esta contenido como una impureza, y cuando el contenido de P excede el 0,03%, la susceptibilidad al agrietamiento por corrosion bajo tension en un ambiente de sulfuro de hidrogeno aumenta. En consecuencia, el lfmite superior del contenido de P se establece en 0,03% o menos y preferiblemente en 0,025%.
S: 0,03% o menos
El S esta contenido como una impureza, de forma similar al P como se describio anteriormente, y cuando el contenido de S excede el 0,03%, la trabajabilidad en caliente se deteriora notablemente. En consecuencia, el lfmite superior del contenido de S se establece en 0,03% y preferiblemente en 0,005%.
O: 0,010% o menos
En la presente invencion, el N esta contenido en una cantidad tan elevada como de 0,05% a 0,50% y, por lo tanto, la trabajabilidad en caliente tiende a deteriorarse. Cuando el contenido de O excede 0,010%, la trabajabilidad en caliente se deteriora. En consecuencia, el contenido de O se establece en 0,010% o menos.
La alta aleacion segun la presente invencion puede contener ademas uno o mas de Ca, Mg y de los elementos de las tierras raras (ETR), ademas de los elementos de aleacion descritos anteriormente. Las razones por las que estos elementos pueden estar contenidos y los contenidos de estos elementos cuando estos elementos estan contenidos son los siguientes.
Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierras Raras: 0,2% o menos de uno o mas elementos
Estos componentes pueden contenerse si es necesario. Cuando estan contenidos, cualquiera de estos componentes fija el S, como un sulfuro, que altera la trabajabilidad en caliente, y por lo tanto tiene un efecto para mejorar la trabajabilidad en caliente. Sin embargo, cuando el contenido de Ca o bien de Mg excede el 0,01%, o el contenido de los ETR excede el 0,2%, se producen oxidos gruesos, y se genera el deterioro de la trabajabilidad en caliente; en consecuencia, los lfmites superiores de estos elementos se establecen en 0,01% para Ca y Mg, y en
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0,2% para los ETR, respectivamente. Se debe observar que, con el fin de desarrollar ciertamente el efecto de mejora de la trabajabilidad en caliente, es preferible contener Ca y Mg cada uno en un contenido de 0,0005% o mas y los ETR en un contenido de 0,001% o mas. En esta memoria, los ETR es un nombre generico para los 17 elementos que son los 15 elementos lantanidos y Y y Sc, y uno o mas de estos elementos pueden estar contenidos. El contenido de los ETR significa la suma de los contenidos de estos elementos.
El tubo de alta aleacion segun la presente invencion contiene los elementos esenciales descritos anteriormente, y adicionalmente los elementos opcionales descritos anteriormente, estando el resto compuesto de Fe e impurezas. Aqm, las impurezas como se refieren en la presente memoria significan las sustancias que contaminan los materiales de alta aleacion cuando se producen industrialmente tubos de alta aleacion, debido a las materias primas tales como minerales y desechos, y debido a varios otros factores en el proceso de produccion, y se les permite contaminar dentro de los intervalos que no afectan adversamente a la presente invencion.
El tubo de alta aleacion segun la presente invencion puede ser producido por el equipamiento de produccion y el metodo de produccion usado para la produccion comercial habitual. Por ejemplo, para la fusion de la aleacion, puede usarse un horno electrico, un horno de descarburacion de gas mixto Ar-O2 (horno AOD), un horno de descarburacion al vado (horno VOD) o similar. La aleacion fundida obtenida por fusion puede ser moldeada en lingotes, o puede ser moldeada en palanquillas tipo varilla mediante un metodo de colada continua. Al usar estas palanquillas, con un metodo de produccion de tubos de extrusion como el proceso Ugine-Sejournet o con trabajo en caliente, como el proceso de fabricacion de tubos Mannesmann, se puede producir un tubo de material de alta aleacion para uso en laminado en fno. El tubo de material despues del trabajo en caliente se puede convertir en un tubo producto con una resistencia prevista por laminado en fno.
En la presente invencion, se especifica la relacion de trabajo en el momento del laminado en fno final, el tubo de material para uso en laminado en fno, obtenido por el trabajo en caliente, se somete a un tratamiento termico en solucion solida si es necesario y, posteriormente, se lleva a cabo un desincrustado para eliminar las escamas en la superficie de la tubena y, de este modo, se puede producir una tubena de alta aleacion con la resistencia prevista mediante una operacion de laminado en fno; o alternativamente, antes del laminado en fno final, el tratamiento termico en solucion solida se realiza llevando a cabo una o mas operaciones de trabajo en fno intermedio, y el laminado en fno final se puede realizar despues del desincrustado. En la presente invencion, el trabajo en fno final tiene que ser solo laminado en fno, y el trabajo en fno realizado de manera intermedia puede ser laminado en fno o estirado en fno. Al realizar un trabajo en fno intermedio, la relacion de trabajo en el laminado en fno final se controla facilmente y, al mismo tiempo, en comparacion con el caso en el que el laminado en fno final se aplica en el estado de haber sido sometido a trabajo en caliente, se puede obtener un tubo con unas dimensiones de tubo de mayor prescision mediante el laminado en fno final.
Ejemplo 1
Primero, las aleaciones con las composiciones qrnmicas mostradas en la Tabla 1 se fundieron con un horno electrico y se regularon respecto a los componentes para tener aproximadamente las composiciones qrnmicas pretendidas, y luego, la fusion se realizo mediante un metodo en el que, usando un horno AOD, se llevaron a cabo un tratamiento de descarburacion y un tratamiento de desulfuracion. Cada una de las aleaciones fundidas obtenidas se moldeo en un lingote con un peso de 1500 kg y un diametro de 500 mm. Luego, el lingote se corto a una longitud de 1000 mm para producir una palanquilla para usar en la produccion de tubos de extrusion. A continuacion, usando esta palanquilla, se formo un tubo de material para uso en el laminado en fno mediante el metodo de produccion de tubo de extrusion en caliente basado en el proceso Ugine-Sejournet.
Tabla1
Tabla 1
Ensayo
Composicion qulmica (% en masa, el resto: Fe e impurezas) I
N°.
C Si Mn P S Ni Cr I Mo Cu I N I
1
0,018 0,29 0,61 0.022 0.0003 30,27 24,79 2,79 0,81 0,0831
2
0,018 0,29 0,61 0.022 0,0003 30,27 24,79 2,79 0,81 0,0831 I
3
0,018 0,29 0,61 0.022 0.0003 30,27 24,79 2,79 0,81 0,0831
4
0,018 0,30 0,59 0.023 0.0002 30,23 24,76 I 2,77 0,79 I 0,0804
5
0,019 0,30 0,60 0.022 0,0002 30,35 24,69 2,79 0,74 0,0784 I
6
0,012 0,24 0,57 0.023 0.0002 30,71 25,26 I 2,83 0,78 I 0,1963
7
0,012 0,24 0,57 0.023 0.0002 30,71 25,26 | 2,83 0,78 | 0,1963 I
Cada uno de los tubos de material obtenidos para uso en el trabajo en fno se sometio a un tratamiento termico en solucion bajo las condiciones en las que se refrigero con agua despues de ser mantenido a 1100°C durante 2 minutos o mas, luego se realizo el trabajo en fno final, basado en la laminacion en fno usando un molino de paso de peregrino, variando la relacion de trabajo (%) Rd en terminos de la reduccion de area para tener diferentes valores, tal como se muestra en la Tabla 2, y asf se obtuvo un tubo de alta aleacion. Debe observarse que, antes de que se
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realizara el laminado en fno, se aplico un chorro de granallas al tubo, y asf se eliminaron las escamas de la superficie. Las dimensiones (el diametro exterior en mm x el espesor de pared en mm) de cada uno de los tubos antes y despues del trabajo final en fno se muestran en la Tabla 2. Para algunos tubos de material para uso en el trabajo en fno, se realizo un tratamiento termico en solucion en el cual, despues de un estirado en fno, se refrigero con agua despues de mantenerse a 1100°C durante 2 minutos o mas, y luego se realizo el trabajo en fno final basado en el laminado en fno.
Tabla 2
Tabla 2
Ensayo
Dimensiones antes del laminado en frio final Dimensiones despues del laminado en frio final Rd (%) Lado derecho de Valores obtenidos
Ng
(Diametro externo x diametro interne x espesor de pared) (Diametro externo x diametro interne x espesor de pared) la Formula (2) (MPa) YS (MPa) s , J?”
1
78x61,2x8,4 60.5x47.5x6.5 40 850,0 843,8 883.1
2
96x83x6.5 60.5x47.5x6.5 40 850,0 852,8 910.7
3
95x74,2x10,4 60,5x47.5x6,5 60 909,1 899,7 960.3
4
100x70x15 60.5x47.5x6.5 72 946,3 945,2 1000.3
5
101x79x11 60.5x47.6x6.45 65 922,8 919,7 970.0
8
97x80x8.5 60.5x43.5x8.5 41 960,6 960,3 1030.0
7
97x80x8,5 60,5x49,5x5,5 60 1019,5 1030,0 1129,9
Posteriormente, a partir de los tubos de alta aleacion obtenidos, se tomaron muestras de ensayos de tension en forma de arco en la direccion del eje de la tubena, y se sometieron a un ensayo de tension. Los valores observados como los resultados del ensayo, es decir, los valores de la resistencia a la fluencia YS (MPa) (lfmite de fluencia 0,2%) y los valores de la resistencia a la tension TS (MPa) en el ensayo de tension se muestran en la Tabla 2, junto con los valores numericos basados en el lado derecho de la formula (2).
Como se muestra en la Tabla 2, seleccionando apropiadamente la composicion de aleacion y la relacion de trabajo Rd en terminos de la reduccion de area en la etapa de laminado en fno, se puede producir un tubo de alta aleacion con una alta resistencia con una resistencia a la fluencia minima de 758,3 a 965,2 MPa (grado de 110 a 140 ksi) como la resistencia objetivo. Ademas, estableciendo la relacion de trabajo Rd en particular dentro de un intervalo de 60 a 80%, o aumentando el contenido de N en particular para ser de 0,16 a 0,50%, se puede producir un tubo de alta aleacion con una alta resistencia con una resistencia a la fluencia minima de 861,8 a 965,2 MPa (grado de 125 a 140 ksi) como la resistencia objetivo. Ademas, estableciendo la relacion de trabajo Rd dentro de un intervalo de 60 a 80% y aumentando el contenido de N para ser de 0,16 a 0,50%, se puede producir un tubo de alta aleacion con una resistencia aun mas alta con una resistencia a la fluencia minima de 965,2 MPa (grado de 140 ksi) como la resistencia objetivo.
Aplicabilidad Industrial
Los resultados son como se describio anteriormente y, por lo tanto, segun la presente invencion, se puede producir un tubo de alta aleacion que no solo tiene una resistencia a la corrosion requerida para los tubos de pozos de petroleo usados en pozos de petroleo profundos o en ambientes corrosivos severos, sino al mismo tiempo tiene una resistencia objetivo, sin anadir en exceso componentes de aleacion, seleccionando las condiciones de trabajo en el momento del laminado en fno.

Claims (4)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para producir un tubo de alta aleacion con una resistencia a la fluencia mmima de 758,3 a 965,2 MPa, que comprende:
    preparar un tubo de material de alta aleacion con una composicion qmmica que consiste en, en % en masa, C: 0,03% o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 0,3 a 5,0%, Ni: 25 a 40%, Cr: 20 a 30%, Mo: 0,01 a 4%, Cu: 0,1 a 3%, N: 0,05 a 0,50%, Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierras Raras: 0,2% o menos, y el resto es Fe e impurezas, conteniendo las impurezas 0,03% o menos de P, 0,03% o menos de S y 0,010% o menos de O, mediante un trabajo en caliente y, opcionalmente, mediante un tratamiento termico en solucion solida; y
    producir el tubo de alta aleacion sometiendo posteriormente el tubo de material de alta aleacion a un laminado en fno,
    en donde el laminado en fno se realiza bajo las condiciones en que la relacion de trabajo Rd, en terminos de la reduccion de area, en la etapa final de laminado en fno esta dentro de un intervalo mayor que 30% e igual o menor que 80%, y se satisface la siguiente formula (1):
    Rd(%) > (MYS-520)/3,1 - (Cr+6xMo+300xN) (1)
    en donde Rd y MYS significan la relacion de trabajo (%) en terminos de la reduccion de area y la resistencia a la fluencia objetivo (MPa), respectivamente, y Cr, Mo y N significan los contenidos (% en masa) de los elementos individuales, respectivamente.
  2. 2. El metodo para producir un tubo de alta aleacion segun la reivindicacion 1, el tubo de alta aleacion producido con una resistencia a la fluencia minima de 861,8 a 965,2 MPa, en donde el laminado en fno se realiza bajo las condiciones en que la relacion de trabajo Rd, en terminos de la reduccion del area, en la etapa final de laminado en fno esta dentro de un intervalo de 60 a 80%.
  3. 3. El metodo para producir un tubo de alta aleacion segun la reivindicacion 1, el tubo de alta aleacion producido con una resistencia a la fluencia minima de 861,8 a 965,2 MPa, en donde el tubo de material de alta aleacion tiene una composicion qmmica que consiste en, en % en masa, C: 0,03% o menos, Si: 1,0% o menos, Mn: 0,3 a 5,0%, Ni: 25 a 40%, Cr: 20 a 30%, Mo: 0,01 a 4%, Cu: 0,1 a 3% N: 0,16 a 0,50%, Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierras Raras: 0,2% o menos, y el resto es Fe e impurezas, conteniendo las impurezas 0,03% o menos de P, 0,03% o menos de S y 0,010% o menos de O.
  4. 4. El metodo para producir un tubo de alta aleacion segun la reivindicacion 2, el tubo de alta aleacion producido con una resistencia a la fluencia minima de 965,2 MPa, en donde el tubo de material de alta aleacion tiene una composicion qmmica que consiste, en % en masa, C: 0,03% o menos, Si: 1,0% o menos, Mn: 0,3 a 5,0%, Ni: 25 a 40%, Cr: 20 a 30%, Mo: 0,01 a 4%, Cu: 0,1 a 3%, N: 0,16 a 0,50 %, Ca: 0,01% o menos, Mg: 0,01% o menos y Elemento(s) de las Tierras Raras: 0,2% o menos, y el resto es Fe e impurezas, conteniendo las impurezas 0,03% o menos de P, 0,03% o menos de S y 0,010% o menos de O.
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