ES2846779T3 - Acero microaleado y método para producir dicho acero - Google Patents

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Bernhard Koschlig
Stephan Scherf
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Abstract

Acero para tuberías sin costura que consta de los siguientes elementos de composición química en porcentaje en peso: 0,04 <= C <= 0,18 0,10 <= Si <= 0,60 0,80 <= Mn <= 1,90 P <= 0,020 S <= 0,01 0,01 <= Al <= 0,06 0,50 <= Cu <= 1,20 0,10 <= Cr <= 0,60 0,60 <=<= Ni <= 1,20 0,25 <= Mo <= 0,60 B <= 0,005 V <= 0,060 Ti <= 0,050 0,010 <= Nb <= 0,050 0,10 <= W <= 0,50 N <= 0,012 donde el resto es Fe e impurezas inevitables; y en donde: - la relación, en porcentaje en peso, de contenido de carbono y contenido de manganeso es tal que: 0,031 <= C/Mn <= 0,070; y en donde: - en porcentaje en peso: CEIIW <= 0,65% y CEPcm <= 0,30% donde CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 CEPcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B Se aplican los límites CEIIW si C > 0,12% y se aplican los límites CEPcm si C <= 0,12%.

Description

DESCRIPCIÓN
Acero microaleado y método para producir dicho acero
La invención se refiere a aceros microaleados/aleados con un límite elástico de al menos 485 MPa con excelente comportamiento de tenacidad y buena soldabilidad. Preferiblemente, la invención se refiere a un acero que tiene un límite elástico de más de 690 MPa. El acero de la invención se puede utilizar en aplicaciones en alta mar, tuberías de procesos de conducción, aplicaciones estructurales y mecánicas, especialmente cuando se producen condiciones medioambientales extremas y temperaturas de servicio de hasta -80°C, como en diversos diseños modernos de plataformas en alta mar; por ejemplo, en plataformas elevadoras como tubos de refuerzo para las patas de armazón abierta, así como en equipos de construcción como cilindro hidráulico.
En términos generales, durante los últimos años, los fabricantes de tuberías han realizado importantes tentativas de satisfacer los crecientes requisitos de ahorro de material. Los esfuerzos se basaron en un límite elástico y una resistencia a la tracción mayores siguiendo los requisitos de diseño al reducir el espesor de las paredes sin cambiar las cargas.
Las aleaciones que se usan normalmente para tuberías sin costura en aplicaciones de conducciones/procesos se definen para calidades de acero de hasta 690 MPa (X100) en forma de estándares, por ejemplo, API 5L y DNV-OS-F101. Para las calidades de alta resistencia con espesores de pared superiores a 25 mm, esas normas no proporcionan información con respecto a los valores límite de la composición química. En la práctica, estos aceros mencionados en los estándares de a.m. no solo se usarán para conducciones, sino que también se usarán para aplicaciones estructurales y mecánicas de hasta 5,08 cm de pared.
Las tuberías sin costura para estructuras y equipos en alta mar con espesores de pared típicos entre 10 mm y 50 mm están cubiertos por los estándares de los organismos de homologación DNV GL y ABS que definen calidades de composición química de hasta 690 MPa de LE como mínimo, con diferentes temperaturas de prueba de impacto Charpy hasta -60°C (clase F), inclusive.
Las modificaciones de la composición química de las tuberías sin costura pueden acordarse entre el fabricante, el comprador y las sociedades de homologación según el estándar marino para materiales metálicos DNVGL-OS-B101 y los estándares ABS aplicables.
En el desarrollo de calidades de alta resistencia, debe tenerse en cuenta que esos materiales deben tener excelentes propiedades de tenacidad y soldabilidad.
Hasta ahora, en las conducciones se empleaban calidades de acero estándar sin costura como X70 que implican un límite elástico (LE) mínimo de 485 MPa y una resistencia a la tracción (RT) mínima de 570 MPa según el estándar API 5L; sin embargo, existe una mayor demanda de aceros de mayor resistencia en una clase de resistencia de hasta 690 MPa denominada X100 con un LE mínimo de 690 MPa y una RT mínima de 770 MPa.
Cuando estos aceros se utilizan en la construcción en alta mar para soportar la estructura como, por ejemplo, patas de armazón abierta en unidades autoelevadoras, se deben cumplir requisitos exigentes con respecto a su soldabilidad; es decir, soldadura de juntas de tuberías y a su ductilidad/tenacidad a bajas temperaturas hasta -40°C, llegando en el campo del ártico incluso hasta -60 a -80°C.
Aunque para la producción de placas o tubos soldados, las propiedades previstas para las calidades X100 mencionadas anteriormente podrían lograrse mediante una combinación de laminación termomecánica con una composición química y un tratamiento térmico ligeramente modificados, por lo general, las propiedades requeridas para las tuberías sin costura laminadas en caliente deben lograrse mediante un proceso de laminado controlado seguido de un tratamiento de templado y revenido en combinación con un análisis químico bien ajustado.
Partiendo de calidades inferiores, el aumento de resistencia requerido mientras se mantiene la ductilidad adecuada de las tuberías sin costura procesadas en caliente para las aplicaciones descritas anteriormente requiere el desarrollo de nuevos conceptos de aleación. En particular, es difícil lograr una alta ductilidad adecuada con una buena soldabilidad con los conceptos/procesos de aleación convencionales para LE por encima de 485 MPa.
Los métodos normalmente conocidos para aumentar las resistencias son aumentar el contenido de carbono, del carbono equivalente mediante el uso de conceptos de aleación convencionales y/o el uso de conceptos de microaleación, basados en el proceso de endurecimiento por precipitación.
Para aumentar la resistencia se emplean generalmente elementos de microaleación, como el titanio, el niobio y el vanadio. El titanio ya precipita parcialmente a altas temperaturas en la fase líquida como nitruro de titanio muy grueso. El niobio forma precipitados de niobio (C, N) a temperaturas más bajas. Con la disminución adicional de la temperatura en la fase líquida, el vanadio se acumula adicionalmente en forma de carbonitruros; es decir, precipitación de partículas VC, lo que conduce a la fragilidad del material.
Sin embargo, los precipitados excesivamente gruesos de estos elementos de microaleación frecuentemente afectan negativamente a la ductilidad. Por consiguiente, la concentración de estos elementos de aleación es generalmente limitada. Además, se debe tener en cuenta la concentración de carbono y nitrógeno requerida para la formación de los precipitados, lo que hace que toda la definición de la composición química sea compleja.
Esos conceptos bien conocidos podrían causar un deterioro de la ductilidad/tenacidad y también podrían conducir a una soldabilidad deficiente, ya que son cada vez más limitados en complejidad y uso a medida que las calidades son más altas.
Para superar estas limitaciones descritas anteriormente, nuevos conceptos de aleación mediante el uso de elementos que aumentan la resistencia mediante el endurecimiento en solución en combinación con técnicas de microaleación que utilizan endurecimiento por precipitación con un contenido bajo de carbono, crearán aceros de alta resistencia con excelente ductilidad/tenacidad y soldabilidad.
En lo tocante a conceptos de acero para tuberías sin costura con alto contenido de carbono, la solicitud US 2002/0150497 proporciona una aleación para tubos de acero sin costura soldables para una aplicación estructural, a través de un proceso de laminado en caliente y posterior templado y revenido que incluye de un 0,12 a un 0,25% en peso de C, un 0,40% en peso o menos de Si, de un 1,20 a un 1,80% en peso de Mn, un 0,025% en peso o menos de P, un 0,010% en peso o menos de S, de un 0,01 a un 0,06% en peso de Al, de un 0,20 a un 0,50% en peso de Cr, de un 0,20 a un 0,50% en peso de Mo, de un 0,03 a un 0,10% en peso de V, un 0,20% en peso o menos de Cu, un 0,02% en peso o menos de N, de un 0,30 a un 1,00% en peso de W, y el resto de hierro e impurezas incidentales, para lograr una alta resistencia. Sin embargo, como se explicó anteriormente, a tales niveles, la soldabilidad del tubo de acero sin costura supone un reto. Además, los valores de tenacidad que se pueden alcanzar con este concepto dificultan su uso en aplicaciones como las árticas, en las que la temperatura puede ser de hasta -80°C.
Usando el mismo planteamiento, la solicitud US2011/0315277 se refiere a una aleación de acero para un acero de baja aleación para la producción de tubos de acero sin costura laminados en caliente, soldables y de alta resistencia; en particular, tubos de construcción. La composición química (en % en masa) es: 0,15-0,18% de C; 0,20-0,40% de Si; 1,40-1,60% de Mn; 0,05% máx. de P; 0,01 % máx. de S; > 0,50-0,90% de Cr; > 0,50-0,80% de Mo; > 0,10-0,15% de V; 0,60-1,00% de W; 0,0130-0,0220% de N; el resto está compuesto por hierro con impurezas relacionadas con la producción; con la adición opcional de uno o más elementos seleccionados entre Al, Ni, Nb, Ti, siempre y cuando la relación V/N tenga un valor entre 4 y 12 y el contenido de Ni del acero no sea superior al 0,40%. Como para la solicitud anterior US 2002/0150497, el contenido de carbono de esta divulgación también dificulta la soldabilidad. Sigue habiendo margen para mejorar los valores de tenacidad, que tampoco son adecuados para aplicaciones árticas.
Disminuyendo el contenido de carbono, la solicitud US2011/02594787 da a conocer un acero soldable de alta resistencia para tuberías con un límite elástico mínimo de 620 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 690 MPa caracterizado por la siguiente composición en % de masa: 0,030-0,12% de C, 0,020-0,050% de Al, 0,40% máx. de Si, 1,30-2,00% de Mn, 0,015% máx. de P, 0,005% máx. de S, 0,20-0,60% de Ni, 0,10-0,40% de Cu, 0,20-0,60% de Mo, 0,02-0,10% de V, 0,02-0,06% de Nb, 0,0100% máx. de N, y el resto de hierro con impurezas relacionadas con la masa fundida, en donde la relación Cu/Ni tiene un valor menor que 1. Hay margen para mejorar la tenacidad y la estabilidad de propiedades mecánicas tales como la tenacidad y el límite elástico en toda la longitud de la tubería y su espesor de pared.
Además, las solicitudes de patente DE 102008 011856, EP 1546417 y CN 100366 778 dan a conocer aleaciones de acero que tienen, respectivamente, una buena resistencia a alta dureza, soldabilidad y resistencia al agrietamiento por corrosión; buena resistencia al agrietamiento inducido por hidrógeno; y una buena resistencia a altas temperaturas.
El acero según la invención tiene como objetivo proporcionar un acero que tenga un LE de al menos 485 MPa, preferiblemente al menos 690 MPa, siendo dicho acero adecuado para aplicaciones árticas; es decir, con un valor de tenacidad de al menos 69 J a -60°C, preferiblemente a -80°C. Además, el acero de la invención tiene propiedades estables en toda la longitud y la pared de la tubería sin costura.
Para resolver tales problemas, la invención se refiere a un acero para tuberías sin costura que consta de los siguientes elementos de composición química en porcentaje en peso, donde se incluyen los límites:
0,04 < C < 0,18
0,10 < Si < 0,60
0,80 < Mn < 1,90
P < 0,020
S < 0,01
0,01 < Al < 0,06
0,50 < Cu < 1,20
0,10 < Cr < 0,60
0,60 < Ni < 1,20
0,25 < Mo < 0,60
B < 0,005
V < 0,060
Ti < 0,050
0,010 < Nb < 0,050
0,10 < W < 0,50
N < 0,012
donde el resto es Fe e impurezas inevitables;
y en donde:
- la relación, en porcentaje en peso, de contenido de carbono y contenido de manganeso es tal que: 0,031 < C/Mn < 0,070;
y en donde:
- en porcentaje en peso:
CEiiw < 0,65% y CEpcm < 0,30%
donde
CE iiw = C Mn/6 (Cr+Mo+V)/5 (Ni+Cu)/15
CEpcm = C Si/30 (Mn+Cu+Cr)/20 Ni/60 Mo/15 V/10 5B
Se aplican los límites CE iiw si C > 0,12% y se aplican los límites CEpcm si C < 0,12%.
En una realización preferida, el acero según la invención tiene un contenido de carbono C entre el 0,04% y el 0,12% o incluso más preferiblemente entre el 0,05% y el 0,08%.
En cuanto al manganeso, preferiblemente, su contenido está entre el 1,15% y el 1,60%.
En cuanto al cobre, preferiblemente, su contenido está entre el 0,60% y el 1%.
En cuanto al molibdeno, preferentemente, su contenido está entre el 0,35% y el 0,50%.
En cuanto al titanio, preferiblemente, su contenido es estrictamente inferior al 0,010%.
En otra realización preferida, el acero según la invención tiene un contenido de tungsteno entre el 0,10% y el 0,30%. En otra realización preferida, el acero según la invención tiene un contenido de V estrictamente inferior al 0,008%. El acero según la invención tiene una relación, en porcentaje en peso, de contenido de carbono y contenido de manganeso tal que: 0,031 < C/Mn < 0,070. Para garantizar una mejor soldabilidad, el acero según la invención tiene una composición química que satisface la siguiente relación en función del contenido de carbono:
CEiiw < 0,65% o CEpcm < 0,30%
donde (en porcentaje en peso)
CEiiw = C Mn/6 (Cr+Mo+V)/5 (Ni+Cu)/15
CEpcm = C Si/30 (Mn+Cu+Cr)/20 Ni/60 Mo/15 V/10 5B
Se aplican los límites CE iiw si C > 0,12% y se aplican los límites CEpcm si C < 0,12%.
En otra realización de la invención, el acero según la invención tiene una microestructura que comprende menos del 15% de ferrita poligonal, siendo el resto bainita y martensita revenida. La suma de la ferrita, la bainita y la martensita es del 100%.
En una realización preferida, el acero según la invención tiene un límite elástico comprendido entre 485 Mpa y 890 MPa en promedio, y una tenacidad en julios a -602C de al menos el 10% del límite elástico. Por ejemplo, para un acero de 500 MPa de LE, el valor mínimo de tenacidad debe ser de 50 julios.
En una realización aún más preferida, el acero según la invención tiene un LE de al menos 690 MPa en promedio y una tenacidad a -80°C de al menos en promedio 69 J.
La invención también se refiere a un método de producción de una tubería de acero sin costura que comprende al menos las siguientes etapas sucesivas:
• proporcionar un acero que tiene una composición según la invención,
• formar el acero en caliente, a continuación, a una temperatura comprendida entre 1100°C y 1280°C mediante un proceso de formación en caliente para obtener una tubería,
• calentar la tubería, a continuación, hasta una temperatura TA de austenitización superior o igual a 890°C y mantenerla a la temperatura TA de austenitización durante un tiempo comprendido entre 5 y 30 minutos seguido de enfriamiento a la temperatura ambiente para obtener una tubería templada,
• a continuación, calentar y mantener la tubería templada, a una temperatura TR de revenido comprendida entre 580°C y 700°C y se mantiene a la temperatura TR de revenido durante un tiempo Tr de revenido comprendido entre 20 y 60 minutos seguido de enfriamiento a temperatura ambiente para obtener una tubería templada y revenida.
El acero según la invención o producido de acuerdo con la invención puede ser usado para obtener una tubería sin costura con un espesor de pared superior a 12,5 mm para componentes estructurales o componentes de tubería para aplicaciones en tierra o en alta mar.
En una realización preferida, tal acero se usa para obtener una tubería sin costura con un espesor de pared superior a 20 mm para aplicaciones de tubería estructural, mecánica o de conducción, ya sea en tierra o en alta mar.
La Figura 1 ilustra las curvas de transición Charpy (julios) de los aceros 1 a 4.
La Figura 2 ilustra las propiedades mecánicas del acero 1 y 2 con tungsteno y del 3 y 4 sin tungsteno.
Además, en el marco de la presente invención, a continuación se detallarán adicionalmente la influencia de los elementos de la composición química, las características microestructurales preferibles y los parámetros del proceso de producción.
Se recuerda que los intervalos de composición química se expresan en porcentaje en peso e incluyen límites superior e inferior.
Carbono: 0,04% a 0,18%
El carbono es un formador de austenita fuerte que aumenta significativamente el límite elástico y la dureza del acero según la invención. Por debajo del 0,04%, el límite elástico y la resistencia a la tracción disminuyen significativamente y existe el riesgo de tener un límite elástico por debajo de las expectativas. Por encima del 0,18%, propiedades como la soldabilidad, la ductilidad y la tenacidad se ven afectadas negativamente y se alcanza una microestructura clásica completamente martensítica. Preferiblemente, el contenido de carbono está entre el 0,04 y el 0,12%. En una realización incluso preferida, el contenido de carbono está entre el 0,05 y el 0,08%, incluidos los límites.
Silicio: 0,10% a 0,60%
El silicio es un elemento que desoxida el acero líquido. Un contenido de al menos un 0,10% puede producir tal efecto. El silicio también aumenta la resistencia y el alargamiento a niveles superiores al 0,10% en la invención. Por encima del 0,60%, la tenacidad del acero según la invención se ve afectada negativamente: disminuye. Para evitar tal efecto perjudicial, el contenido de Si está entre el 0,10 y el 0,60%.
Manganeso: 0,80% a 1,90%
El manganeso es un elemento que mejora la forjabilidad y la endurecibilidad del acero y contribuye a la templabilidad del acero. Además, este elemento también es un formador de austenita fuerte que aumenta la resistencia del acero. En consecuencia, su contenido debe tener un valor mínimo del 0,80%. Por encima del 1,90%, cabe esperar una disminución de la soldabilidad y la tenacidad en el acero según la invención. Preferiblemente, el contenido de Mn está entre el 1,15% y el 1,60%.
Alum inio: 0,01% a 0,06%
El aluminio es un potente desoxidante del acero y su presencia también favorece la desulfuración del acero. Se agrega en una cantidad de al menos un 0,01% para que tenga este efecto.
Sin embargo, más allá del 0,06%, hay un efecto de saturación con respecto al efecto mencionado anteriormente. Además, tienden a formarse nitruros de Al gruesos y perjudiciales para la ductilidad. Por estas razones, el contenido de Al debe estar entre el 0,01 y el 0,06%.
Cobre: 0,50% a 1,20%
El cobre es muy importante para el endurecimiento de la solución, pero se sabe que este elemento generalmente es perjudicial para la tenacidad y la soldabilidad. En el acero según la invención, el Cu aumenta tanto el límite elástico como la resistencia a la tracción. En combinación con el contenido de Ni de la invención, la pérdida de tenacidad y soldabilidad atribuida a la presencia de Cu es ineficaz; el Ni neutraliza el efecto negativo del Cu cuando se combina con él en el acero. Por esta razón, el contenido mínimo de Cu debe ser del 0,50%. Por encima del 1,20%, la calidad de la superficie del acero según la invención se ve afectada negativamente por los procesos de laminación en caliente. Preferiblemente, el contenido de cobre estará entre el 0,60 y el 1%.
Cromo: 0,10% a 0,60%
La presencia de cromo en el acero según la invención crea precipitados de cromo que aumentan especialmente el límite elástico. Por esta razón, se necesita un contenido mínimo de Cr del 0,10%. Por encima del 0,60%, la densidad de precipitación afecta negativamente a la tenacidad y la soldabilidad del acero según la invención.
Níquel: 0,60% a 1,20%
El níquel es un elemento muy importante para el endurecimiento por solución en el acero de la invención. El Ni aumenta el límite elástico y la resistencia a la tracción. En combinación con la presencia de Cu, mejora las propiedades de tenacidad. Por ello, su contenido mínimo es del 0,60%. Por encima del 1,20%, la calidad de la superficie del acero según la invención se ve afectada negativamente por los procesos de laminación en caliente.
Molibdeno: 0,25% a 0,60%
El molibdeno aumenta tanto el límite elástico como la resistencia a la tracción y apoya la homogeneidad de las propiedades mecánicas, la microestructura y la tenacidad en el material base a lo largo y el espesor de la tubería. Por debajo del 0,25%, los efectos descritos anteriormente no son lo suficientemente eficaces. Por encima del 0,60%, el comportamiento del acero en lo que respecta a la soldabilidad y la tenacidad se ve afectado negativamente. Preferiblemente, el contenido de Mo está entre el 0,35 y el 0,50%, incluidos los límites.
Niobio: 0,010% a 0,050%
La presencia de niobio lleva a precipitados de carburo y/o nitruro que conducen a una microestructura de granulometría fina por efectos de fijación de la junta intergranular. Por lo tanto, el efecto Hall-Petch obtiene un aumento del límite elástico. La homogeneidad de la granulometría mejora el comportamiento de tenacidad. Para todos estos efectos, se necesita un mínimo de un 0,010% de Nb. Por encima del 0,050%, es necesario un control estricto del contenido de nitrógeno para evitar un efecto de fragilidad del NbC. Además, por encima del 0,050%, cabe esperar una disminución del comportamiento de tenacidad para el acero según la invención.
Tungsteno: 0,10% a 0,50%
La adición de tungsteno está destinada a proporcionar a los tubos producidos un límite elástico estable; es decir, una baja variación del límite elástico hasta una temperatura operativa de 200°C. La adición de tungsteno conlleva también una relación constante tensión-deformación. Por encima del 0,10%, el tungsteno también apoya los efectos positivos de la aleación del molibdeno mencionados anteriormente. Por esta razón, se necesita un contenido mínimo del 0,10% de tungsteno en el acero según la invención. Por encima del 0,50% de tungsteno, la tenacidad y la soldabilidad del acero según la invención comienzan a disminuir. Preferiblemente, el contenido de tungsteno está entre el 0,10% y el 0,30%.
Boro: < 0,005%
El boro es una impureza en el acero según la invención. Este elemento no se añade voluntariamente. Por encima del 0,005% tiene un impacto negativo en la soldabilidad, porque después de la soldadura cabe esperar que se creen puntos duros en la zona afectada por el calor, disminuyendo así la soldabilidad del acero según la invención.
Vanadio: < 0,060%
Por encima del 0,060% de precipitados de vanadio aumentan el riesgo de tener una dispersión en los valores de tenacidad a bajas temperaturas y/o un cambio de temperaturas de transición a temperaturas más altas. En consecuencia, las propiedades de tenacidad se ven afectadas negativamente por contenidos de vanadio superiores al 0,060%. Preferiblemente, el contenido de vanadio es estrictamente inferior al 0,008%.
Titanio: < 0,050%
Este es un elemento de impureza. No se añade voluntariamente en el acero según la invención. Por encima del 0,050%, los precipitados de carbono y nitrógeno con Ti, como TiN y TiC, cambian el equilibrio de la precipitación de carburo y nitruro con niobio y, en consecuencia, los efectos beneficiosos del niobio se verán obstaculizados. El límite elástico del acero se verá afectado negativamente: disminuirá. Preferiblemente, el contenido de Ti es inferior o igual al 0,010%. Nitrógeno: < 0,012%
Cabe esperar precipitaciones de nitruro de gran tamaño por encima del 0,012% y estos precipitados afectarán negativamente al comportamiento de tenacidad al cambiar la temperatura de transición en el intervalo superior. Elementos residuales
El resto está formado de Fe e impurezas inevitables resultantes de los procesos de producción y fundición del acero. El contenido de los principales elementos de impurezas está limitado como se define a continuación para el fósforo y el azufre:
P < 0,020%
S < 0,005%
Otros elementos como Ca y REM (minerales de tierras raras, por sus siglas en inglés) también pueden estar presentes como impurezas inevitables.
La suma de los contenidos de elementos de impurezas es inferior al 0,1%.
Cabe señalar que 0,031 < C/Mn < 0,070. Este intervalo permite que el acero de la invención sea menos sensible a las velocidades de enfriamiento, lo que es más importante para productos gruesos en los que la velocidad de enfriamiento modifica significativamente las características microestructurales. La estabilidad de propiedades tales como tenacidad y límite elástico es mejor en este intervalo de composición química en porcentaje en peso.
Método de producción
El método reivindicado por la invención comprende al menos las siguientes etapas sucesivas enumeradas a continuación. En esta mejor forma de realización, se produce una tubería de acero sin costura.
Un acero que tiene la composición reivindicada por la invención se obtiene de acuerdo con métodos de fundición conocidos en la técnica. Luego, el acero se calienta a una temperatura entre 1100°C y 1280°C, de modo que en todos los puntos la temperatura alcanzada sea favorable a las altas tasas de deformación que sufrirá el acero durante la formación en caliente. Este intervalo de temperatura debe estar en el intervalo austenítico. Preferiblemente, la temperatura máxima es inferior a 1280°C. A continuación, el lingote o la palanquilla se conforma en caliente en al menos una etapa con los procesos de formación en caliente comúnmente usados en el mundo entero; por ejemplo, forja, proceso de paso de peregrino, mandril conti, proceso de acabado de alta calidad para una tubería con las dimensiones deseadas.
La relación mínima de deformación debe ser de al menos 3.
A continuación, la tubería se austenitiza; es decir, se calienta hasta una temperatura TA en la que la microestructura es austenítica. La temperatura TA de austenitización está por encima de Ac3, preferiblemente por encima de 890°C. A continuación, la tubería de acero según la invención se mantiene a la temperatura TA de austenitización durante un tiempo de austenitización de al menos 5 minutos, con el objetivo de que en todos los puntos de la tubería la temperatura alcanzada sea al menos igual a la temperatura de austenitización, para garantizar que la temperatura sea homogénea en toda la tubería. El tiempo Ta de austenitización no debe ser superior a 30 minutos, porque, por encima de dicha duración, los granos de austenita se vuelven desaconsejablemente grandes y conducen a una estructura final más gruesa. Esto sería perjudicial para la tenacidad.
A continuación, la tubería de acero según la invención se enfría a temperatura ambiente, preferiblemente mediante enfriamiento con agua. Entonces, preferiblemente, el tubo templado fabricado en acero según la invención se recuece; es decir, se calienta y se mantiene a una temperatura TR de revenido comprendida entre 580°C y 700°C. Dicho revenido se realiza durante un tiempo Tr de revenido entre 20 y 60 minutos. Esto conduce a un tubo de acero templado y revenido. Finalmente, el tubo de acero sin costura templado y revenido según la invención se enfría a temperatura ambiente usando enfriamiento por aire.
De esta manera, se obtiene un tubo templado y revenido fabricado en acero que contiene en superficie un porcentaje de ferrita poligonal inferior al 15%; el resto es estructura bainítica y martensita. La suma de la ferrita poligonal, la bainita y la martensita es del 100%.
Características m icroestructurales
Martensita
El contenido de martensita en el acero según la invención depende de la velocidad de enfriamiento durante la operación de templado. En combinación con la composición química, depende del grosor de la pared, y el contenido de martensita está entre el 5% y el 100%. El resto hasta el 100% es ferrita poligonal y bainita.
Ferrita poligonal
En una realización preferida, el tubo de acero templado y revenido según la invención, después del enfriamiento final, presenta una microestructura con menos del 15% de ferrita poligonal en fracción de volumen. Idealmente, no hay ferrita en el acero, ya que impactaría negativamente en el LE y la RT del acero según la invención.
Bainita
El contenido de bainita en el acero según la invención depende de la velocidad de enfriamiento durante la operación de templado. En combinación con la composición química, se limita a un máximo del 80%. El resto hasta el 100% es ferrita poligonal y martensita. Un contenido de bainita superior al 80% conduce a un límite elástico y una resistencia a la tracción bajos, así como a propiedades no homogéneas a través del espesor de la pared.
La invención se ilustrará a continuación en función de los siguientes ejemplos no limitantes:
Se prepararon aceros y sus composiciones se presentan en la siguiente Tabla 1, expresadas en porcentaje en peso. Las composiciones de los aceros 1 y 2 son según la invención.
A efectos de comparación, las composiciones 3 y 4 se utilizan para la fabricación del acero de referencia y, por lo tanto, no son según la invención.
Tabla 1: Composiciones químicas de los ejemplos
Figure imgf000008_0001
Los valores subrayados no se ajustan a la invención.
El proceso anterior, es decir, desde la fusión hasta la formación en caliente, se realiza con el método de fabricación comúnmente conocido para tubos de acero sin costura después de calentarlos a una temperatura entre 1150°C y 1260°C para la formación en caliente. Por ejemplo, es deseable que el acero fundido de la composición constituyente anterior se funda mediante las prácticas de fusión habituales. Los métodos comunes involucrados son el proceso de colada continua o en lingotes. A continuación, estos materiales se calientan y luego se les da forma de tubería, por ejemplo, mediante trabajo en caliente por forjado, el proceso de tren punzonador o a paso de peregrino, que son métodos de fabricación comúnmente conocidos, de la composición constituyente anterior en las dimensiones deseadas.
Las composiciones de la Tabla 1 se sometieron a un proceso de producción que se puede resumir en la Tabla 2 a continuación con:
TA (°C): temperatura de austenitización en °C
Ta: tiempo de austenitización en minutos
El enfriamiento después de la austenitización se realiza mediante enfriamiento con agua.
TR: temperatura de revenido en °C
Tr: tiempo de revenido en minutos
El enfriamiento después del revenido es un enfriamiento por aire.
Tabla 2: Condiciones de proceso de los ejemplos después del laminado en caliente Tratamiento térmico
Figure imgf000009_0002
Las referencias de acero 1 y 2 son según la invención, mientras que las referencias 3 y 4 no lo son, en términos de composición química. Todos los parámetros del proceso son según la invención. Esto dio lugar a tubos de acero templados y revenidos que, tras el enfriamiento final desde la temperatura de revenido, presentan una microestructura que comprende menos del 15% de ferrita, siendo el resto bainita y martensita.
El proceso de la Tabla 2 aplicado a las composiciones químicas de la Tabla 1 condujo también a un comportamiento mecánico específico y a valores de tenacidad que se resumen en las Tablas 3 y 4.
• LE, en MPa, es el límite elástico obtenido en la prueba de tracción definida en las normas ASTM A370 y ASTM E8.
• RT, en MPa, es la resistencia a la tracción obtenida en la prueba de tracción definida en las normas ASTM A370 y ASTM E8.
Tabla 3: Resultados de la energía de impacto
Figure imgf000009_0001
Los valores medios de la energía de impacto de los aceros según la invención son iguales o superiores a 100 J a -80°C. El acero n° 3 también tiene buenos valores de Charpy, pero las propiedades mecánicas son demasiado bajas. El acero 4 tiene suficientes propiedades mecánicas, pero los valores Charpy comienzan a dispersarse ya a -40°C.
Tabla 4: Propiedades mecánicas
Figure imgf000010_0002
El acero según la invención tiene preferiblemente más de 690 MPa de límite elástico y un valor promedio de energía de impacto de al menos 100 J a -80°C.
Se realizaron pruebas de soldadura en el acero n° 2 usando el proceso FCAW (soldadura por arco con alma de fundente). En la tabla 5 se muestran los resultados de las pruebas Charpy a -60°C en la línea de fusión y la zona afectada por el calor.
Tabla 5: Energía de impacto a -60°C para acero n° 2-b
Figure imgf000010_0001
Donde LF es la línea de fusión y LF X representa la distancia X en mm desde la línea de fusión. Los valores de energía de impacto para los aceros con tungsteno son muy buenos incluso en el estado de soldadura y adecuados para aplicaciones árticas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Acero para tuberías sin costura que consta de los siguientes elementos de composición química en porcentaje en peso:
0,04 < C < 0,18
0,10 < Si < 0,60
0,80 < Mn < 1,90
P < 0,020
S < 0,01
0,01 < Al < 0,06
0,50 < Cu < 1,20
0,10 < Cr < 0,60
0,60 < Ni < 1,20
0,25 < Mo < 0,60
B < 0,005
V < 0,060
Ti < 0,050
0,010 < Nb < 0,050
0,10 < W < 0,50
N < 0,012
donde el resto es Fe e impurezas inevitables;
y en donde:
- la relación, en porcentaje en peso, de contenido de carbono y contenido de manganeso es tal que: 0,031 < C/Mn < 0,070;
y en donde:
- en porcentaje en peso:
CEiiw < 0,65% y CEpcm < 0,30%
donde
CE iiw = C Mn/6 (Cr+Mo+V)/5 (Ni+Cu)/15
CEpcm = C Si/30 (Mn+Cu+Cr)/20 Ni/60 Mo/15 V/10 5B
Se aplican los límites CE iiw si C > 0,12% y se aplican los límites CEpcm si C < 0,12%.
2. Acero según la reivindicación 1, en el que C está entre el 0,04% y el 0,12%.
3. Acero según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que C está entre el 0,05% y el 0,08%.
4. Acero según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el Mn está entre el 1,15% y el 1,60%.
5. Acero según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el Cu está entre el 0,60% y el 1%.
6. Acero según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el Mo está entre el 0,35% y el 0,50%.
7. Acero según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el Ti está por debajo del 0,010%.
8. Acero según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que W está entre el 0,10% y el 0,30%.
9. Acero según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el contenido de V es inferior al 0,008%.
10. Método de producción de una tubería de acero sin costura que comprende al menos las siguientes etapas sucesivas:
• proporcionar un acero que tiene una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
• formar el acero en caliente, a continuación, a una temperatura comprendida entre 1100°C y 1280°C mediante un proceso de formación en caliente para obtener una tubería,
• calentar la tubería, a continuación, hasta una temperatura TA de austenitización superior o igual a 890°C y mantenerla a la temperatura TA de austenitización durante un tiempo comprendido entre 5 y 30 minutos seguido de enfriamiento a la temperatura ambiente para obtener una tubería templada,
• a continuación, calentar y mantener la tubería templada, a una temperatura TR de revenido comprendida entre 580°C y 700°C y se mantiene a la temperatura TR de revenido durante un tiempo Tr de revenido comprendido entre 20 y 60 minutos seguido de enfriamiento a temperatura ambiente para obtener una tubería templada y revenida.
11. Tubo de acero sin costura de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y/o producido según la reivindicación 10.
12. Tubo de acero sin costura según la reivindicación 11 que tiene una microestructura que comprende menos del 15% de ferrita, siendo el resto bainita y martensita.
13. Tubo de acero sin costura según la reivindicación 11 o 12 que tiene:
un límite elástico comprendido entre 550 MPa y 890 MPa en promedio, y una tenacidad en julios a -60°C de al menos el 10% del límite elástico.
14. Tubo de acero sin costura según las reivindicaciones 11 a 13 que tiene:
un límite elástico de al menos 690 MPa en promedio, y una tenacidad a -80°C de al menos en promedio 69 J.
15. Componente de tubería de conducción y/o accesorio para petróleo y gas, fabricado de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y/o producido según la reivindicación 10.
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